Der TRD

ams_fluxes_1.jpgDie Ursprünge der geladenen und neutralen kosmischen Strahlung werden in Supernovae und ihren Überresten, Puslaren, Sonnenwinden und Zweigestirnsystemen vermutet. Den Hauptanteil der kosmischen Strahlung stellen die Protonen dar.

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Eine sehr gute Trennung von Protonen und Positronen wird daher benötigt, um das Positronenspektrum mit einer hohen Genauigkeit zu vermessen. Die Protonenunterdrückung muss daher einen Wert von 1.000.000 bei Teilchenergien von 300 GeV erreichen. Diese Unterdrückung wird bei AMS-02 durch eine Kombination aus dem ECAL - mit einer Unterdrückung von 1.000-1.000.000 - und dem Übergangsstrahlungsdetektor (TRD, engl. transition radiation detector) - mit einer impulsabhängigen Unterdrückung von 100 - 1.000) - erreicht.

Übergangsstrahlungsphotonen sind weiche Röntgenstrahlen mit einer üblichen Energie von 5 keV. Diese Photonen werden von einfallenden Teilchen an Übergängen zwischen Materialien mit unterschiedlichen dielektrischen Konstanten mit einer Wahrscheinlichkeit von der Größenordnung α=1/137 erzeugt. Allerdings findet die Erzeugung dieser Photonen nur statt, wenn das geladene Teilchen (mit Masse m und Energie E) einen relativistischen Lorentzfaktor γ=E/m oberhalb einer Schwelle von ca. 500 besitzt. Durch diese Schwelle können Protonen mit einer Energie von bis zu 300 GeV von Positronen mit dem gleichen Impuls getrennt werden. Diese Trennung erfolgt mit Hilfe eines Detektors, welches sowohl die direkte Ionisation als auch die erzeugete Übergangsstrahlung vermessen kann.

trd_principle.jpgoct_stat_jul21_1_2.jpgIMG_1755.jpgDer TRD von AMS-02 besteht aus 20 Lagen an Strohhalmmodulen und inhomogenen Fliesradiator. Insgesamt besitzt AMS-02 328 socher Module mit jeweils 16 Strohhalmen.

Das Gehäuse des TRD besteht aus einer kegelförmigen Oktagonstruktur aus CFC-AI-Wabengewebe und ist durch eine obere und untere Wabengewebeplatte abgeschlossen. In den Strohhälmen befinet sich eine 80:20 Xe/CO2 Mixtur. Die Strohhalmmodule werden im Propotionalitätsmodus bei einer Gasverstärkung von 3000 betrieben. Zur Signalauslese werden VA-Chips benutzt. Der Detektor wurde an der RWTH Aachen gebaut, das Gassystem am MIT, die Slowcontrol an der INFN Rom und die Datenauslese (DAQ) an der TH Karlsruhe.

Die Konstruktion der 328 Strohhalmmodulen wurde im Januar 2005 abgeschlossen. Die Fotos auf der rechten Seite zeigen die Integration in die oktogonale Tragestruktur.

Die TRD-Integration wurde im April 2006 abgeschlossen, die Integration des TRD in das AMS-02 Experiment im Oktober 2009.

Im Jahre 200 wurde die Effizienz des TRD bei einem Testbeam am CERN vermessen. Es wurden dabei 3 Millionen Events aufgenommen, welche TRD-Signale für Protonen, Elektronen, Myonen und Pionen in einem Energiebereich von 5-250 GeV lieferten. Die Myon-Events wurden benutzt, um eine Kalibrierung der einzelnen Strohhälme untereinander durchzuführen. Dabei wurde eine relative Genauigkeit von 2% erreicht.

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