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000541137 245__ $$aMeasurement of the charged cosmic ray flux at solar minimum with the PERDaix detector$$cvorgelegt von Roman Greim$$honline
000541137 246_3 $$aMessung des geladenen kosmischen Strahlungsflusses im solaren Minimum mit dem PERDaix-Detektor$$yGerman
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000541137 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016
000541137 5203_ $$aDiese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Datenanalyse des PERDaix Experiments (Proton Electron Radiation Detector Aix-la-Chapelle) zur Messung der geladenen kosmischen Strahlung mit einer geometrischen Akzeptanz von 33 cm2sr. Es besteht aus drei Subdetektoren: einem Spektrometer mit Permanentmagnet und achtSpurdetektorlagen, einem Flugzeitsystem und einem Übergangsstrahlungsdetektor. PERDaix hat im November 2010 mit Hilfe eines Stratosphärenballons über einen Zeitraum von 1,5 Stunden rund 170 000 Ereignisse in einer Höhe von 33 km aufgezeichnet. Diese Daten erlauben die Bestimmung des primären Proton- und Alpha-Teilchenflusses der kosmischen Strahlung.Das Spektrometer verwendet neuartige Technologien zur genauen Vermessung geladener Teilchen. Die Technologien beruhen auf Licht, das beim Durchgang geladener Teilchen durch ein sogenanntes Szintillatormaterial erzeugt und mit Silizium-Photomultipliern (SiPM) ausgelesen wird. SiPMs sind vor wenigen Jahren entwickelte, hochsensitive Photodetektoren auf Halbleiterbasis mit einer Detektionseffizienz bis zu 50 % und einer internen Verstärkung im Bereich von 106. Diese Eigenschaften erlauben es, einzelne Photonen ohne aufwendige rauscharme Vorverstärkerschaltungen zu detektieren. Mehrere SiPMs können auf kleinen Silizium-Substraten neben einander als lineares Array aufgebracht werden. Aufgrund der feinen Segmentierbarkeit (250 μm) eignen sich diese SiPM-Arrays für den Bau eines hochauflösenden Spurdetektors. Im modular aufgebauten PERDaix Spurdetektor wird das zu detektierende Szintillationslicht in fünf Lagen aus 250 μm dünnen Fasern erzeugt. Es wird gezeigt, dass der Herstellungsprozess ein über alle Spurdetektormodule hinweg sehr homogenes Ansprechverhalten und eine Ortsauflösung von 50 μm liefert.SiPMs werden auch im Flugzeitsystem für die Auslese von 5 cm breiten Szintillatorbalken verwendet. Das Flugzeitsystem dient der Erzeugung eines Triggers für die übrigen Subdetektoren, der Unterscheidung von auf- und abwärts durch den Detektor fliegenden Teilchen, der Teilchenidentifikation über die Signalhöheninformationund der Verbesserung der Impulsauflösung bei niedrigen Energien. Die Entwicklung, Testmessungen und Leistung des Flugzeitsystems werden vorgestellt. Die Zeitdifferenzauflösung beträgt 420 ps bei einer Effizienz nahe eins.Die Arbeit zeigt die Design-Konzepte, die speziellen Anforderungen des Betriebs auf einem Stratosphären-Ballon sowie Datenanalysekonzepte, die schließlich in den gemessenen Teilchenflüssen von Protonen und Helium-Kernen enden. Diese werden dazu verwendet, den solaren Modulationsparameter im November 2010 zu bestimmen.$$lger
000541137 520__ $$aThis thesis deals with the development and data analysis of the PERDaix detector (Proton Electron Radiation Detector Aix-la-Chapelle). PERDaix is a particle detector with an geometrical acceptance of 33 cm2sr designed to measure the charged cosmic-ray flux with the help of three subdetectors: a spectrometer consisting of a permanentmagnet and eight tracker layers, a time-of-flight detector (TOF), and a transition radiation detector (TRD). The detector was flown on board a stratospheric research balloon in November 2010. It recorded about 170 000 events during the 1.5 hour long float phase at an altitude of 33 km. These data allow the measurement of the primarycosmic-ray flux of protons and helium nuclei.PERDaix uses novel detector technologies for a precise measurement of charged particles. These technologies are based on the light emitted when a charged particle crosses a so-called scintillation material. This scintillation light is detected with SiPMs – highly sensitive semiconductor photo detectors developed during the last few years. They achieve a detection efficiency of up to 50 % and an internal gain of the order of 106 . These properties allow the detection of single photons without the need for a sophisticated low-noise amplification circuit. Several SiPMs can be produced next to each other on a silicon substrate to form a linear array. The possibility of a fine segmentation (250 μm) make them suitable for high resolution tracking detectors. The scintillation light is produced in a ribbon of five layers of 250 μm thin fibers. This thesis shows that the production process yields tracker modules with a very homogeneous response and a single point resolution of 50 μm. SiPMs are also used in the TOF to read out 5 cm wide scintillator bars. The TOF provides the main trigger for the other subdetectors, the differentiation of up- fromdownward flying particles, the information for the particle identification via the signal heights, and an improvement of momentum resolution at low energies. The development, test measurements, and performance of the TOF are presented. The TOF reaches a time difference resolution of 420 ps with an efficiency close to one.The thesis shows the design concepts, the special challenges of the operation on board a stratospheric research balloon, and data analysis concepts which finally end in measured cosmic-ray fluxes of protons and helium nuclei. These are used to determine the solar modulation parameter in November 2010.$$leng
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