Simulation and characterization of a LXe TPC for DARWIN R&D

Abstract: The DARWIN project intends to employ a 40 t liquid xenon time projection chamber in order to fully probe the experimentally accessible parameter space for the direct detection of WIMP dark matter, which will be eventually limited by coherent neutrino interactions with atomic nuclei. Novel xenon detector technologies with a potential application in DARWIN are developed using the XeBRA R&D platform at the University of Freiburg. It is currently equipped with a fully functional baseline detector consisting of a small-scale dual-phase time projection chamber following the well-established detection scheme of the XENON experiments which is meant to provide a benchmark for comparison with the new technological approaches. In this thesis, GEANT4 Monte Carlo simulations of the current XeBRA detector and potential modifications thereof, such as a single-phase implementation, will be presented. At this, a special focus is put on the examination of the optical detector properties and response, culminating in the development of improved algorithms with sub-millimeter precision for the reconstruction of the interaction positions inside the detector. Furthermore, methods for the detector calibration with the aid of different radioactive samples are assessed. The results of these investigations are finally compared to real data from the first comprehensive measurement campaign of the current detector setup
Abstract: Das DARWIN Projekt plant die Nutzung einer 40 t Flüssig-Xenon-Zeitprojektionskammer zur vollständigen Untersuchung des experimentell zugänglichen Parameterraumes für die direkte Detektion von WIMP Dunkler Materie, der letztendlich durch kohärente Neutrino-Wechselwirkungen mit Atomkernen begrenzt wird. Neuartige Xenon-Detektortechnologien mit potenzieller Anwendung in DARWIN werden mithilfe der XeBRA-Forschungs- und Entwicklungsplattform der Universität Freiburg untersucht. Diese ist derzeit mit einem voll funktionsfähigen Basisdetektor ausgestattet, der aus einer zweiphasigen Zeitprojektionskammer in kleinem Maßstab besteht. Dem bewährten Nachweisschema der XENON-Experimente folgend, soll jene somit als Bezugspunkt für den Vergleich mit den neuen technologischen Ansätzen dienen. Im Rahmen dieser Arbeit werden GEANT4-Monte-Carlo-Simulationen des aktuellen XeBRA-Detektors sowie möglicher Modifikationen desselben, wie beispielsweise eines einphasigen Betriebs, vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Untersuchung der optischen Eigenschaften und des Ansprechverhaltens des Detektors, die letztlich zur Entwicklung verbesserter Algorithmen zur Rekonstruktion der Wechselwirkungspositionen innerhalb des Detektors mit Sub-Millimeter-Genauigkeit herangezogen wird. Des Weiteren werden Methoden zur Detektorkalibrierung mithilfe verschiedener radioaktiver Proben überprüft. Die Ergebnisse dieser Studien werden schließlich mit realen Daten aus der ersten umfassenden Messreihe des aktuellen Detektoraufbaus verglichen

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• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Universität Freiburg, Masterarbeit, 2019

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2020
• Creator: Bismark, Alexander
• Contributor: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Physikalisches Institut

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/154696
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1546969
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.