Scintillation Light Detection and Application of Silicon Photomultipliers in Imaging Calorimetry and Positron Emission Tomography

Diese Arbeit befasst sich mit den schwachen Lichtsignalen von organischen und anorganischen Szintillatoren und deren Nachweis mit Silizium Photomultipliern (SiPM). In diesem Zusammenhang werden zwei Anwendungsgebiete untersucht: Hadronkalorimeter und das bildgebende Verfahren der Positronen-Emissions-Tomographie. Das Ergebnis einer Messung des Birksschen Koeffizienten kB wird vorgestellt für die Plastikszintillatorkacheln des analogen hadronischen Kalorimeterprototyps der CALICE Kollaboration. Der ermittelte kB-Wert ist signifikant größer als der bisher in Geant4-Simulationsstudien benutzte Wert. Eine neue Simulationsmethode wurde entwickelt, mit deren Hilfe eine verbesserte Beschreibung des Ionisations-Quenching-Effekts möglich ist. Der Einfluss auf das simulierte Kalorimetersignal wird anhand einer Teilchenschauer-Simulationsstudie verdeutlicht. Eine Testumgebung wurde entwickelt um eine vollständige SiPM Charakterisierung zu ermöglichen und verschiedene SiPM Bauarten zu vergleichen. Das Messspektrum umfasst die Bestimmung der Photon-Detektions-Effizienz unter Berücksichtigung der Beiträge des optischen Übersprechens und der auftretenden Nachpulse. Zusätzlich wurde das räumliche Ansprechverhalten einzelner Pixel gemessen. Die gewonnenen Erkenntnisse zu den unterschiedlichen Sensortypen und die daraus abgeleitete Qualifikation für verschiedene Anwendungsgebiete werden diskutiert. Um die Eignung von SiPMs für die Positronen-Emissions-Tomographie zu untersuchen, wurde ein Detektorprototyp im kleinen Maßstab entwickelt. Erste Charakterisierungsstudien des Systems werden vorgestellt