Magnetische Abschirmung für Partikeldetektoren

Teilchenphysiker, die nach Neutrinos, kosmischer Strahlung und anderen geladenen Teilchen suchen, verlassen sich auf hochentwickelte Instrumente, die sehr schwache Lichtausbrüche erkennen, die entstehen, wenn einfallende Teilchen mit einem Medium interagieren. Die gebräuchlichsten Instrumente dieser Art, sogenannte Cherenkov-Detektoren, verwenden Photomultiplierröhren, um so viel Licht wie möglich einzufangen. Dies liefert ein aussagekräftiges Signal, aus dem Informationen über das Partikel gewonnen werden können, von dem es stammt. Ihre Effizienz sinkt jedoch, wenn sie dem Erdmagnetfeld ausgesetzt werden.

In einem Studie veröffentlicht in Das European Physical Journal PlusSara Rodriguez Cabo von der Universität Oviedo, Spanien, und ihre Kollegen beschreiben nun, wie spezifische Anordnungen von stromdurchflossenen Drahtspulen um große zylindrische Detektoren natürliche magnetische Störungen kompensieren und Fotodetektoren davor schützen können.

Externe Magnetfelder, darunter auch das der Erde, beeinflussen die Flugbahnen niederenergetischer Elektronen, die sich in einer Photovervielfacherröhre bewegen. Wenn die Feldrichtung senkrecht zur Röhrenachse verläuft, führt dies zu Empfindlichkeitsschwankungen in der Anode, die die Elektronen sammelt, wodurch die Photonensammeleffizienz verringert wird. Die Platzierung von stromdurchflossenen Drahtspulen in der Nähe von Cherenkov-Detektoren kann helfen, indem sie ein anderes Feld erzeugen, das das der Erde kompensiert.

Cabo und ihre Kollegen untersuchten die Auswirkung verschiedener Parameter auf diese Vergütung. In einer Reihe von Simulationen analysierten sie, wie die Stärke und Richtung des von der Spule erzeugten Magnetfelds von der Detektorgröße, dem Abstand zwischen den Spulen und der Stromstärke abhängt. Sie fanden heraus, dass sie durch das Hinzufügen von Spulen mit sehr spezifischer Geometrie und Position zur Grundkonfiguration Magnetfelder in Teilen des Detektors ansprechen könnten, die normalerweise schwer zu beeinflussen wären.

Die Forscher sagen, dass in ihren Simulationen 99,5 % der Photomultiplier-Röhren aufgrund von Magnetfeldern einen Effizienzverlust von weniger als 1 % erfahren. Sie argumentieren, dass eine sorgfältige Berücksichtigung der Spulengeometrie und -position dazu beitragen kann, Bereiche des Detektors abzuschirmen, die andernfalls gefährdet wären.