Detektor

Der Detektor – Hier endet die Reise der Elektronen
Nach dem Durchlaufen des Retardierungspotentials im Hauptspektrometer werden die β-Elektronen wieder auf nahezu ihre ursprüngliche Energie beschleunigt und magnetisch zum Focal-Plane-Detektor (FPD) geführt. Damit endet die rund 70 m lange Flugstrecke der Elektronen durch das KATRIN-Experiment.
Der FPD befindet sich im Inneren eines supraleitenden Magneten, der Magnetfelder von bis zu 6 T erzeugt.

Aufbau des Detektors
Der FPD ist ein positionsempfindlicher Multi-Pixel-Silizium-Halbleiterdetektor. Er besteht aus 148 Pixeln, die in einem „Dartboard“-Muster angeordnet sind. Diese Segmentierung ermöglicht die Bestimmung der Auftreffposition der Elektronen.
Die sensitive Detektorfläche hat einen Durchmesser von 90 mm und ist in die einzelnen Pixel unterteilt. Jedes Pixel besitzt eine Fläche von 44 mm².
Der gesamte Detektor ist auf einem einzelnen Silizium-Wafer mit einer Dicke von 503 µm (≈ 0,5 mm) realisiert.

Leistungsfähigkeit
Die typische Energieauflösung eines einzelnen Pixels beträgt etwa 1,4 keV (FWHM).
Der Detektor ist zudem in der Lage, sehr hohe Zählraten bis in den Mcps-Bereich (Mega counts per second) zu verarbeiten, wie sie beispielsweise bei Kalibrationsmessungen mit ⁸³ᵐKr auftreten.

Bedeutung für das Experiment
Prinzipiell würde für KATRIN ein einfacher Elektronenzähler ausreichen, um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die das Retardierungspotential überwinden.
In der Praxis sind jedoch Energie-, Orts- und Zeitinformationen entscheidend für:

• das Verständnis der Apparatur
• die Identifikation und Reduktion von Untergrund
• die Kontrolle systematischer Effekte

Die Segmentierung und Energieauflösung des FPD leisten daher einen wesentlichen Beitrag zur hohen Präzision der Neutrinomassenmessung.