\section{Die EDDA-Innenschale}
\label{InnenSchaleKapitel}
\setcounter{footnote}{0}
Der polarisierte Atomstrahl, der in der zweiten Phase des EDDA-Experimentes als Target verwendet wird, hat im Vergleich zu einem F"adchentarget eine wesentlich gr"o\3ere r"aumliche Ausdehnung. Daher wird eine Bestimmung des Reaktionsortes, d.h  des Vertex, jedes einzelnen Streuereignisses erforderlich. Hierzu wurde der EDDA-Detektor mit der Innenschale erweitert. Der folgende Abschnitt stellt den Aufbau der Innenschale des EDDA\--Detektors dar.

\subsection{Aufbau der Innenschale}

Die Innenschale des EDDA-Detektors ist -wie auch die Au\3enschale- ein zylindrisches, konzentrisch um das COSY-Strahlrohr angeordnetes Hodoskop. Sie ist im Zwischenraum zwischen Strahlrohr und Au\3enschale eingebaut (vgl. Abb. \ref{EDDA} und \ref{InnenSchaleFoto}). Um die Me\3ergebnisse der Au\3enschale m"oglichst wenig zu beeinflussen, mu\3te die Innenschale so konzipiert werden, da\3 sie eine m"oglichst geringe und homogen verteilte Massenbelegung darstellt. Dies bedeutet insbesondere, da\3 die Auslese der Detektorelemente der Innenschale au\3erhalb der Au\3enschale erfolgen mu\3. Eine "Ubernahme des Konzeptes der EDDA-Au\3enschale war somit ausgeschlossen. \\
\indent Stattdessen besteht die Innenschale des EDDA-Detektors aus 640 szintillierenden Fasern, die in vier Lagen konzentrisch um das COSY-Strahlrohr herum angeordnet sind. Jede Lage besteht aus 160 Fasern, die helixf"ormig mit einem Abwickelwinkel von 170$^\circ$ verlegt sind. Zur Erzielung der Ortsaufl"osung sind die Fasern der ersten und dritten Lage im Uhrzeigersinn, die Fasern der zweiten und vierten Lage gegen den Uhrzeigersinn\footnote{Im weiteren Verlauf wird der Wicklungssinn immer relativ zur Strahlrichtung angegeben.} gewickelt (vgl. Abb. \ref{Effizienzluecke} und \ref{HelixUm0Grad}). \\
\indent Diese Anordnung gew"ahrleistet eindeutige Kreuzungsbereiche der Fasern der ersten und dritten Lage mit denen der zweiten bzw. der vierten Lage. Die Fasern der dritten und vierten Lage decken dabei (vom Target-Sollpunkt aus gesehen) die L"ucken zwischen den Fasern der ersten und zweiten Lage ab.\\
\indent Um bei m"oglichst geringer Massenbelegung einen kompakten sowie stabilen mechanischen Aufbau zu erm"oglichen, werden die Fasern auf speziell angefertigten Tr"agerrohren aus CFK\footnote{CFK = Kohlefaserverst"arkter Kunststoff} gef"uhrt.\\
\indent Zur Auslese der einzelnen Fasern werden Multianodenphotomultiplier vom Typ Hamamatsu R 4760 verwendet. Die Auslese der Fasern erfolgt ``strahl\-auf\-w"arts'' (d.h. zu extremen R"uckw"artswinkeln hin). Die M"oglichkeit einer Auslese ``strahlabw"arts'' wurde bereits in einem fr"uhen Planungsstadium verworfen. Sie w"are zwar technisch wesentlich einfacher zu realisieren gewesen, h"atte aber das Risiko einer hohen Rate an zuf"alligen Koinzidenzen\footnote{Die Fasern zwischen der Detektor-Helix und den Photomultipliern w"aren parallel zu den Ejektil-Trajektorien im Winkelbereich 5$^\circ \leq \theta_{Lab} \leq$ 10$^\circ$ verlaufen. Dies h"atte zu einer hohen Energiedeposition in den Fasern und Photomultiplier-Kathodenfenstern (Erzeugung von \v{C}erenkov-Licht in den Kathodenfenstern) gef"uhrt.} in sich geborgen. Daher w"are es unverzichtbar gewesen, zwischen den szintillierenden Fasern des Detektors und den Photomultipliern undotierte Lichtleitfasern einzusetzen. Voruntersuchungen haben jedoch gezeigt, da\3 eine mechanisch zuverl"assige und gleichzeitig verlustarme Ankopplung der szintillierenden Fasern an Lichtleiter nur realisierbar ist, wenn massive Kopplungselemente verwendet werden. Dies war jedoch ohne Beeintr"achtigung der Nachweiseffizienz der Au\3enschale unm"oglich.

\subsubsection{Die Geometrie der Innenschale}

Das Detektorkonzept auf der Basis von szintillierenden Fasern wird nachfolgend zusammenfassend und aktualisiert dargestellt (siehe auch \cite{LAH92,WIE94}. Die Innenschale wird dabei in der in Abb. \ref{Helixparameter} dargestellten Parametrisierung betrachtet:

\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=Parameter.eps,height=4.5cm}
\end{center}
\caption[Parametrisierung der Innenschalen-Helix]{Parametrisierung der Innenschalen-Helix (vgl. Abb. \ref{CFK-Rohr}}
\label{Helixparameter}
\end{figure} 

\begin{itemize}
\item $R_i$ : Radius der i-ten Helixlage (genau: Abstand der Faserseelen der i-ten Helixlage zur z-Achse): $R_1$=82 mm,  $R_2$=85,6 mm, $R_3$=89,2 mm, $R_4$=92,8mm,
\item $L_i$ : L"ange der i-ten Lage in z-Richtung (gemessen ab Target-Sollposition): $L_1$=517,7 mm, $L_2$=540,5 mm, $L_3$=563,2 mm, $L_4$=585,9 mm. 
\item $\delta_i$ : Abwickelwinkel der Fasern "uber die L"ange $L_i$: $\delta_i$=170$^\circ$ f"ur ale vier Lagen 
\item $b_i={L_i}$/${\delta_i}$ : Steigung der Helix  
\item $N$ : Anzahl der Fasern je Wicklungsrichtung ($N=320$)
\end{itemize}

\noindent Der Verlauf einer Faserseele wird durch die Gleichung 
\begin{equation}
z = b \cdot (\varphi - \varphi_o)
\end{equation}

\noindent beschrieben, wobei $\varphi_o$ der dem Faserursprung $(z = 0)$ zugeordnete Polarwinkel ist. F"ur die Fasern der ersten und dritten Lage ist $\varphi_o$=0, f"ur die zweite und vierte Lage $\varphi_o$=-1,25$^\circ$. Die Steigung $b$ der Schraubenlinie, die von der Faserseele beschrieben wird, hat f"ur eine rechtsgewickelte Faser (1. und 3. Lage) ein positives, f"ur eine linksgewickelte Faser (2. und 4. Lage) ein negatives Vorzeichen. \\

\indent Zwischen benachbarten Fasern einer Lage befindet sich immer ein Bereich reduzierter Effizienz (vgl. Abb. \ref{Effizienzluecke}), da je nach Durchtrittswinkel die f"ur einen eindeutigen Nachweis ben"otigte minimale Durchflugstrecke von ca. 1 mm unterschritten wird und zwischen den Fasern eine L"ucke von ca. 0,1 mm bis 0,5 mm besteht.

\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=helix.eps,height=5.5cm}
\end{center}
\caption[Abdecken der Effizienzl"ucken zwischen benachbarten Fasern]{Abdecken der Effizienzl"ucken zwischen benachbarten Fasern durch die ``optimierte Helixgeometrie''}
\label{Effizienzluecke}
\end{figure} 

Zur Erzielung einer m"oglichst hohen und homogenen Effizienz der Innenschale 
wurden die Fasern der (n+2)-ten Lage deshalb so angeordnet, da\3 sie (vom Target -- Sollort aus gesehen) die Effizienzl"ucken zwischen den Fasern der n-ten Lage abdecken.\\
\indent Eine derartige Effizienzoptimierung ist gegeben, wenn L"ange der i-ten Helixlage L$_i$ und Radius der i-ten Helixlage R$_i$ der folgenden Gleichung gen"ugen
\begin{equation}
\delta_i \cdot R_i / L_i = \mathrm{const} \;\; \mathrm{f"ur} \; i = 1,2,3,4 \; ,
\end{equation}
\noindent der Startpunkt (z=0) der (n+2)-ten Lage um $\Delta\varphi=360^{\circ} / N$ = 1,125$^\circ$ gegen denjenigen der n-ten Lage verschoben ist und der Abwickelwinkel $\delta_i$ aller Lagen identisch ist. 

Den Fasern\footnote{Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird z.T. der Begriff {\em Detektorkanal} verwendet. Dieser Begriff bezeichnet die Einheit aus szintillierender Faser, zugeh"origem Phototmultiplierkanal und zugeh"origem Kanal der Front-End-Elektronik. Die Nummern von Detektorkanal und zugeh"origer Faser sind identisch.} werden dabei nach folgendem Schema Nummern zugeordnet:\\
Die Fasern erhalten die Nummern  0 bis 639. Dabei erhalten logisch benachbarte Fasern gleichen Wicklungssinns aufeinanderfolgende Nummern\label{footnote1}\footnote{Ausnahmen: Die Fasern 0 und 319 sowie 320 und 639 sind logisch benachbart}, d.h. die rechtsgewickelten Fasern (1. und 3. Lage) die Nummern r = 0 bis 319\footnote{Die Fasern der ersten Lage haben geradzahlige Nummern, diejenigen der dritten Lage ungeradzahlige Nummern.} und die linksgewickelten Fasern (2. und 4. Lage) die Nummern l = 320 bis 639\footnote{Die Fasern der zweiten Lage haben geradzahlige Nummern, diegenigen der vierten Lage ungeradzahlige Nummern.}. \\
\indent Die Rekonstruktion der Streuwinkel $\theta$ und $\varphi$ erfolgt dabei mit Hilfe der folgenden Gleichungen (vgl. \cite{THO96}):
\begin{eqnarray}
l \geq r+320 \; : \;\;\; & \mathrm{tan} \; \theta & = \left(\frac{2R_i}{\Delta\varphi|b_i| \cdot (l-r-320)} \right) \; , \\
& \varphi & = \frac{\Delta\varphi}{2} \left( l+r-320 \right) , \\
l < r+320 \; : \;\;\; & \mathrm{tan} \; \theta & = \left(\frac{2R_i}{\Delta\varphi|b_i| \cdot (l-r)} \right) \; , \\
\;\;\;\;\; l + r < 640  \; : \;\;\; & \varphi & = \frac{\Delta\varphi}{2} \left( l+r \right) \; , \\
\;\;\;\;\; l + r \geq 640  \; : \;\;\; & \varphi & = \frac{\Delta\varphi}{2} \left( l+r-640 \right)\; .
\label{formel14}
\end{eqnarray}


\noindent Da der Abwickelwinkel der Helixfasern bei 170$^\circ$ liegt, gibt es Paare zwischen rechts- und linksgewickelten Fasern, die keine Kreuzungspunkte besitzen (z. B. die Fasern 1 und 639). Setzt man solche ``unsinnigen'' Faserpaarungen in die o.a. Formeln ein, erh"alt man Werte f"ur den Polarwinkel, die au\3erhalb des Winkelbereichs liegen, der von der Innenschale abgedeckt wird. Dies erlaubt es, derartige Treffermuster, die nicht von am Target elastisch gestreuten Protonen stammen k"onnen, zuverl"assig zu erkennen und zu verwerfen.

\subsubsection{Szintillierende Fasern}
Die szintillierenden Fasern f"ur die EDDA-Innenschale m"ussen verschiedenen, zum Teil einander widersprechenden Anforderungen gen"ugen:
\label{InnenLageEffizienz}
Um eine m"oglichst hohe Ansprechwahrscheinlichkeit zu gew"ahrleisten, sollen die Fasern eine hohe Lichtausbeute und eine hohe Abschw"achl"ange bieten, was der Forderung nach Fasern mit gro\3er Querschnittsfl"ache gleichkommt.  Zum anderen m"ussen die Fasern "uber eine ausreichende Flexibilit"at verf"ugen, um der Helixgeometrie (der Biegeradius im Bereich der Helix liegt bei ca. 50 cm) folgen zu k"onnen. Dies verlangt - zusammen mit der Forderung nach hoher Granularit"at und geringer Massenbelegung - nach Fasern geringer Querschnittsfl"ache.

In aufwendigen Versuchsreihen (\cite{WIE91, DOR93, ENG93, ZIE93}) wurden szintillierende Fasern verschiedener Hersteller, Typen und Querschnitte auf ihre Verwendbarkeit in der Innenschale des EDDA-Detektors getestet. Bei diesen Tests stellte sich fr"uhzeitig heraus, da\3 szintillierende Fasern mit rechteckigem Querschnitt ungeeignet waren. An den Kanten der Fasern kann das Cladding bei Biegeradien, wie sie bei der Innenschale des EDDA-Detektors auftreten, einrei\3en und die (Licht-)Einfangeffizienz sowie die Lichtleitf"ahigkeit der Fasern erheblich beeintr"achtigen. 
Bei Fasern mit rundem Querschnitt wurde deutlich, da\3 Fasern mit einem Querschnitt von weniger als 2 mm keine ausreichende Lichtausbeute und/oder eine unzureichende Abschw"achl"ange aufweisen. Zudem h"atte die Verwendung von Fasern mit einem Durchmesser von 2 mm oder weniger den Aufwand zum Aufbau des Detektors erheblich vergr"o\3ert\footnote{Bei 2 mm Faserdurchmesser w"aren je Lage 200 Fasern notwendig gewesen, bei 1,5 mm Faserdurchmesser sogar 270 Fasern.}. Aufgrund der beengten Platzverh"altnisse am EDDA-Strahlplatz und technischer Restriktionen beim verwendeten LeCroy PCOS \Roman{PCOS_VERSION}\footnote{Es steht nur Platz f"ur ca. 45 16-Kanal-Photomultiplier zur Verf"ugung; bei mehr als 736 auszulesenden Kan"alen mu\3 die Codier-Elektronik des LeCroy PCOS \Roman{PCOS_VERSION} auf zwei CAMAC-Crates verteilt werden, was zu einem erheblichen (auch finanziellen) Mehraufwand f"uhrt.} (vgl. auch Kap. \ref{FrontEnd}) sollte die Gesamtzahl der Kan"ale unter ca. 700 liegen. Fasern mit einem Durchmesser von 3 mm oder mehr sind hingegen zu steif f"ur die Verwendung in der Innenschale des EDDA-Detektors. Au\3erdem erreicht man mit Fasern dieser Dicke nicht mehr in allen Winkelbereichen eine Winkelaufl"osung, die derjenigen der Au\3enschale des EDDA-Detektors entspricht.

Als g"unstiger Kompromi\3 zwischen allen Anforderungen stellten sich runde Fasern mit einem Durchmesser von 2,5 mm heraus. Es standen mehrere Fasertypen verschiedener Hersteller zur Auswahl. Die Wahl fiel auf den Typ SCSF-81 mit fluoriertem Cladding der Firma Kuraray\footnote{Kuraray Co., Ltd., Methacrylic Resin Division, 2-3-10, Nihonbashi, Chuo-Ku, Tokyo 103, Japan} (ehemals Kyowa), da diese Fasern die g"unstigsten optischen Eigenschaften haben. Zur Steigerung der Lichtausbeute und zur Erh"ohung der Widerstandsf"ahigkeit gegen "au\3ere Einfl"usse wurden die Fasern, da sie werksseitig nicht EMA\footnote{EMA={\bf E}xtra {\bf M}ural {\bf A}bsorber, eine Beschichtung zur Vermeidung von optischem "Ubersprechen und zum mechanischen Schutz der Fasern.} beschichtet lieferbar waren, im Tauchbadverfahren mit Reflective Coating BC-620 der Firma Bicron beschichtet. 

\subsubsection{Tr"agerkonstruktion}
Die szintillierenden Fasern der Innenschale m"ussen pr"azise gef"uhrt sein, um eine genaue Winkelrekonstruktion zu erm"oglichen. Eine Fehlpositionierung der Fasern um 0,5 mm kann --in Abh"angigkeit vom betrachteten Polarwinkelbereich--
zu Rekonstruktionsfehlern von bis zu $\Delta\theta_{Lab}=0,4^{\circ}$  bzw.  $ \Delta\varphi=0,4^{\circ}$ f"uhren. Neben der F"uhrung der szintillierenden Fasern mu\3 die Tr"agerkonstruktion au\3erdem in der Lage sein, die an der Innenschale bei Montage und Detektorwartung\footnote{Unterhalb der Innenschale sind zur Luminosit"atsbestimmung Halbleiterz"ahler in das COSY-Strahlrohr eingelassen, die in unregelm"a\3igen Zeitabst"anden gewechselt werden m"ussen.} angreifenden Kr"afte aufzunehmen.
Dabei soll allerdings die Massenbelegung durch die Tr"agerkonstruktion so gering wie m"oglich gehalten werden. Dar"uber hinaus mu\3 eine Befestigung der szintillierenden Fasern durch Verklebung auf diesem Material m"oglich sein. 
Diese Anforderungen schlossen die Verwendung eines ``klassischen'' Kunststoffes (z.B. PE, PP, PS, PVC\footnote {PE und PP scheiden wegen der mangelnden Klebbarkeit aus; s"amtliche oben gennanten Kunststoffe erreichen die geforderte mechanische Steifigkeit nur bei Dicken in der Gr"o\3enordnung des Faserdurchmessers.}) ebenso wie die Verwendung metallischer Werkstoffe aus.

Als ideales Material f"ur diese Anwendung stellte sich kohlefaserverst"arkter Kunststoff (CFK) heraus. Es verbindet hervorragende Steifigkeit mit niedriger Massenbelegung (nicht zuletzt durch die niedrigen Material-Schichtdicken, die aufgrund der g"unstigen mechanischen Eigenschaften realisierbar sind). Die technisch aufwendige Verarbeitung dieses Materials wurde von der Firma Stesalit\footnote{Stesalit AG Kunststoffwerke, CH-4234 Zullwil/So} durchgef"uhrt.
Die Tr"agerkonstruktion besteht aus vier konzentrischen CFK-Rohren, in die jeweils 160 Nuten (vgl. Abb. \ref{CFK-Nuten} und \ref{CFK-Rohr}) mit einer CNC-Drehbank und speziellem Fr"aswerkzeug pr"azise eingefr"ast wurden.
Die Rohre haben eine Materialst"arke von 1,0 mm (in den Nuten: 0,5 mm). Die Nuten sind mit einer Pr"azision von $\pm$0,05 mm in die Rohre eingefr"ast. 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=stesa.eps,width=.65 \textwidth}
\end{center}
\caption[Schnitt durch die CFK-Tr"agerrohre]{Schnitt durch die CFK-Tr"agerrohre der ersten und zweiten Lage.}
\label{CFK-Nuten}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=helix1.eps,width=\textwidth}
\end{center}
\caption[CFK-Tr"agerrohr der zweiten Helixlage]{CFK-Tr"agerrohr der zweiten Helixlage mit darunterliegender erster Lage}
\label{CFK-Rohr}
\end{figure} 


\subsubsection{Photomultiplier}

Die 640 szintillierenden Fasern der Innenschale des EDDA-Detektors werden einzeln "uber Photomultiplier ausgelesen. Die Verwendung von einkanaligen Photomultipliern h"atte -nicht zuletzt aufgrund des hohen Platzbedarfs f"ur 640 Photomultiplier einschlie\3lich magnetischer Abschirmungen, Halterungen und Zu\-lei\-tun\-gen- zu erheblichen Problemen gef"uhrt. Zum Zeitpunkt der Entscheidungsfindung standen vier Mehrkanalphotomultiplier zur Ver\-f"u\-gung: Die Modelle H4140 und R4760 von Hamamatsu sowie die Modelle XP4702 und XP4722 von Philips (Valvo). Die szintillierenden Fasern liefern beim Durchtritt minimalionisierender Protonen mindestens 50 Photonen je Ereignis (gemessen am Kathodenfenster des verwendeten Photomultipliers). Um ein derartiges Ereignis mit hoher Wahrscheinlichkeit nachweisen zu k"onnen, m"ussen aus der Photokathode mindestens sieben bis acht Photoelektronen ausgeschlagen und zur ersten Dynode "ubergef"uhrt werden. Diese Forderung ist nur zu erf"ullen, wenn der Photomultiplier weder optisches noch elektronisches "Ubersprechen in nennenswertem Umfang aufweist und eine (m"oglichst "uber alle Kan"ale homogene) Quanteneffizienz von mindestens 15\% aufweist. Im Rahmen eingehender Voruntersuchungen \cite{WIE91,JOO92,ZIE93} stellte sich heraus, da\3 sich die gestellten Anforderungen nur mit ausgew"ahlten Exemplaren aus der laufenden Produktion des 16-Kanal-Photomultipliers R 4760 der Firma Hamamatsu erf"ullen lie\3en.

\subsubsection{Front-End-Elektronik LeCroy PCOS \Roman{PCOS_VERSION}}
\label{FrontEnd}

Das Datenaufnahmesystem des EDDA-Detektors \cite{DIE94,SCH95} erlaubt nur die Speicherung einer begrenzten Datenrate. Die Kapazit"at des Datenaufnahmesystems ist -zumindest bei den hohen Luminosit"aten, die bei Verwendung des CH$_2$-F"adchentargets herrschen- weitgehend durch die Aufnahme der Lu\-mi\-no\-si\-t"ats\-mo\-ni\-tor- und Au\3enschalendaten ersch"opft.\\
\indent Durch das Hinzuf"ugen der Innenschale hat sich die Kanalzahl des EDDA-De\-tek\-tors etwa verf"unffacht. Eine Vorverarbeitung und Reduzierung der Datenmenge durch eine geeignete Front-End-Elektronik war daher unumg"anglich.\\
\indent Als Front-End-Elektronik wird das LeCroy PCOS \Roman{PCOS_VERSION}\footnote {{\bf PCOS \Roman{PCOS_VERSION}}={\bf P}roportional {\bf C}hamber {\bf O}perating {\bf S}ystem der dritten Generation} System verwendet. Dieses urspr"unglich f"ur die Auslese von Proportional-Vieldrahtkammern entwickelte System nutzt die Tatsache aus, da\3 typische Treffermuster in Proportionalkammern (wie auch in der EDDA-Innenschale) nur zum Ansprechen eines kleinen Bruchteils aller Detektorkan"ale f"uhrt. Zur Datenreduktion wird deshalb vom PCOS \Roman{PCOS_VERSION} nur die Information derjenigen Kan"ale an die Datenaufnahme weitergeleitet, die am jeweiligen Treffer beteiligt waren.\\
\indent Strukturell besteht das PCOS \Roman{PCOS_VERSION} (vgl. auch Abb. \ref{PCOS-Schema}) aus folgenden Komponenten:
\begin{itemize}
\item Diskriminator-/Vorverst"arkerkarte 2735 PC \\ 
Diese Karte (im Folgenden kurz {\em PCOS-Karte} genannt) verf"ugt "uber 16 ladungsempfindliche Vorverst"arker (Verst"arkungsfaktor $\approx$ 100) mit nachgeschaltetem Diskriminator. Alle 16 Kan"ale haben die gleiche Diskriminatorschwelle, die "uber einen Analogeingang, der vom Receiver-Modul angesteuert wird, variiert werden kann.
\item Receiver-Modul 2731A \\ 
Das Receiver-Modul hat mehrere Aufgaben:
\begin{itemize}
\item Erstens "ubernimmt es die Vorverarbeitung\footnote{Vorverarbeitung hei\3t in diesem Fall, da\3 die Signale aus den zwei angeschlossenen PCOS-Karten zwischengespeichert werden und ein LAM-Flag f"ur die Auslese durch den Crate Controller gesetzt wird. Dadurch wird das Receiver-Modul nur dann ausgelesen, wenn ein Signal angelegen hat (= erste Stufe der Datenreduktion).} der Signale zweier PCOS-Karten. 
\item Zweitens stellt es eine einstellbare Verz"ogerungsleitung zur Verf"ugung, mit deren Hilfe Verarbeitungs- und Laufzeitdifferenzen zwischen Signal und Triggerlogik kompensiert werden k"onnen. 
\item Drittens besitzt es einen "uber CAMAC-Befehle steuerbaren DAC, der die Schwellenspannung f"ur zwei PCOS-Karten zur Verf"ugung stellt. 
\item Viertens besitzt es "uber CAMAC-Befehle ansteuerbare Daten-Ausg"ange (max. 16 Kan"ale). Das Receiver-Modul ist kein Stan\-dard\--CAMAC\--Modul; es kann nur in Verbindung mit dem Crate Controller 2733 betrieben werden.
\end{itemize}
\item Crate Controller 2738 \\
Der Crate Controller hat ebenfalls mehrere Aufgaben: 
\begin{itemize}
\item Erstens "ubernimmt er die Auslese der Receiver-Module sowie die Codierung (Nummer des Receiver-Moduls / Kanal innerhalb des Moduls) der Treffermuster\footnote{Es gibt auch den sog. {\em Cluster Mode}, bei dem lediglich die Schwerpunkte von Treffer-Clustern und deren Breite ($\leq$ 15 Kan"ale) codiert werden. Dieser Modus kann allerdings zu Problemen f"uhren, da einige logisch benachbarte Fasern keine benachbarten Nummern tragen (vgl. S. \pageref{footnote1}), tats"achliche Cluster also auseinandergerissen werden k"onnen; andererseits sind die Fasern 319 und 320 nicht benachbart, es k"onnen also unsinnige Cluster gebildet werden.}.
\item Zweitens "ubertr"agt er Daten zu den Receiver-Modulen (Diskriminator-Schwellen / Verz"ogerungszeiten / Ansteuerung der Ausg"ange).
\item Drittens stellt der Crate Controller eine spezielle CAMAC-Umgebung ({\em dedicated CAMAC}) zur Verf"ugung.
\item Viertens stellt er ("uber das Databus Interface) die Verbindung zur CAMAC-basierten Experiment-Datenaufnahme her. 
\end{itemize}
Der Crate Controller darf nur in Verbindung mit den Receiver Modulen 2731A betrieben werden.
\item Databus Interface 4299 \\
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=monitor.eps}
\end{center}
\caption[Funktionsschema des PCOS \Roman{PCOS_VERSION} - Systems]{Funktionsschema des PCOS \Roman{PCOS_VERSION} - Systems}
\label{PCOS-Schema}
\label{BlockSchaltBildMonitor}
\end{figure} 
\indent Das Databus-Interface, das "uber ein 50-poliges Flachbandkabel mit dem Crate Controller 2738\footnote{Im Falle der EDDA-Innenschale gibt es nur einen Crate Controller 2738; es k"onnen jedoch bis zu 16 Crate Controller angeschlossen werden.} verbunden ist, stellt die Verbindung zur CAMAC-Datenaufnahme dar.
\end{itemize}

\subsection[Experimentelle Bedingungen an TP2]{Experimentelle Bedingungen am COSY-\-Strahl\-platz TP2}

Der Betrieb der Beschleunigeranlage COSY verursacht auch au\3erhalb von EDDA-Strahl\-zei\-ten eine gewisse Strahlungsbelastung f"ur den EDDA-Detektor. Die Innenschale des EDDA-Detektors ist, da sie direkt auf dem COSY-Strahlrohr montiert ist und somit nicht z.B. durch geeignete Absorber au\3erhalb von EDDA-Strahl\-zei\-ten gesch"utzt werden kann, besonders vom Risiko der Alterung des Szintillatormaterials durch einen erh"ohten Strahlungsuntergrund betroffen. Deshalb wurde im Zeitraum von Mai 1995 bis M"arz 1996 der Strahlungsuntergrund am internen COSY-Strahlplatz 2 (EDDA) gemessen.


\subsubsection{Messung des Strahlungsuntergrundes an COSY TP2}

Zur "Uberwachung des Strahlungsuntergrundes im Bereich des EDDA-Detektors wurden mehrere Szintillationsdetektoren im Bereich des EDDA-Detektors montiert. Die Eigenschaften der Szintillationsdetektoren k"onnen Tabelle \ref{MonitorzaehlerTabelle}, ihre Anordnung am EDDA-Detektor Abb. \ref{ZaehlerAnordnung} entnommen werden. 
Bei den Szintillationsdetektoren handelt es sich um Kunststoffszintillator-Pl"attchen, die "uber optisches Fett an die Kathodenfenster der Photomultiplier angekoppelt werden. Eine Ausnahme bildet Detektor ``A'', der aus neun miteinander verklebten szintillierenden Fasern (Querschnitt vgl. Abb. \ref{FaserArray}) besteht. Die Detektorsignale wurden zuerst in NIM-Diskriminatoren\footnote{LeCroy 4424} diskriminiert. Die Z"ahler Nr. A, D und E wurden beidseitig ausgelesen. Urspr"unglich wurden zur Unterdr"uckung des Eigenrauschens der Photomultiplier mittels einer Logikeinheit\footnote{Phillips Scientific 755} nur die Koinzidenzen aus den Signalen beider Photomultiplier ausgewertet (vgl. Abb. \ref{SchaltbildVortest1}). 
\begin{center}	
\begin{table}[h]	
\begin{tabular}{|c|l|r|r|}\hline
Z"ahler Nr.&Szintillatormaterial&Abmessungen [mm$^3$]&Photomultiplier\\ \hline
A  & Faser-Array\footnotemark & 400 $\cdot$ 10 $\cdot$ 4 & 2 $\cdot$ R 1635  		\\ \hline
B  & Bicron BC-408 & 35 $\cdot$ 30 $\cdot$ 3  & R 1355		\\ \hline
C  & Bicron BC-408 & 60 $\cdot$ 10 $\cdot$ 3 & R 1635		\\ \hline
D  & Bicron BC-408 & 50 $\cdot$ 8 $\cdot$ 5  & 2 $\cdot$R 1635	\\ \hline
E  & Bicron BC-408 & 50 $\cdot$ 8 $\cdot$ 5  & 2 $\cdot$R 1635	\\ \hline
\end{tabular}
\caption[Eigenschaften der Monitorz"ahler]{Technische Eigenschaften der Monitorz"ahler. Anordnung der Z"ahler siehe Abb. \ref{ZaehlerAnordnung}.}
\label{MonitorzaehlerTabelle}
\end{table}
\end{center}
\footnotetext{Neun szintillierende Fasern Bicron BCF-12, quadratischer Querschnitt, 2 mm Kantenl"ange, in zwei Lagen angeordnet (vgl. Abb. \ref{FaserArray})}
\begin{center}	
\begin{table}[h]
\begin{tabular}{|c|r|r|r|} \hline
Z"ahler Nr.&Polarwinkel $\theta$\footnotemark&Azimutalwinkel $\phi$&Raumwinkelbereich ca.\\ \hline
A  & 25$^\circ$-45$^\circ$& 180$^\circ$ &  7 msr\\ \hline
B  & 125$^\circ$		& 90$^\circ$ &  70 msr \\ \hline
C  & 15$^\circ$		& 270$^\circ$ &  0,6 msr \\ \hline
D  & 7$^\circ$		& 270$^\circ$ &  0,4 msr \\ \hline
E  & 130$^\circ$		& 270$^\circ$ &  4 msr \\ \hline
\end{tabular}
\caption[Anordnung der Monitorz"ahler]{Anordnung der Monitorz"ahler. Vgl. Abb. \ref{ZaehlerAnordnung}}
\label{ZaehlerAnordnungTabelle}
\end{table}
\end{center}
\footnotetext{Die Angaben von $\theta$ und abgedecktem Raumwinkelbereich beziehen sich auf das EDDA-Target.}
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=Eddaskizze.eps, width=.9\textwidth}
\end{center}
\caption[Anordnung der Szintillationsz"ahler]{Anordnung der Szintillationsz"ahler A, B, C, D und E im Vortest (Skizze). Vgl. Tabelle \ref{ZaehlerAnordnungTabelle}. Der Szintillationsz"ahler befindet sich bei $\varphi=270^\circ$ au\3erhalb der Au\3enschale, 325 mm von der Strahlachse entfernt.}
\label{ZaehlerAnordnung}
\end{figure} 
Nach zweiw"ochiger Me\3dauer stellte sich jedoch heraus, da\3 die Einzelz"ahlraten so hoch lagen, da\3 das Eigenrauschen der Photomultiplier dagegen zu vernachl"assigen war. Deshalb wurden die beiden Photomultiplier daraufhin separat (mit deutlich unterschiedlichen Diskriminatorschwellen) ausgelesen (vgl. Abb. \ref{SchaltbildVortest2}), um so wenigstens eine grobe Information "uber den Energieverlust in den Szintillatoren zu erhalten, da aufgrund der begrenzten Kapazit"at der Datenaufnahme auf die Aufnahme von Pulsh"ohenspektren verzichtet werden mu\3te. Mit einem CAMAC-Scaler\footnote{LeCroy 2251} wurden die Ausgangssignale der f"unf Detektoren gez"ahlt. Die Scalerkan"ale wurden alle 10 Sekunden ausgelesen und die gemessenen Z"ahlraten (10-\-Se\-kun\-den-\-Mit\-tel\-wer\-te) auf Festplatte gespeichert.
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=faserarray.eps,height=3.5cm}
\end{center}
\caption[Aufbau des Faser-Arrays]{Schematischer Aufbau des Faser-Arrays (Z"ahler ``A'')}
\label{FaserArray}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=UntergrundElektronik1.eps,width=\textwidth}
\end{center}
\caption[Blockschaltbild der Datenaufnahme-Elektronik]{Blockschaltbild der Datenaufnahme-Elektronik zu Beginn der Messungen (bis 9.6.95)}
\label{SchaltbildVortest1}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=UntergrundElektronik2.eps,width=.93 \textwidth}
\end{center}
\caption[Blockschaltbild der Datenaufnahme-Elektronik]{Blockschaltbild der Datenaufnahme-Elektronik im weiteren Verlauf der Messungen (ab 10.6.95)}
\label{SchaltbildVortest2}
\end{figure} 
\subsubsection{Strahlungsuntergrund am internen COSY-Strahlplatz TP2}
Im Verlauf der Messung zeigte sich, da\3 es erhebliche zeitliche Schwankungen des Strahlungsuntergrundes im Bereich des EDDA-Detektors gibt. In Abb. \ref{UntergrundUebersicht} ist der gemessene Strahlungsuntergrund im Bereich des EDDA-Detektors, gemessen mit Szintillationsz"ahler B (vgl. Abb. \ref{ZaehlerAnordnung}), w"ahrend der gesamten Me\3dauer dargestellt.
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=tpm.eps,width=.8 \textwidth}
\end{center}
\caption[Strahlungsuntergrund Mai 1995 - M"arz 1996]{Strahlungsuntergrund zwischen dem 23.5.1995 und dem 11.3.96; dargestellt sind 15-Minuten-Mittelwerte je 1 cm$^3$ Detektorvolumen von Detektor B. Da Teile der Datenaufnahme-Elektronik dem EDDA-Experiment entnommen waren, wurde f"ur die Dauer der EDDA-Strahlzeit vom 4.9.-17.9.95 die Messung unterbrochen. Die typische Rate w"ahrend EDDA-Strahlbetrieb mit CH$_2$-F"adchentarget liegt bei ca. 5 cm$^{-3}$s$^{-1}$ (vgl. Abb. \ref{EDDA_Untergrund})}
\label{UntergrundUebersicht}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=edda_untergrund.eps, width=.7 \textwidth}
\end{center}
\caption[Z"ahlraten w"ahrend COSY-Strahldiagnose]{Z"ahlraten von Detektor ''B`` (15-Minuten-Mittelwerte) w"ahrend COSY-Strahldiagnose-Messungen in der Nacht vom 19. zum 20.6.95}
\label{EDDA_Untergrund}
\end{figure} 
In Abbildung \ref{UntergrundUebersicht} kann man einen erheblichen Unterschied zwischen den Strahl\-zei\-ten der verschiedenen COSY-Experimente bzw. der COSY - Strahlentwicklungs\--Wochen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den EDDA-Detektor erkennen. Besonders hoch ist die Belastung des EDDA-Detektors durch den Strahlbetrieb des COSY-13-Experimentes. Die in den Szintillatoren der Monitorz"ahlern deponierte Energie lag w"ahrend der COSY-13-Strahlzeit im Dezember 1995 so hoch, da\3 die Hochspannungsversorgung der Photomultiplier wegen unzul"assig hoher Str"ome automatisch abschaltete.\\
\indent Da f"ur die Untergrundmessung Komponenten aus der Elektronik der EDDA-Datenaufnahme verwendet wurden, war eine Messung parallel zu EDDA-Strahl\-zei\-ten unm"oglich. Es wurde jedoch zweimal, in der Nacht vom 19. - 20.6.95 und in der Nacht vom 28. - 29.9.95, zu Zwecken der COSY-Strahldiagnose das EDDA\--F"adchentarget, nicht jedoch die vollst"andige EDDA-Datenaufnahme, in Betrieb genommen. Die Z"ahlraten der Nacht vom 19. auf den 20.6.1995 sind in Abbildung \ref{EDDA_Untergrund} dargestellt. Die Unterschiede zwischen den Z"ahlratenverl"aufen der verschiedenen Detektoren im Bereich von TP2 war vergleichsweise gering.
Allerdings gab es einen deutlichen Unterschied der Untergrund-Z"ahlrate, die au\3erhalb von EDDA-Strahl\-zei\-ten auf den Detektor einwirkt, vom Abstand zwischen Detektor und Strahlrohr. So lag die Untergrund-Z"ahlrate von Detektor ``A'' (Abstand zur Strahlachse ca. 325 mm) im Mittel bei einem F"unftel der Z"ahlrate von Detektor ``C'' (Abstand zur Strahlachse ca. 130 mm). Die zu erwartende Belastung der EDDA-Innenschale ist also h"oher als die der EDDA-Au\3enschale.


\subsubsection{Auswirkungen auf die EDDA-Innenschale}
In der Nacht vom 19. - 20.6.95 wurde zu Zwecken der COSY-Strahldiagnose das EDDA-Target in Betrieb genommen. Die "au\3eren Bedingungen dieser Messung entsprachen dabei hinsichtlich Strahlstrom, Strahlprofil, Strahlenergie und verwendetem Target weitgehend einem normalen EDDA-Me\3betrieb. Als Target wurde ein CH$_2$-F"adchentarget von 4 $\mu$m x 5 $\mu$m Querschnitt verwendet. Im Rahmen der Strahldiagnose-Messungen dieser Nacht wurde der COSY-Strahl mehrmals horizontal ausgelenkt. Gegen 23:30 Uhr wurde dabei mit dem COSY-Strahl mehrfach der aus Aluminium gefertigte Target-Halter (aufgrund seiner stimmgabelf"ormigen Gestalt im EDDA\--Jargon ``Target-Gabel'' genannt) getroffen. Die daraus resultierenden Z"ahlraten-Spitzenwerte sind nicht typisch f"ur EDDA-Strahl\-zei\-ten. Abgesehen von diesen Z"ahlraten-Spitzen wurden an Detektor B $\leq$ 5 Ereignisse je Sekunde und cm$^3$ Detektorvolumen gemessen.

Hochgerechnet auf den gesamten Detektor entspricht dies unter der Voraussetzung, da\3 die Z"ahlrate von minimalionisierenden Teilchen, z.B. Protonen von 1 - 2 GeV kinetischer Energie, verursacht wird, einer Belastung des Szintillatormaterials in der Gr"o\3enordnung von 10$^\mathrm{-4}$ Gy je Stunde.

Die au\3erhalb von EDDA-Strahl\-zei\-ten am EDDA-Strahlplatz TP 2 nachweisbaren Z"ahlraten lagen (mit Ausnahme der COSY-13-Strahlzeit im Dezember 1995 und einiger kurzer Z"ahlraten-Exkursionen) im Mittel in derselben Gr"o\3enordnung (vgl. Abb. \ref{EDDA_Untergrund}).

Insgesamt verursacht der Strahlungsuntergrund, der zwischen den EDDA-Strahl\-zei\-ten am Strahlplatz TP2 herrscht, aufgrund seiner h"oheren Einwirkdauer auf den Detektor eine um ca. eine Gr"o\3enordnung h"ohere Strahlenbelastung des Szintillatormaterials als der eigentliche EDDA-Strahlzeitbetrieb. 
Die Gesamt-Strahlendosis, der die Szintillatorelemente des EDDA-Detektors ausgesetzt sind, liegt in der Gr"o\3enordnung von 10 Gy/a. 
Die Strahlendosis, ab der eine erkennbare Abnahme der Lichtemission einsetzt, liegt bei Plastikszintillatoren in der Gr"o\3enordnung von $\mathrm10^3$ Gy \cite{MIT92}. Eine erhebliche Alterung des Szintillatormaterials durch mehrj"ahrigen Betrieb der Innenschale des EDDA-Detektors an COSY TP2 ist daher nicht zu erwarten.
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=radiatio.eps,width=.9 \textwidth}
\end{center}
\caption[Alterung einer Faser Kuraray SCSF-81 durch ionisierende Strahlung]{Alterung einer Faser Kuraray SCSF-81 durch ionisierende Strahlung (Strahlendosis: 945 Gy) aus \cite{MIT92}. Linker Datenpunkt: Lichtausbeute vor Bestrahlung. Zweiter Datenpunkt von links: Lichtausbeute unmittelbar nach erfolgter Bestrahlung. Erster und zweiter Datenpunkt von rechts: Erholung der Faser nach erfolgter Bestrahlung.} 
\label{Untergrund2}
\end{figure} 

\subsection{Montage und Test der Innenschale}

Im folgenden Abschnitt wird der Vorgang des Aufbaus der Innenschale sowie der im Rahmen des Aufbaus durchgef"uhrten Tests vorgestellt.

\subsubsection{Montage der Innenschale}

Die Montage der Innenschale erfolgte auf einer Hilfskonstruktion, die ma\3gleich zu allen f"ur die Innenschale relevanten Befestigungspunkten und Begrenzungsfl"achen\footnote{z.B. Strahlrohr, Vakuumdurchf"uhrungen f"ur die Targets, Befestigungselemente f"ur die Photomultiplier} des EDDA-Detektors war. Zur Arbeitserleichterung war die Hilfskonstruktion um die z-Achse drehbar gelagert.
Vorbereitend wurden zun"achst s"amtliche szintillierenden Fasern im Tauchbadverfahren mit EMA\footnote{Bicron Reflective Coating BC-620} beschichtet. Der Teil der Fasern, der sp"ater im Bereich um z=0 ($\Theta_{Lab}=90^\circ$) zu liegen kam, wurde zur Vermeidung zus"atzlicher Lichtverluste nicht beschichtet (vgl. Abb. \ref{StutzenFaserAbbildung} und \ref{HelixUm0Grad}) \cite{ZIE93}.
Danach wurden die Fasern in ihre endg"ultige Form gebracht. Diejenigen Fasern, die um die Vakuumdurchf"uhrungen im Bereich um z=0 herumgef"uhrt werden mu\3ten, wurden an entsprechenden Stutzenmodellen durch thermoplastische Deformation modelliert \cite{ENG93}. Die restlichen Fasern wurden im Bereich von z=0 auf gleiche Weise gebogen (Biegeradius $\approx$ 5 mm; Biegewinkel $\approx 20^\circ$, vgl. Abb. \ref{FaserForm}).
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=stutzen.eps,height=6cm}
\label{StutzenFaserAbbildung}
\end{center}
\caption[Formgebung von Fasern im Stutzenbereich]{Formgebung eines Faserb"undels im Stutzenbereich (Blick in Strahlrichtung). Der wei\3e Kreis mit dem schwarzen Kreuz entspricht dem Querschnitt eines Targetstutzens (38 mm Durchmesser).}
\label{FaserForm}
\end{figure} 
Die Fasern wurden anschlie\3end auf ihre endg"ultige L"ange zugeschnitten und mit Lichtleitern zur Ankopplung an das Monitorsystem der Innenschale (vgl. Kap. \ref{MoniAnkopplung}) versehen. Hierzu wurde in das Ende der szintillierenden Faser ein ca. 1 mm tiefes Loch (Durchmesser 0,7 mm) gebohrt und eine Lichtleiter-Faser (Durchmesser 0,5 mm) in dieses Loch eingeklebt (vgl. Abb. \ref{LichtUebergabePunkt}).\\ 
\indent Nachdem das unterste CFK-Rohr auf der Hilfskonstruktion fixiert worden war, begann die Montage der Innenschale mit dem Verkleben der Fasern der ersten Lage. Zur provisorischen Befestigung der Fasern dienten zun"achst einige Tropfen Cyanacrylat-Klebstoff\footnote{Henkel Pattex Sekundenkleber}. Nach der Fertigstellung einer kompletten Lage wurde deren Funktionst"uchtigkeit mittels einer um den Detektor azimutal verfahrbaren $^{90}$Sr-Quelle \cite{JES95} getestet. Hierzu wurden Pulsh"ohenspektren aller Kan"ale aufgenommen. Bei unzureichender Photoelektronenzahl wurde, falls die Ursache nicht in der Ankopplung Faser-Photomultiplier oder einer unzureichenden Quanteneffizienz des betreffenden Photomultiplierkanals lag, die betreffende Faser erneuert. Nach erfolgter Ausbesserung wurden die Fasern endg"ultig verklebt. Dazu wurde ein Zweikomponentenklebstoff\footnote{Ciba-Geigy XW 485-3 mit H"arter XW 1115} verwendet, der sich im Rahmen von Vorversuchen sowohl hinsichtlich seiner Verarbeitung als auch hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Fasern als besonders g"unstig erwiesen hatte. Da durch die Verarbeitung der Fasern, insbesondere durch mechanischen Kontakt mit den Kanten der Nuten der CFK-Rohre, kleinere Verletzungen der EMA-Schicht nicht auszuschlie\3en waren, wurde der Klebstoff mit Titandioxid\footnote{Dieses Farbpigment wird auch in Bicron BC-620 verwendet.} versetzt, um bei nicht erkennbaren Fehlstellen (z.B. an der Faserunterseite) einen "ahnlichen Effekt wie durch EMA-Auftrag zu erreichen. Die Auftragsst"arke des Klebstoffes wurde so gew"ahlt, da\3 der Klebstoff die Faseroberfl"ache benetzt, die Zwischenr"aume zwischen den Fasern aber nicht vollst"andig auff"ullt. \\
\noindent Nachdem der Klebstoff vollst"andig ausgeh"artet war, wurde zur Reduzierung der Reibung die Klebstoffoberfl"ache mit Talkumpuder best"aubt.
Anschlie\3end wurde das Tr"agerrohr der n"achsten Lage "uber die fertiggestellte Faserlage geschoben und pa\3genau fixiert.
Der Aufbau der zweiten, dritten und vierten Lage ging auf dieselbe Weise vonstatten. Um die vierte Lage vor mechanischen Besch"adigungen und vor Lichteinfall zu sch"utzen wurde wie folgt vorgegangen:
Als erstes wurden drei B"ander aus 100 $\mu$m dickem Kapton (Breite: ca. 30 mm) radial bei z = 5 cm, 25 cm und 45 cm um die "au\3ere Faserlage gespannt. Anschlie\3end wurde die komplette Innenschale mit einer Lage einer 100 $\mu$m dicken Kaptonfolie sowie zwei Lagen 40 $\mu$m dicker Tedlarfolie umkleidet. 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=helix2.eps, height=7cm}
\end{center}
\caption[Bereich um z=0 vor Montage der zweiten Lage]{Bereich um z=0 vor Verkleben der Fasern der zweiten Helixlage. Gut zu erkennen sind die Normbiegungen und der Wechsel im Wicklungssinn von erster und zweiter Helixlage.}
\label{HelixUm0Grad}
\end{figure} 
\subsubsection{Vortests}
Im Verlauf des Aufbaus der Innenschale des EDDA-Detektors wurden s"amtliche
szintillierende Fasern mehrfach thermischer, mechanischer und chemischer 
Belastung ausgesetzt. Da ein Austausch nicht oder eingeschr"angt funktionst"uchtiger szintillierender Fasern nach Fertigstellung des Detektors nicht mehr m"oglich ist, waren aufwendige Qualit"atskontrollen notwendig\footnote{Die Qualit"atskontrolle verursachte den mit Abstand gr"o\3ten Teil des Zeitaufwandes w"ahrend des Detektoraufbaus.}.\\
Der Vortest gliederte sich in drei Stufen:
\begin{itemize}
\item Die verwendeten szintilliernden Fasern vom Typ Kuraray SCSF-81 NC weisen im Vergleich zu Konkurrenzprodukten eine relativ geringe Streuung der Lichtausbeute auf. Dennoch unterschieden sich die Fasern hinsichtlich ihrer Lichtausbeute und Abschw"achl"angen im Rahmen von  $\pm$ 20\% voneinander. Deshalb wurden alle Fasern mit Hilfe 
mimimalionisierender Elektronen einer $^{90}$Sr-Quelle vermessen und in
verschiedene Qualit"atsstufen eingeteilt. Da die Lichtverluste erheblich von der Biegung der Fasern in der N"ahe der Targetstutzen (d.h. bei z$\approx$0) abh"angt\footnote{``Stutzenfasern'' haben im Bereich der Biegung deutlich h"ohere Lichtverluste als ``Normbogenfasern''.}, wurden dort, wo h"ohere Verluste zu erwarten waren, bessere Fasern eingesetzt als in Detektorbereichen mit niedrigeren Verlusten. Durch diese Vorauswahl lie\3 sich die Lichtausbeute des Detektors homogener gestalten.
\item Nachdem die Fasern entsprechend den individuellen Erfordernissen 
thermoplastisch gebogen \cite{ENG93} und mit EMA beschichtet waren, 
wurde dieser Test wiederholt\footnote{Aufgrund der gewonnenen Erfahrung konnte im Laufe des Detektoraufbaus dieser Test teilweise durch eine Sichtpr"ufung ersetzt werden.} . 
\item Nachdem jeweils eine komplette Faserlage fertiggestellt war, wurden
alle Fasern nochmals mit Hilfe der $^{90}$Sr-Quelle "uberpr"uft\cite{JES95}. Dabei wurden Pulsh"ohenspektren aller Detektorkan"ale aufgenommen. Im Rahmen dieser "Uberpr"ufung wurde in einigen F"allen auch die Zuordnung zwischen Fasern und Photomultiplierkan"alen optimiert\footnote{Ziel war, R"ohrenkan"ale mit niedrigerer Quanteneffizienz mit Fasern h"oherer Lichtausbeute und umgekehrt zu verbinden, um eine m"oglichst homogene Effizienz des Detektors zu erreichen.}.
\item \label{VortestMitMonitor}Um eventuelle Besch"adigungen der Innenschale durch den Transport zum Forschungszentrum J"ulich feststellen und vor dem Einbau der Innenschale beheben zu k"onnen, wurde die Transmission aller Fasern mit Hilfe des LED-Monitorsystems (vgl. Kap. \ref{LEDMoni}) vor und nach dem Transport "uberpr"uft. Dabei konnten keine signifikanten Abweichungen festgestellt werden. 
\end{itemize}

\subsection{Funktions"uberwachung der Innenschale}
Zur effizienten Nutzung der zur Verf"ugung stehenden Strahlzeit ist es notwendig, die Funktionst"uchtigkeit der Innenschale permanent zu "uberwachen. So k"onnen eventuelle Funktionsst"orungen fr"uhzeitig erkannt und nach M"oglichkeit umgehend beseitigt werden.

\subsubsection{Funktions"uberwachung mittels Online-Auswertung}
Die Online-Datenauswertung mit YODA\footnote{{\bf YODA}={\bf Y}et another {\bf O}nline {\bf D}ata {\bf A}quisition} \cite{SCH95} erlaubt es, w"ahrend der Experimentdurchf"uhrung mittels spezieller Auswerteroutinen\footnote{Auswerteroutinen, die eine grafische \cite{ENG97} bzw. akustische Fehleranzeige automatisch vornehmen, sind bereits erprobt.} Auff"alligkeiten (z.B. Ausf"alle oder Aufrauschen einzelner Kan"ale) in den Innenschalen-Roh\-da\-ten bzw. signifikante Diskrepanzen zwischen den Daten von Innen- und Au\3enschale fr"uhzeitig zu erkennen. Diese Form der Funktionskontrolle ist allerdings nur w"ahrend der EDDA-Me\3phasen einsetzbar. Au\3erhalb von EDDA-Strahlzeiten oder w"ahrend eventueller Reparaturarbeiten bedarf es einer anderen "Uberwachungstechnik. 

\subsubsection{Funktions"uberwachung mittels LED-Monitorsystem}
\label{LEDMoni}
Analog zum Lasermonitorsystem der Au\3enschale wurde auch f"ur die EDDA-Innenschale ein Monitorsystem entwickelt (vgl. \cite{ZIE93,SCH96,SCH97}). Bei dessen Konzeption mu\3ten allerdings einige spezifische Anforderungen und Eigenschaften der Innenschale ber"ucksichtigt werden. \\
\indent Ziel des Monitorsystems ist -erg"anzend zur Zielsetzung des Au\3enschalen-Mo\-ni\-tor\-sys\-tems-, neben der Funktionskontrolle von Photomultipliern und Front-End-Elektronik auch die Messung der Transmission der Detektorelemente (vgl. Kap. \ref{VortestMitMonitor}, S. \pageref{VortestMitMonitor}) und die Kontrolle der Ankopplung der Detektorelemente an die Photomultiplier.
Der Aufbau der Front-End-Elektronik erlaubt nur diskriminierte Signale der Innenschale zu beobachten. F"ur eine permanente "Uberwachung der Verst"arkungsfaktoren\footnote{analog zur Gain"uberwachung der Au\3enschale} von Photomultipliern und Vorverst"arkern w"are die Aufnahme von Pulsh"ohenspektren notwendig, die mit der zur Verf"ugung stehenden Front-End-Elektronik und Datenaufnahme nicht realisierbar ist. Dies reduziert die Anforderungen an die Pr"azision der in die Innenschale eingespeisten Lichtpuls-Amplituden. Daher ist ein strukturell einfaches LED-Monitorsystem f"ur die "Uberwachung der Innenschale ausreichend.  


\paragraph{Erzeugung und Einkopplung der Lichtpulse}

Zur Erzeugung der Lichtpulse werden handels"ubliche Leuchtdioden\footnote{Zur Anwendung kommen gr"une Leuchtdioden mit farblosem Kunststoffgeh"ause Typ GL~5~GN (5 mm {\O}, $\lambda \approx$ 550 nm)} (LED) verwendet, die "uber spezielle Pulser (vgl. \cite{ZIE93,SCH96}) angesteuert werden. Jeweils 16 Kan"ale der Innenschale werden dabei von einem Pulserkanal angesteuert. Die Verteilung der 640 Innenschalenkan"ale auf die insgesamt 40 Pulserkan"ale wurde dabei so gew"ahlt, da\3 zum einen vermieden wird, da\3 benachbarte Kan"ale\footnote{Benachbart bedeutet in diesem Fall {\bf nicht} logisch benachbart. Als benachbart werden hier Kan"ale bezeichnet, die entweder in derselben Lage nebeneinander verlegt sind oder durch nebeneinanderliegende Photomultiplierkan"ale ausgelesen werden.
} auf den gleichen Pulserkanal zusammengelegt werden\footnote{Dies erm"oglicht mit Hilfe des Monitorsystems eventuelles "Ubersprechen zwischen benachbarten Kan"alen zu untersuchen.}, zum anderen sollte (soweit als m"oglich) ein analytisch einfach zu formulierendes Zuordnungs-Schema zur Anwendung kommen.
\label{RoutingSchema}Als praktikabelster Weg erwies sich dabei, jeweils vier Detektorkan"ale aus jeder Lage auf eine LED zu f"uhren. Dabei wurde jeweils ein Abstand von vier Fasern zwischen den vier auf dieselbe LED gef"uhrten Fasern der jeweiligen Lage gelassen.\footnote{Insbesondere in  der ersten und zweiten Lage mu\3te in etlichen F"allen von diesem Schema abgewichen werden.} Die Abschnitte der vier Lagen, die auf eine Leuchtdiode gef"uhrt werden, konnten nicht frei gew"ahlt werden. Das begrenzte Raumangebot machte es vielmehr erforderlich, Helixabschnitte zu w"ahlen, die m"oglichst nahe am jeweiligen Licht"ubergabepunkt endeten. 

\label{MoniAnkopplung}
Die Einspeisung der Lichtpulse der Monitor-Leuchtdioden erfolgt "uber Kunst\-stoff-\-Licht\-lei\-ter (vgl. Abb. \ref{LichtUebergabePunkt} und \ref{LichtLeiterFoto}).\footnote{Verwendet werden handels"ubliche Pplystyrol-Lichtleitfasern mit PMMA-Cladding, runder Querschnitt, 0,5 mm {\O}, ohne EMA.} Der Platzbedarf der Leuchtdioden, die samt Anschlu\3- und Clipkabeln in einem HF-dichten Geh"ause untergebracht werden m"ussen, ist so gro\3, da\3 das LED-Geh"ause nicht direkt an der Innenschale angebracht werden kann\footnote{Ansonsten w"urde der Raumwinkelbereich der Au\3enschale im Bereich f"ur Streuwinkel unterhalb $\theta_{LAB}$ = 12$^\circ$ beschnitten.}. Stattdessen sind die Lichtleitfasern indirekt an die Leuchtdioden angekoppelt (vgl. Abb \ref{LichtUebergabePunkt}); als Verbindung zwischen den 0,5 mm dicken Lichtleitern und den Leuchtdioden dienen EMA-beschichtete Lichtleiter vom Typ Bicron BCF-98, runder Querschnitt, 4 mm {\O}.


\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=ankopplung.eps, width=.8 \textwidth}
\end{center}
\caption[Schematischer Aufbau der Monitor-Lichteinspeisung]{Schematischer Aufbau der Monitor-Lichteinspeisung}
\label{LichtUebergabePunkt}
\end{figure} 

Um eine einfache Montage und eventuelle Wartung des LED-Monitorsystems zu erm"oglichen, sind die mit dem Detektor verbundenen Komponenten modular aufgebaut. Die 0,5 mm dicken Lichtleiter sind (zu 40 B"undeln je 16 Fasern zusammengefasst) in einem gemeinsamen Haltering befestigt. Dieser Haltering ist fest mit dem unteren CFK-Rohr der EDDA-Innenschale verbunden. Damit ist ein aus zwei Halbringen zusammengesetzter Adapterring verschraubt. Dieser Adapterring, der die 4 mm dicken Lichtleiter tr"agt, stellt die Verbindung zwischen den Leuchtdioden und den Lichtleitern her. Die Leuchtdioden sind ihrerseits in einem Aluminiumring befestigt, der auch die Clip- und Anschlu\3kabel der Leuchtdioden tr"agt (vgl. Abb. \ref{LEDRingHalterung}). 

\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=monitor3.eps}
\end{center}
\caption[Schematischer Aufbau des LED-Monitors]{Schematischer Aufbau des LED-Monitor-Geh"auses. a: Haltering zur Befestigung des LED-Monitors am untersten Tr"agerrohr der Innenschale sowie zur Halterung der 0,5 mm - Lichtleiter in 4 B"undeln je 16 Fasern. b: "Ubergangsst"uck zur optischen Verbindung der Lichtleiterb"undel in Ring (a) mit den Leuchtdioden in Ring (c). Hierzu werden 40 Lichtleiter vom Typ Bicron BCF-98 von 4mm Duchmesser verwendet. c: Geh"ause der Leuchtdioden.}
\label{LEDRingHalterung}
\end{figure} 


\paragraph{Ansteuerung des LED-Monitorsystems}
Zur Ansteuerung des LED-Pulsers m"ussen zuerst die ``Treffermuster'' ausgew"ahlt und anschlie\3end die Lichtpulse synchron zum EDDA-Me\3zyklus ausgel"ost werden.

Die Auswahl des ``Treffermusters'' (= der Pulserkan"ale, die ausgel"ost werden sollen) erfolgt rechnergesteuert. Die Receiver-Module verf"ugen "uber 16 programmierbare Ausg"ange (je Receiver-Modul werden f"ur den LED\--Monitor zwei Ausg"ange genutzt), die "uber CAMAC\--Befehle aktiviert werden k"onnen. 


Das Ausl"osen des Lichtpulses erfolgt nach dem Laden des ``Treffermusters'' durch einen NIM-Puls, der an den Triggereingang des PCOS-Crate-Controllers angelegt wird. Dieser Puls wird mit Hilfe des Timing-Moduls\footnote{Jorway Timing and Sequence Module 221} der EDDA-Da\-ten\-auf\-nah\-me erzeugt. Dieses Modul erlaubt es, Ausgangspulse in einem vorab rechnergesteuert w"ahlbaren zeitlichen Abstand zum Eingangspuls (hier: von COSY generiertes EDDA-in-Signal) abzugeben. So kann der Zeitpunkt, zu dem das Monitorsystem Pulse abgibt, relativ zum EDDA-Me\3zyklus synchronisiert werden.\\
\indent Die ECL-Pulse, die daraufhin vom PCOS Receiver-Modul abgegeben werden, m"ussen anschlie\3end mit einem ECL-NIM-Konverter\footnote{LeCroy 4616} zu NIM-Signalen konvertiert werden.
In einem speziellen Verst"arker \cite{ZIE93,SCH95} werden daraus die zur Ansteuerung der LED notwendigen Pulse erzeugt. Die Pulse haben eine Amplitude von ca. 60 V; die Pulsbreite betr"agt ca. 3 ns (FWHM). Dieses Konzept erlaubt, unter Verwendung handels"ublicher Leuchtdioden Lichtpulse zu erzeugen, die in Intensit"at und Zeitverhalten denen von Szintillatorlichtpulsen entsprechen. 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=pulser.eps,height=7cm}
\end{center}
\caption[Ansteuerpuls einer Monitor-LED]{Pulsform des Ansteuersignals einer Leuchtdiode des LED-Monitors}
\label{LEDMonitorPuls}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=lichtleiter.eps}
\end{center}
\caption[Lichtleiter des LED\--Monitorsystems]{Lichtleiter des LED\--Monitorsystems}
\label{LichtLeiterFoto}
\end{figure} 
\begin{figure}
\begin{center}
\epsfig{file=innenschale.eps,width=\textwidth}
\end{center}
\caption[Die Innenschale des EDDA\--De\-tek\-tors]{Die Innenschale des EDDA\--De\-tek\-tors ohne (links) und mit (rechts) Au\3enschale}
\label{InnenSchaleFoto}
\end{figure} 

Im Sommer 1996 wurde die Innenschale in den EDDA-Detektoraufbau integriert. Im folgenden Kapitel werden die ersten Daten, die mit der Innenschale aufgenommen wurden, vorgestellt.

%%% Local Variables: 
%%% mode: fundamental
%%% TeX-master: "doc"
%%% End: 
























