Universiẗat, Diss., 2001--Heidelberg.

Heidelberg, Univ., Diss., 2001.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Dresden.

Heidelberg, Univ., Diss., 2007. / Online publiziert: 2008.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Dresden.

Der zukünftige Linearbeschleuniger (International Linear Collider - ILC) wird für die Teilchenforschung im Energiebereich bis zu einem Tera-Elektronenvolt (TeV scale) entwickelt. In dieser Arbeit wird der Entwurf des inneren Vorwärtsbereichs (Very Forward Region) eines Detektors füur diesen Beschleuniger beschrieben. Das Beam-Kalorimeter - eines der zwei elektromagnetischen Kalorimeter, die hier angeordnet sind - ist Gegenstand dieser Arbeit. Das Beam-Kalorimeter muss eine gute Hermetizität für hochenergetische Elektronen, Positronen und Photonen bis hinab zu sehr kleinen Polarwinkeln gewährleisten. Es dient für die schnelle Strahldiagnose und als Abschirmung des inneren Detektors gegen rückgestreute Beamstrahlungsreste und Synchrotronstrahlung. Als eine mögliche Technologie für das Beam-Kalorimeter wird eine Sandwich-Anordnung aus Diamantsensoren und Wolfram- Absorberplatten betrachtet. Es werden detaillierte Simulationen einer solchen Anordnung durchgeführt. Die Nachweiseffektivität und die Energie- sowie Winkelauflösung für elektromagnetische Schauer werden untersucht. Im Ergebnis der Simulationsrechnungen wird nachgewiesen, dass die vorgeschlagene Anordnung die Anforderungen an ein Beam-Kalorimeter erfüullt. Zusätzlich werden Untersuchungen an polykristallinem Diamantmaterial, hergestellt mittels Abscheidung aus der Dampfphase (Chemical Vapour Deposition - CVD), durchgeführt, um dessen Eigenschaften als Sensormaterial für ein Beam-Kalorimeter zu ermitteln. Die Ergebnisse der Messungen von Mustern verschiedener Hersteller werden dargestellt diskutiert. / The International Linear Collider (ILC) is being designed to explore particle physics at the TeV scale. The design of the Very Forward Region of the ILC detector is considered in the presented work. The Beam Calorimeter - one of two electromagnetic calorimeters situated there - is the subject of this thesis. The Beam Calorimeter has to provide a good hermeticity for high energy electrons, positrons and photons down to very low polar angles, serve for fast beam diagnostics and shield the inner part of the detector from backscattered beamstrahlung remnants and synchrotron radiation. As a possible technology for the Beam Calorimeter a diamond-tungsten sandwich calorimeter is considered. Detailed simulation studies are done in order to explore the suitability of the considered design for the Beam Calorimeter objectives. Detection efficiency, energy and angular resolution for electromagnetic showers are studied. At the simulation level the diamond-tungsten design is shown to match the requirements on the Beam Calorimeter performance. Studies of polycrystalline chemical vapour deposition (pCVD) diamond as a sensor material for the Beam Calorimeter are done to explore the properties of the material. Results of the measurements performed with pCVD diamond samples produced by different manufacturers are presented.

Für das CsI(Tl)-Kalorimeter des Babar-Detektors wurde ein Verfahren zur Kalibration entwickelt und implementiert. Es ist in der Lage, für alle 6580 Kristalle absolute Kalibrationskonstanten zu bestimmen und die zeitliche Änderung der Kristalleigenschaften zu monitorieren. Der Algorithmus basiert auf dem Vergleich von gemessener Energie und erwarteter deponierter Energie von Teilchen aus Ereignissen der Bhabha-Streuung. Die gemessene Energie wird aus einem Cluster von getroffenen Kristallen bestimmt, wobei die Kalibrierung der Einzelkristallenergien durch Multiplikation mit einer Kalibrationskonstante c erfolgt. Die erwartete Energie wird aus einer Monte-Carlo-Simulation extrahiert. Die Minimierung eines chi^2-Terms - in dem erwartete und gemessene Cluster-Energien verglichen werden - bezüglich der Kalibrationskonstanten c, führt zu einem linearen Gleichungssystem mit einer 6580*6580 Matrix, die numerisch invertiert werden kann. Die Methode kalibriert die Kristalle im Energiebereich von 2,5 bis 8 GeV. Bei einer Luminosität von 3*10^33 Ereignissen pro cm^2 und s erlaubt die hohe Rate an Bhabha-Ereignissen am PEP-II-Beschleuniger eine Kalibration mit einer statistischen Genauigkeit von 0,32 % innerhalb von 12 Stunden. Der Einfluss systematischer Unsicherheiten wurde untersucht und zu +0,81% -0,72% abgeschätzt. Durch die Kalibration konnten Energieauflösungen sigma_E / E von 1,8% bei Elektronen mit einer Energie von 7,5 GeV erreicht werden. Im Jahr 2000 wurde von Mitte Mai bis Ende Oktober ein Absinken der Lichtausbeute der Kristalle der Endkappe von etwa 2,8% beobachtet. / A technique to calibrate the CsI(Tl) calorimeter of the Babar experiment was developed and implemented. The method allows a calculation of absolute calibration constants for all 6580 crystals. With these constants, a monitoring of the change of the light yield of the crystals is possible. The algorithm is based on the comparison of the measured energy and the expected deposited energy of particles in Bhabha scattering events. The measured energy is calculated from a cluster of hit crystals. The individual crystal energies are calibrated by a multiplication with a calibration constant c. The expected energy is extracted from a Monte-Carlo-Simulation. Minimizing a chi^2 term - which compares the expected and the measured cluster energies - with respect to the constants c yields a system of linear equations with a 6580x6580 matrix, that can be inverted numerically. The crystals are calibrated in an energy range of 2.5 to 8 GeV. The large rate of Bhabha scattering events at the PEP-II accelerator allows a calibration with a statistical precision of 0.32% within 12 hours of data taking at a luminosity of 3*10^33 events per square centimeter and second. The influence of systematic uncertainties was studied and estimated to be +0.81% -0.72%. Due to the calibration an energy resolution sigma_E / E of 1.8% could be obtained for electrons with an energy of 7.5 GeV. With the calibration constants a decrease in the lightyield of the endcap crystals of 2.8% could be observed between May and October 2000.

A light pulser system for the Babar CsI(Tl) calorimeter, capable of monitoring the light yield of the 6580 crystals and of checking the function and linearity of the readout electronics, was developed in a collaboration with groups from Bochum and Edinburgh. The light pulser system is based on the coupling of light from Xenon flashlamps through optical fibers into the individual crystals. The absolute intensity is measured by two special reference systems whose stability is monitored using a radioactive source. During the construction phase the light pulser was used to check the electronics in order to ensure its functioning before the insertion of the calorimeter into the detector where the preamplifier electronics is inaccessable for repair. In monitoring the short term performance of the light pulser system, the stability over one week is better than 0.15 %. Over six months between February and August 2000 the crystal response, as measured by the light pulser, of the three rings of the endcap that are closest to the beam dropped by up to 2 % in comparison with the three outer rings of the endcap, due to radiation damage. Through linearity measurements with the light pulser a flaw in the ADC boards of the calorimeter electronics, which will be fixed in the near future, and cross-talk between channels was found. By a software correction of these effects implemented by members of the collaboration an improvement of the energy resolution of the calorimeter was achieved. / Fuer das CsI(Tl)-Kalorimeter des Babar-Detektors wurde in Zusammenarbeit mit Gruppen aus Bochum und Edinburgh ein Lichtpulsersystem entwickelt, das in der Lage ist, die Lichtausbeute der 6580 Kristalle zu monitorieren und die Funktionsfaehigkeit und Linearitaet der Kalorimeterelektronik zu ueberpruefen. Das Lichtpulsersystem basiert auf der Einkopplung des Lichts von Xenon-Blitzlampen ueber Lichtleitfasern in einzelne Kristalle. Die absolute Lichtmenge wird durch zwei spezielle Lichtnormale gemessen, deren Stabilitaet durch eine radioaktive Quelle monitoriert wird. In der Aufbauphase kam der Lichtpulser fuer die Ueberpruefung der Elektronik zum Einsatz, um deren Funktionsfaehigkeit sicherzustellen, bevor das Kalorimeter in den Detektor eingebaut wurde, weil danach die Vorverstaerkerelektronik fuer Reparaturen nicht mehr zugaenglich war. In der Monitorierung ist die Kurzzeitstabilitaet des Lichtpulsersystems ueber eine Woche besser als 0,15 %. Ueber sechs Monate zwischen Februar und August 2000 sank, bedingt durch Strahlenschaeden, die mit dem Lichtpulser gemessene Antwort der Kristalle fuer die strahlnaechsten drei Ringe der Endkappe um bis zu 2 % staerker als in den aeusseren drei Ringen der Endkappe. Durch die Linearitaetsmessungen mit dem Lichtpulser konnte ein Fehler in der Kalorimeterelektronik im Bereich der ADC-Karten, der in naher Zukunft behoben werden wird, sowie ein Uebersprechen zwischen den Kanaelen gefunden werden. Durch Softwarekorrekturen dieser Effekte von seiten der Kollaboration konnte eine Verbesserung der Energieaufloesung des Kalorimeters erreicht werden.

A light pulser system for the Babar CsI(Tl) calorimeter, capable of monitoring the light yield of the 6580 crystals and of checking the function and linearity of the readout electronics, was developed in a collaboration with groups from Bochum and Edinburgh. The light pulser system is based on the coupling of light from Xenon flashlamps through optical fibers into the individual crystals. The absolute intensity is measured by two special reference systems whose stability is monitored using a radioactive source. During the construction phase the light pulser was used to check the electronics in order to ensure its functioning before the insertion of the calorimeter into the detector where the preamplifier electronics is inaccessable for repair. In monitoring the short term performance of the light pulser system, the stability over one week is better than 0.15 %. Over six months between February and August 2000 the crystal response, as measured by the light pulser, of the three rings of the endcap that are closest to the beam dropped by up to 2 % in comparison with the three outer rings of the endcap, due to radiation damage. Through linearity measurements with the light pulser a flaw in the ADC boards of the calorimeter electronics, which will be fixed in the near future, and cross-talk between channels was found. By a software correction of these effects implemented by members of the collaboration an improvement of the energy resolution of the calorimeter was achieved. / Fuer das CsI(Tl)-Kalorimeter des Babar-Detektors wurde in Zusammenarbeit mit Gruppen aus Bochum und Edinburgh ein Lichtpulsersystem entwickelt, das in der Lage ist, die Lichtausbeute der 6580 Kristalle zu monitorieren und die Funktionsfaehigkeit und Linearitaet der Kalorimeterelektronik zu ueberpruefen. Das Lichtpulsersystem basiert auf der Einkopplung des Lichts von Xenon-Blitzlampen ueber Lichtleitfasern in einzelne Kristalle. Die absolute Lichtmenge wird durch zwei spezielle Lichtnormale gemessen, deren Stabilitaet durch eine radioaktive Quelle monitoriert wird. In der Aufbauphase kam der Lichtpulser fuer die Ueberpruefung der Elektronik zum Einsatz, um deren Funktionsfaehigkeit sicherzustellen, bevor das Kalorimeter in den Detektor eingebaut wurde, weil danach die Vorverstaerkerelektronik fuer Reparaturen nicht mehr zugaenglich war. In der Monitorierung ist die Kurzzeitstabilitaet des Lichtpulsersystems ueber eine Woche besser als 0,15 %. Ueber sechs Monate zwischen Februar und August 2000 sank, bedingt durch Strahlenschaeden, die mit dem Lichtpulser gemessene Antwort der Kristalle fuer die strahlnaechsten drei Ringe der Endkappe um bis zu 2 % staerker als in den aeusseren drei Ringen der Endkappe. Durch die Linearitaetsmessungen mit dem Lichtpulser konnte ein Fehler in der Kalorimeterelektronik im Bereich der ADC-Karten, der in naher Zukunft behoben werden wird, sowie ein Uebersprechen zwischen den Kanaelen gefunden werden. Durch Softwarekorrekturen dieser Effekte von seiten der Kollaboration konnte eine Verbesserung der Energieaufloesung des Kalorimeters erreicht werden.