Ein großflächiger Szintillationsdetektor mit Matrix-Auslese für Experimente an COSY

Für die Anforderungen einer Flugzeitmessung im Rahmen des Experimentes E5 am Protonensynchrotron COSY Jülich konnten mittels einer Monte-Carlo-Simulation die geometrischen Parameter einer großflächigen Szintillatorwand mit Matrix-Anordnung der auslesenden Photomultiplier optimiert werden. Ein System zur Überwachung der Röhrenverstärkungen, beruhend auf kurzen, von Lumineszenzdioden emittierten Lichtpulsen, wurde auf diese Anwendung modifiziert übertragen und erfolgreich getestet. Die bei einer Testmessung mit minimal ionisierenden Teilchen experimentell bestimmte Pulshöhenfunktion der Photosensoren zeigte für das Testmoduldeutliche Abweichungen von den Erwartungen gemäß der Monte-Carlo-Simulation. Die Ursache dieser Abweichungen ist wahrscheinlich in der Vernachlässigung der Lichtleiterstutzen der Photomultiplier durch die Simulationsrechnung zu suchen. Dieser Sachverhalt bedarf allerdings noch einer genauen Klärung. Für die Zeitauflösung des Detektors konnten Werte ermittelt werden, die im Mittel etwa 30 % oberhalb der theoretischen Erwartungen liegen. Die Variation der Zeitauflösung mit dem Eindringort entspricht dem theoretischen Modell. Für minimal ionisierende Teilchen wurde eine Genauigkeit der Flugzeitinforma.tion aus der Kombination von Start- und Stopszintillator des Experimentes E5 in einem Bereich $\sigma_{tof} \approx$ 240 - 260 ps abhängig vom Eindringort des zu analysierenden Teilchens gemessen. Auf der Grundlage dieser Messung ist für Protonen eines Impulses von 1 GeV c bei Einsatz des Detektors in seiner zweiten Ausbaustufe eine obere Grenze der Flugzeitauflösung von entsprechend $\sigma_{tof} \approx$ 195 - 220 ps zu erwarten. Daraus resultiert eine grobe obere Abschätzung der Impulsauflösung von $\sigma_{p}$ /p $\approx$ 1.0 - 1.2 %. Eine Ortsrekonstruktion mittels der Schwerpunktmethode zeigte qualitativ ein erwartetes Verhalten der systematischen Abweichungen zwischen rekonstruierten und tatsächlichen Eindringorten. Quantitativ wird eine mittlere Streuung der rekonstruierten Positionen von 1.2 bzw. 0.8 cm für die horizontale bzw. vertikale Richtung erreicht. Die Ortsauflösung des Testmoduls liegt damit deutlich unterhalb der Anforderungen des Experimentes E5. Bis zum Einsatz des inzwischen in der zweiten Ausbaustufe fertiggestellten Detektors ist eine absolute Eichung der Photomultiplier sowie die Inbetriebnahme des Überwachungssystems der Röhrenverstärkungen vorzunehmen. Nach einer Modifikation der Monte-Carlo-Simulation kann diese bei Übereinstimmung mit dem experimentell ermittelten Verlauf der Pulshöhenfunktion benutzt werden, um zum einen systematische Abweichungen der Ortsrekonstruktion und ihre Energieabhängigkeit, zum anderen die Auflösung von Doppeltreffern durch den Detektor zu studieren