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dc.contributor.authorRosenbaum, Christoph
dc.date.accessioned2023-02-09T15:33:51Z
dc.date.available2016-10-04T11:28:44Z
dc.date.available2023-02-09T15:33:51Z
dc.date.issued2016
dc.identifier.urihttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-122817
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/10357
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9741
dc.description.abstractOne major goal of the future FAIR facility is the understanding of the structure of matter at a sub-nuclear level which is governed by a short range force, the strong interaction. The state-of-the-art PANDA detector at FAIR will be used to study the strong interaction by investigating proton - antiproton interactions. The EMC of the target spectrometer with its expected excellent performance and efficiency for electromagnetic probes over a wide energy range from 10 MeV up to 15 GeV, will be one of the central components to achieve the physics goals. The Barrel part of the EMC will consist of more than 11,000 lead tungstate crystals operated at -25 °C to achieve the requirements of the experiment.Within the scope of this work, the performance of the most recent prototypes of the PANDA Barrel EMC will be compared. The first large scale prototype PROTO60 was designed to test the performance of the improved tapered lead tungstate crystals. The PROTO60 which consists of 6x10 crystals was tested at various accelerator facilities over almost the complete envisaged energy range but missing the mid energy range. The results were fulfilling the requirements of the TDR of the PANDA EMC in terms of energy, position and time resolution. Therefore, the resolution parameters were used as input parameters for the physics simulations of the research program of PANDA. Hence, the PROTO60 results represent a specification limit. However, complementary results of a beamtime time for the mid energy range will be presented in this work so as to additionally verify the previous results.Despite the sufficient performance of the PROTO60, a second prototype PROTO120 has been constructed, in order to realize the final barrel geometry and to test the final front-end electronics. It represents a larger section of a barrel slice, containing the most tapered crystals and the close to final components for the PANDA EMC.The emphasis of this work is the optimization of the Barrel EMC with respect to the front-end electronics. A significant improvement is out of reach because the essential parameters influencing the performance of the Barrel EMC like the quality of the envisaged lead tungstate crystals and the pre-amplifier have been improved significantly and reached its limits. However, the performance of the specially developed pre-amplifier of the Barrel EMC has not been verified under experimental conditions so far. Therefore, a beamtime test has been conducted with the PROTO120, which will be presented within this work. Furthermore, possibilities to optimize the performance will be discussed.Another main goal of this work is the unique study of the impact of dead material in front of the PROTO60. The experiment with prototype detectors are performed under idealized conditions. But the material budget in front of the Barrel EMC is considered to have a significant influence on the performance for future operation within the PANDA detector. Therefore, the performance of the PROTO60 with a quartz plate in front has been measured. Results will be discussed within this work.en
dc.description.abstractEines der großen Ziele der zukünftigen FAIR Anlage ist das Verständnis der Struktur von Materie im subatomaren Bereich. Dieser Bereich wird beherrscht von einer kurzreichweitigen Kraft, der starken Wechselwirkung. Der hochmoderne PANDA Detektor, welcher an der zukünftigen FAIR Anlage genutzt werden wird, wurde entwickelt um die starke Wechselwirkung mit Interaktion von Protonen und Antiprotonen zu untersuchen. Das Elektromagnetische Kalorimeter ist ein wichtiger Teil des Spektrometers, welches sich um den Interaktionspunkt herum befindet, mit einer erwarteten exzellenten Leistungsfähigkeit und Effizienz um elektromagnetische Teilchen über einen großen Energiebereich von 10 MeV bis zu 15 GeV nachzuweisen. Damit ist es ein essentieller Bestandteil um die zentralen Zielsetzungen des Physikprogramms von PANDA zu erreichen. Der Barrel Teil des EMC wird aus über 11.000 Bleiwolframatkristallen bestehen, welche bei einer Temperatur von -25 °C betrieben werden, um den Anforderungen des Experiments gerecht zu werden.Im Rahmen dieser Arbeit wird die Leistungsfähigkeit von den beiden neusten Prototypen des PANDA Barrel EMC verglichen. Der erste großformatige Prototyp PROTO60 wurde entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der verbesserten Bleiwolframatkristalle zu testen. Der PROTO60 besteht aus 6 × 10 Kristallen und wurde an verschiedenen Beschleunigeranlagen über einen Großteil des vorgesehen Energiebereich getestet, wobei der Mittelenergiebereich ausgelassen wurde. Die Ergebnisse erfüllten die Anforderungen des TDR vom PANDA EMC was Energie-, Position- und Zeitauflösung angeht. Aufgrund dessen wurden die Auflösungsparameter als Eingangsgrößen für die Physiksimulationen des PANDA Forschungsprogramm verwendet. Deswegen werden die Ergebnisse des PROTO60 als Anforderungsbegrenzung für das Barrel EMC angesehen. In dieser Arbeit werden vervollständige Ergebnisse eines Prototypentests im Mittelenergiebereich präsentiert um die vorherigen Ergebnisse zu bestätigen.Trotz der ausreichenden Leistungsfähigkeit des PROTO60, wurde ein zweiter Prototyp PROTO120 konstruiert, um die letztendliche Barrel Geometrie zu verwirklichen und die finale Front-End Elektronik zu testen. Dieser Prototyp repräsentiert einen größeren Teil von einem Barrel Stück mit den am meisten konisch zulaufenden Kristallen und den ausgewählten finalen Komponenten des PANDA EMC.Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Optimierung des Barrel EMC was die Front-End Elektronik anbelangt. Eine signifikante Verbesserung liegt außerhalb der Möglichkeit, da die entscheidenen Faktoren, welche die Leistungsfähigkeit des Barrel EMC beeinflussen, wie die Qualität der Bleiwolframatkristalle und die der Vorverstärker schon entscheidend verbessert wurden und an die Grenzen der Leistungsfähigkeit gebracht wurden. Nichtsdestotrotz muss die Leistungsfähigkeit des extra für das Barrel EMC entwickelten Vorverstärker noch unter experimentellen Bedingungen überprüft werden. Dafür wurde ein Test mit dem Prototypen an einer Beschleunigeranlage durchgeführt und die Ergebnisse werden in dieser Arbeit präsentiert. Des Weiteren werden Möglichkeiten zur Optimierung der Leistungsfähigkeit diskutiert. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die einzigartige Untersuchung über den Einfluss von Material vor dem PROTO60. Die Experimente mit dem Prototypen wurden alle unter idealisierten Bedingungen durchgeführt. Allerdings wird erwartet, dass während der Operation im PANDA Detektor das Material von anderen Detektoren vor dem Barrel EMC einen entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit hat. Deswegen wurde die Leistungsfähigkeit des PROTO60 mit einer vorgestellten Quartzplatte untersucht. Die Ergebnisse werden in dieser Arbeit vorgestellt.de_DE
dc.language.isoende_DE
dc.rightsIn Copyright*
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/page/InC/1.0/*
dc.subjectPANDAde_DE
dc.subjectEMCde_DE
dc.subjectAusleseelektronikde_DE
dc.subjectPANDAen
dc.subjectEMCen
dc.subjectFront-end electronicsen
dc.subject.ddcddc:530de_DE
dc.titleOptimization of the Front-End electronics of the PANDA Barrel EMCen
dc.title.alternativeOptimierierung der Ausleseelektronik des PANDA Barrel EMCde_DE
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2016-09-30
local.affiliationFB 07 - Mathematik und Informatik, Physik, Geographiede_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE
local.opus.id12281
local.opus.instituteII. Physikalisches Institutde_DE
local.opus.fachgebietPhysikde_DE


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