Ein Detektorsystem zum Nachweis von Myonen in ausgedehnten Luftschauern fuer das KASCADE-Projekt [report]

W. Kriegleder
1992
Zusammenfassung Das KASCADE-Experiment hat die Aufgabe, die hadronische, die elektromagnetische und die myonische Komponente in einem ausgedehnten Luftschauer gleichzeitig mit hoher Präzision zu messen. Dadurch sollen Art, Energie und Richtung des kosmischen Primärteilchens bestimmt werden, das durch die Kollision mit einem Atomkern der oberen Atmosphäre die Teilchenkaskade ausgelöst hat. Das Ziel ist die Ermittlung des Energiespektrums der primären kosmischen Strahlung, die Analyse der
more » ... en Zusammensetzung bei verschiedenen Energien und vielleicht das Auffinden von Punktquellen ultrahochenergetischer Teilchen. Mit diesen Daten können die verschiedenen Modelle zur Erzeugung ultrahoher Energien überprüft werden. Zum Nachweis der myonischen Komponente wurde in dieser Arbeit ein Detektor aus großflächigen Szintillatorplatten entwickelt, die an den Seiten durch Wellenlängenschieber-Stäbe ausgelesen werden. Der Detektor besteht aus vier Segmenten mit einer Fläche von jeweils 0,81 m 2 • In einem Segment kann die geringe Ortsabhängigkeit des Signals durch die Restinhomogenität der Detektorantwort von Uin = 3, 8% beschrieben werden. Werden die Segmente aufeinander abgeglichen, gilt dieser Wert für die gesamte Detektorfläche von 3,24 m 2 • Die Zeitauflösung eines Segments beträgt Ut = 1, 7 nsec. 16 dieser Detektoren wurden in einem Prototypcluster durch Messungen an Luftschauern getestet. Dieses Prototypcluster stellt das erste von insgesamt 16 Clustern des geplanten Arrays dar. Die Meßelektronik wurde aus handelsüblichen Modulen aufgebaut. Im Rahmen eines Eichexperiments mit unkorrelierten kosmischen Myonen wurden die Detektoren sorgfältig aufeinander abgeglichen. Es wurde die Möglichkeit getestet, Veränderungen an den Detektoren über einen längeren Zeitraum oder nach einem Umbau durch ein solches Experiment zu dokumentieren. Während einer Meßzeit von insgesamt 17 Tagen wurden mit drei verschiedenen Triggerbedingungen insgesamt 510768 Schauer aufgenommen. Die Auswertung der Daten erfolgte nach verschiedenen Gesichtspunkten. Zunächst wurden die Möglichkeiten untersucht, aus den schauergetriggerten Daten Informationen über die Qualität der Detektoren und ihrer Einzelkomponenten zu gewinnen, z. B. Qualität des Abgleichs der Photomultiplier, Gleichheit der Segmente eines Detektors und Gleichheit der 16 Detektoren. Danach wurde versucht, durch Ausnutzung der segmentierten Struktur des Detektors die Zahl der Myonen in den unter verschiedenen Triggerbedingungen aufgenommenen Schauern zu bestimmen. Durch Einbeziehung der Energiespektren der e/1-Detektoren in die Analyse konnten die Daten der JL-Detektoren auf diskrete Ein-und Zweiteilchenspektren reduziert werden. Für eine mittlere Entfernung von 40 m vom Schauerzentrum konnte der mittlere Wert der vom Punch-Through in den Detektoren deponierten Energie bestimmt werden. Er beträgt 1,9 MeV, dies entspricht etwa 35% eines Myonensignals von 5,4 MeV. Dieses Verhältnis stimmt gut mit den Ergebnissen der Simulation überein. Abstract A detectorsystem to measure muons in extensive air showers for the KASCADE-project The KASCADE-experiment aims to measure the hadronic, the electromagnetic and the muonic component of an extensive air shower simultaneously with high precision. Energy, direction and nature of the primary cosmic particle will be determined, which has initiated the particle cascade by a collision with a nucleus in the higher atmosphere. The determinaton of the primary cosmic ray energy spectrum, the analysis of the chemical composition at different energies and the search for point sources of particles with ultra high energies are the main goals of the experiment.
doi:10.5445/ir/270032226 fatcat:3mtdkro63rcohcpascfh7a532e