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Maximilian Ries
Messung kosmischer Myonen
09.05.2014 Maximilian Ries
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2Maximilian Ries
Myonen und ihre Entstehung
Szintillatoren
Photomultiplier
VMEbus
Mein Praktikum
Quellen
Inhaltsübersicht
09.05.2014
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3Maximilian Ries
Gleiche Ladung wie Elektronen
Deutlich höhere Masse
Lebensdauer: ca 1,5 µs
Enstehung:• Kosmische Strahlung interagiert mit Teilchen der Atmosphäre
• In 10 – 30 km Höhe (Reichweite rechnerisch nur 450 m Zeitdilatation)
Myonen und ihre Entstehung
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4Maximilian Ries
Emmitieren Photonen bei Bestrahlung mit geladenen Teilchen
LightGuides leiten Photonen zum Photomultiplier (PM)
Außenseite vor Licht (und anderer Störstrahlung) abgeschirmt
Innen verspiegelt
Szintillatoren
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5Maximilian Ries
Auftreffendes Photon löst Photoeffekt aus
Durch Dynodenkaskade nimmt die Anzahl der Elektronen näherungsweise exponetiell zu
Hochspannung zum Betrieb notwendig (ca 2kV)
Photomultiplier
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6Maximilian Ries
Bus-System aus den 80ern
Wird noch immer in (fast) allen Experimenten verwendet
Datenraten von bis zu 80 MB/s
Plattform für Elektronik die speziell für die Experimente entwickelt wird
Kommerzieller Prozessor (SBC) liest die I/O-Karten aus und gibt die Daten über das Netzwerk weiter
VMEbus
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7Maximilian Ries
Vorteil gegenüber neueren Systemen:• Hohe Flexibilität
• Einfach zu implementieren (z.B. in FPGA)
• Viele Module und Experten vorhanden (Industrie, CERN)
• Wird über langen Zeitraum hinweg unterstützt (Kostenvorteil)
• Einfache Analyse, da Bus-System
• Moderne Systeme haben Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
VMEbus
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8Maximilian Ries
Messung von Myonenrate mithilfe unterschiedlicher NIM-Module:• Discriminator: (1 bit) Analog-Digital-Wandler
• Coincidence-Unit: output, wenn an beiden inputs ein Signal eingeht (noise cancelling)
• Counter: zählt Eingänge auf drei Kanä-len
Ergebnis:• Zwischen 300 und 330 Myonen pro
Minute (Erwartungswert: 360/Minute)
Mein Praktikum
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9Maximilian Ries
Bestimmung der Anzahl der ausgelösten Photonen pro Myon• Spannungsmessung mit Oszilloskop
• Rückrechnung auf Anzahl der Photonen
Ergebnis:• Es werden ca 25.000 Photonen von einem Myon ausgelöst
Mein Praktikum
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10Maximilian Ries
Messung der Zeit zwischen den Myonen-durchgängen durch die Szintillatoren (VME)• Fehler bei der Zeitmessung (konstant)
Ergebnis: ca 0,2 ns ==> v ≈ 0,95 c
Mein Praktikum
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11Maximilian Ries
http://www.carvilleplastics.com/wp-content/uploads/2011/07/Acrylic-Light-Guide.jpg
http://www.hofstragroup.com/media/product_images/productimage-picture-ascop-emr-541e-ruggedized-venetian-blind-photomultiplier-tube-970.jpg
http://www.olympusmicro.com/primer/digitalimaging/concepts/images/photomultiplier.jpg
https://indico.cern.ch/event/230300/session/10/contribution/30/material/slides/
https://de.wikipedia.org/wiki/Myon
https://de.wikipedia.org/wiki/Szintillator
Markus Joos
Eigene Bilder
Quellen
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12Maximilian Ries
Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit
09.05.2014
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13Maximilian Ries09.05.2014
Anwendung: Vulkan-Tomografie