Das RICH

 

Hintergrund

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Die Vakuumlichtgeschwindigkeit (c = 300.000 km/s) ist die maximal erreichbare Geschwindigkeit. Allerdings ist die Lichtgeschwindigkeit innerhalb eines Mediums geringer (v = c/Brechungsindex). Daher kann es passieren, dass sehr schnell Teilchen bei ihrem Eintritt in ein Medium eine Geschwindigkeit haben, welche zwar langsamer ist als die Vakuumlichtgeschwindigkeit aber schneller als die Lichtgeschwindigkeit in dem Medium. Ein solches Teilchen strahlt dann einen Lichtkegel aus. Dieser Effekt wird Cherenkov-Effekt genannt und ist dem Überschallknall ähnlich, der entsteht, wenn ein Flugzeug schnell fliegt als die Schallgeschwindigkeit. Die Cherenkov-Strahlung besteht aus Photonen die entlang dem Kegel ausgestrahlt werden. Der Öffnungswinkel des Kegels steht in direktem Zusammenhang zur Geschwindigkeit des Teilchens.

Der ausgestrahlte Lichtkegel kann wieder rum von einer lichtempfindlichen Oberfläche detektiert werden. Auf dieser Oberfläche hat die Projektion des Kegels die Form eines Kreises oder einer Ellipse, jenachdem unter welchem Winkel das Teilchen einfällt. Das Volumens des Ring-Imaging-Cherenkovs (RICH) kann mit Spiegeln ausgelegt werden um die Anzahl der registrierten Photonen zu maximieren.

Die Teilchengeschwindigkeit und der Einfallswinkel können rekonstruiert werden in dem man die geometrische Form der Lichtkegelprojektion untersucht. Desweiteren kann auch die Ladung des Teilchens bestimmt werden, da die Anzahl der ausgestrahlten Photonen eine Funktion der Ladung ist.

Konstruktion

Der AMS-02 RICH besteht aus einer Radiatorebene, einem kegelförmigem Spiegel und einer Detektionsebene. Der Durchflug eines Teilches durch die Radiatorebene führt zur Aussendung der Cherenkov-Srahlung. Die Radiatorebene wurde in Form eines zwölfseitigen Polygons mit einem Durchmesser vor 118.5 cm gebaut. Eine Anordnung von 2.7 cm dicken Aerogel-Zellen (mit einem Brechungsindex von 1.03-1.05) umschließt einen zentralen 35x35cm2 großen Bereich, welcher aus 5 mm dickem NaF-Radiator bestehlt. Diese zweite Art von Radiator verursacht größere Lichtkegel, welche trotz des "ECAL-Lochs" in der Detektionsebene ebendiese erreichen können.

Das ECAL-Loch hat eine Fläche von 64x64 cm2, welche genau der aktiven Fläche des ECALs entspricht. Dieses Loch wird für eine optimale Energiemessung im ECAL benötigt, da Teilchen sonst einen Teil ihrer Energie schon in den Photomultipliern (PMTs) der Detektionsebene abgeben würden.

Die Detektionsebene besteht aus 680 4x4 Multi-Anoden-PMTs, welche die untere Öffnung des Spiegels (mit einem Durchmesser von 134 cm) abdecken.

Das RICH erlaubt eine Beta-Messung mit eine Auflösung von 0.1% für Z=1-Teilchen und 0.01% für Ionen.