Die Erfindung betrifft eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung für elektrische Felder, die zumindest eine elektrische Widerstandsvorrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Feldkäfigeinrichtung sowie eine Detektoreinrichtung.

Seit Jahrzehnten werden beispielsweise im Bereich der experimentellen Hochenergiephysik zum Zwecke der Detektion der Flugbahnen von einzelnen Teilchen Detektoren verwendet, die ein Feld-definierendes System (in der Regel als sogenannter Feldkäfig bezeichnet; Englisch: field cage) aufweisen. Bei den Teilchen kann es sich beispielsweise um nach einer Kernreaktion freigesetzte Fragmente handeln, die beispielsweise dann entstehen, wenn ein Teilchenstrahl (Englisch: beam) auf ein definiertes Impaktziel (Englisch: target) trifft. Das Funktionsprinzip derartiger Detektoren besteht darin, dass das entsprechende Teilchen beispielsweise durch einen gasgefüllten Detektorraum hindurch läuft. Meist wird der Detektorraum mit einem Magnetfeld beaufschlagt, so dass sich bei geladenen Teilchen gebogene Flugbah- nen ergeben. Aus dem Krümmungsgrad der Flugbahnen kann dann auf das Teilchen selbst geschlossen werden. Die durch das Detektorgas hindurch fliegenden Teilchen hinterlassen im Gas eine lonenspur. Die einzelnen, derart erzeugten Ionen beziehungsweise Elektronen, werden aufgrund eines im Detektor erzeugten elektrischen Felds zu den endständigen Messelektroden des Detektors„gezogen". Dabei sind die Messelektroden derart ausgebildet, dass örtlich und zeitlich aufgelöste Messungen möglich sind. Ortsaufgelöste Messungen sind beispielsweise dadurch möglich, dass die Elektroden als eine Art Rastermatrix aufgebaut sind. Basierend auf der Zeitverzögerung bei der Messung der auf die Messelektroden einfallenden Ionen beziehungsweise Elektronen sowie der ortsaufgelösten Messung der auf die Messelektroden einfallenden Ionen beziehungsweise Elektronen kann die dreidimensionale Flugbahn des durch den Detektorraum durchfliegenden Teilchens rekonstruiert werden.

Insbesondere bei Forschungsanwendungen ist es erforderlich, dass die Detektoren eine hinreichende Messgenauigkeit aufweisen. Dies stellt entsprechende, in der Regel hohe, Anforderung an die jeweils verwendeten Komponenten. Eine kritische Komponente sind dabei die erforderlichen elektrischen Felder, die die erzeugten Ionen zu den Messelektroden„ziehen". Zum Teil sind Abweichungen von weniger als 10 ^-3 erforderlich, damit die Driftzeiten der erzeugten Ionen beziehungsweise Elektronen im elektrischen Feld nicht verfälscht werden.

Derzeit werden die erforderlichen, im hohen Maße homogenen elektrischen Felder meistens unter Verwendung einer großen Anzahl von ringförmigen Drähten (die auch in Form von Streifen ausgebildet sein können), die derart hintereinander angeordnet sind, dass sie einen zylindrischen Raum umschließen und auf diese Weise einen sogenannten Feldkäfig bilden, erzeugt (wobei zum Teil auch andere Bauformen existieren). Die ringförmigen Drähte werden dabei auf ein unterschiedliches elektrisches Potenzial gebracht. Die Erzeugung der unterschiedlichen elektrischen Potenziale erfolgt dabei durch Widerstandskaskaden, die aus einer großen Anzahl von diskreten Widerständen hergestellt sind. An die Widerstandskaskade wird eine geeignete elektrische Spannung gelegt {die durchaus im Bereich von 50 bis 100 kV lie- gen kann). Der resultierende Strom durch die Widerstandskaskade (typische Werte des "Querstroms" liegen zwischen 50 und 80 μΑ, können jedoch im Einzelfall stark variieren) bewirkt nach dem Ohmschen Gesetz entsprechende Potenzialunterschiede zwischen den einzelnen diskreten Widerständen, bzw. zwischen Masse und den einzelnen Lötstellen zwischen den einzelnen diskreten Widerständen. Die mit Hilfe derartiger Widerstandskaskaden erzeugten unterschiedlichen elektrischen Potenziale werden über elektrische Leiter an die Drahtringe des Feldkäfigs gelegt.

Die Konstruktion derartiger Widerstandskaskaden erfordert ein Höchstmaß an geometrischer Präzision sowie eine hohe Genauigkeit in Bezug auf die Toleranz der das Potenzial definierenden elektrischen Widerstände. Insbesondere um den mechanischen Aufbau zu vereinfachen und den erforderlichen Bauraum für die Widerstandskaskaden zu verringern wurde in der Zwischenzeit dazu übergegangen, anstatt der ursprünglich verwendeten„klassi- sehen" Widerstände mit Anschlussbeinen sogenannte SMD-Widerstände (S D für Surface Mounted Device) zu verwenden.

Unabhängig vom Aufbau sind derartige Widerstandsketten jedoch nach wie vor problematisch. So müssen unter Umständen mehrere tausend Wider- stände miteinander verlötet werden, was entsprechend zeitaufwändig und kostenintensiv ist. Darüber hinaus müssen die Lötstellen möglichst perfekt ausgeführt sein, sowie derart ausgeführt werden, dass diese im Betrieb möglichst wenig altern - was jedoch oftmals nicht möglich ist. Darüber hinaus müssen die Widerstände in Bezug auf ihren Widerstands ^¬ nominalwert möglichst genau (um 0.5 % Toleranz) gewählt werden, um das lokale Teilerverhältnis und die daraus resultierenden Feldinhomogen/täten möglichst klein zu halten. Derartige Widerstände sind jedoch schwer zu beschaffen und teuer. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, selbst eine Selektion der Widerstände durch Vermessen durchzuführen (und gegebenenfalls mehrere Einzelwiderstände zu einem "Ersatzwiderstand" zu kombinieren), was aber ebenfalls zeitaufwändig und teuer ist.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass derartige Widerstandsketten oftmals mit einem relativ hohen Strom beaufschlagt werden, um das Potenzial möglichst genau aufrecht erhalten zu können, auch wenn ein Teilchen eine lonenspur erzeugt hat. Erfahrungsgemäß muss der Erhaltungsstrom im Allgemeinen 10-fach höher angesetzt werden als der tatsächliche Signalstrom. Dies führt oftmals zu einer unerwünschten Erwärmung der Widerstandskaskade. Aber auch andere Effekte, wie beispielsweise der Signalstrom selbst, können zu einer Erwärmung der Widerstandskaskade führen. Diese Erwärmung kann beispielsweise das Detektorgas aufheizen, und dadurch zu Mes- sungenauigkeiten führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Erwärmung zur Ausbildung von Temperaturgradienten im Detektorgas führt. In manchen Anwendungsfällen kann bereits ein Temperaturgradient von 0,1 °C in einem Volumen von 1 m ³ Detektorgas die Messwerte unbrauchbar machen. Auch andere Komponenten des Detektors können durch die Erwärmung der Widerstandsketten ungünstig beeinflusst werden. Die Abfuhr der erzeugten Wärme durch Wärmeabführsysteme (wie beispielsweise Gas- und/oder Flüssigkeits-Kühlung) erweist sich ebenfalls als problematisch, da beispielsweise derartige Kühlmedien das Detektorgas verunreinigen können, und somit wiederum zu Messungenauigkeiten führen können. Darüber hinaus kann das Kühlmedium die Spannweite der iokalen Unterschiede in der Massenbelegung erhöhen. Dies ist jedoch insbesondere dann unerwünscht, wenn der Detektor zur Vermeidung von sekundären Wechselwirkungen zwischen nachzuweisenden Teilchen und dem Detektorgas (und damit zur Er- höhung des Messergebnisses) eine besonders kleine Wechselwirkungsrate zwischen nachzuweisenden Teilchen und dem Detektorgas aufweist.

Es besteht somit ein Bedarf an gegenüber dem Stand der Technik verbesserten„Widerstandskaskaden", die die bei bekannten Widerstandskaskaden vorhandenen Nachteile nicht bzw. in nur geringerer Form aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin eine Homogenfelderzeu- gungsvorrichtung für elektrische Felder vorzuschlagen, welche gegenüber Homogenfelderzeugungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik verbessert ist. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte elektrische Feldkäfigeinrichtung sowie eine verbesserte Detektoreinrichtung vorzuschlagen.

Die vorgeschlagene Homogenfelderzeugungsvorrichtung, die vorgeschlagene Feldkäfi ^' geinrichtung bzw. die vorgeschlagene Detektoreinnchtung löst diese Aufgabe.

Dazu wird vorgeschlagen eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung für elektrische Felder, die zumindest eine elektrische Widerstandsvorrichtung aufweist, derart auszubilden, dass die elektrische Widerstandsvorrichtung zumindest abschnittsweise als kontinuierliche Widerstandseinrichtung ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, dass von einer gegebenenfalls größeren Anzahl an vorgesehenen Widerstandsvorrichtungen lediglich eine, ein gewisser Anteil bzw. sämtliche der vorgesehenen elektrischen Widerstandsvorrichtungen zumindest abschnittsweise als kontinuierliche Widerstandseinrichtun- gen(en) ausgebildet ist/sind. In dem Bereich, in dem die Widerstandsvorrichtung als kontinuierliche Widerstandseinrichtung ausgebildet ist, ist es in alier Regel nicht mehr erforderlich diskrete Bauteile, insbesondere diskrete Widerstände verwenden zu müssen. Dadurch ist es in der Regel möglich, eine große Anzahl an Lötstellen - mit allen damit einhergehenden Nachteilen - vermeiden zu können. Insbesondere kann der Aufbau der resultierenden Homogenfelderzeugungsvorrichtung in aller Regel besonders einfach und kostengünstig erfolgen und darüber hinaus können gegenüber bekannten Homogenfelderzeugungsvorrichtungen sogar oftmals verbesserte elektrische Felder erzeugt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die elektrische Widerstandsvorrichtung in großen Teilen, insbesondere im Wesentlichen über ihre gesamte Länge hinweg, als kontinuierliche Widerstandseinrichtung ausgebildet ist. Unter einer kontinuierlichen Widerstandseinrichtung ist insbesondere ein Material zu verstehen, welches einen gewissen Ohmschen Widerstand pro Längeneinheit, Flächeneinheit und/oder Volumeneinheit aufweist. Die Erfinder haben zu ihrer eigenen Verblüffung festgestellt, dass mit einer kontinuierlichen Widerstandseinrichtung besonders vorteilhafte Homogenfelderzeugungsvorrichtungen möglich sind. Bislang war man nämlich stets davon ausgegangen, dass derartige Homogenfelderzeugungsvor- richrungen mit kontinuierlichen Widerstandseinrichtungen quasi zwangsläufig zu einem ungeeigneten System führen müssen, da die Lötpunkte zur elektrischen Verbindung mit den Käfigringen zur Erzielung einer ausreichenden Potenzialgenauigkeit überaus genau gesetzt werden müssen, was sich in der Praxis als unmöglich erweist. Die Erfinder haben jedoch feststellen können, dass ein derartiges Setzen von Lötstellen vermieden werden kann, sodass ein überaus vorteilhaftes System resultieren kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Homogenfelderzeugungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung zumindest bereichsweise als quasi-eindimensionale, quasi-zweidimensionale und/oder dreidimensionale Widerstandseinrichtung ausgebildet ist, und insbesondere als drahtartige, folienartige und/oder blockartige Widerstandseinrichtung ausgebildet ist. Eine quasi-eindimensionale Ausbildung kann beispielsweise in Form eines Drahtes, wie insbesondere eines elektrischen Widerstandsdrahtes realisiert werden. Eine quasi-zweidimensionale Ausbildungsweise kann sich insbesondere dann ergeben, wenn eine folienartig ausgebildete kontinuierliche Widerstandseinrichtung verwendet wird. Dabei kann beispielsweise durch Bekleben eines Gehäusebauteils mit einer (dünnen) Widerstands-Folie auch mit quasi-zweidimensionalen Widerstandseinrichtungen eine im Wesentlichen beliebige dreidimensionale Anordnung der Widerstandseinrichtung realisiert werden. Eine dreidimensionale Widerstandseinrichtung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein Gehäusebauteil (bzw. größere Teile eines Gehäuses) aus einer kontinuierlichen Widerstandseinrichtung gefertigt sind. Selbstverständlich ist es möglich, dass auch derartige dreidimensionale Widerstandseinrichtungen auf weiteren Bauteilen angebracht sind, wie beispielsweise auf einer Stützstruktur. Unter einer quasi-eindimensionalen Struktur ist insbesondere eine Struktur zu verstehen, deren Längserstreckung deutlich größer ist, als deren Erstreckung in die anderen beiden Raumrichtungen. Typischerweise sollte die Struktur um den Faktor 10, 20, 30, 40, 50, 75 oder 100 länger sein, als sie breit beziehungsweise hoch ist. Dementsprechend ist unter einer quasizweidimensionalen Struktur insbesondere eine Struktur zu verstehen, deren Breite und/oder Länge deutlich größer ist, als deren Höhe. Typischerweise sollte die Breite und/oder Länge der Struktur um den Faktor 10, 20, 30, 40, 50, 75 oder 100 größer sein als deren Höhe.

Erste Versuche haben ergeben, dass eine besonders vorteilhafte Homogen- felderzeugungsvorrichtung insbesondere dann realisiert werden kann, wenn die elektrische Widerstandsvorrichtung ein Material aufweist, welches der Gruppe entnommen ist, die Polyimid, Kapton, elektrisch leitfähigen Kunststoff, elektrisch leitfähiges Silikat, organische Leiter, leitfähige Keramiken und Polycarbonat umfasst. Derartige Materialien haben sich in ersten Versuchen als vorteilhaft erwiesen. Darüber hinaus sind derartige Materialien (wenn auch gegebenenfalls mit gewissen Schwierigkeiten) kommerziell erhältlich. Dies kann eine rasche Umsetzung der Homogenfelderzeugungsvor- richtung fördern bzw. die Herstellungskosten verringern. Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Homogenfelder- zeugungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung zumindest bereichsweise elektrisch unmittelbar mit dem elektrischen Feldraum wechselwirkt und/oder dadurch, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung zumindest bereichsweise elektrisch mittelbar mit dem elektrischen Feldraum wechselwirkt. Eine elektrische unmittelbare Wechselwirkung zwischen der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung und dem elektrischem Feldraum kann sich insbesondere dann ergeben, wenn eine Oberfläche der elektrischen Widerstandseinrichtung direkt an den Raum angrenzt, in dem das elektrische Feld ausgebildet werden soll (beispielsweise Feldraum/Detektorraum). Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass der entsprechende Raum nicht nur mit einem Vakuum beaufschlagt werden kann, sondern auch mit einem Gas, einer Flüssigkeit und/oder einem überkritischen Fluid. Als Gas bieten sich beispielsweise Gasgemische aus einem Edelgas und Kohlendioxid, wie beispielsweise aus Argon und/oder Neon und Kohlendioxid an. Als Flüssigkeit ist beispielsweise flüssiges Xenon denkbar. Die Gase und Flüssigkeiten (gegebenenfalls auch ein überkritisches Fluid) können unter im Wesentlichen beliebigen Drücken vorhanden sein, wie insbesondere unter (annähernden) Atmosphärendruck. Bei einem direkten Kontakt zwischen dem elektrischen Feldraum und der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung lässt sich in aller Regel eine besonders große Feldhomogenität des elektrischen Felds realisieren. Vereinfacht formuliert ist dies der Fall, da zwischen dem elektrischen Feldraum und der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung "nichts da ist, das stören könnte". Denkbar ist es aber auch, dass (gegebenenfalls auch nur bereichsweise) eine unmittelbare Wechselwirkung zwischen elektrischem Feldraum und kontinuierlicher Widerstandseinrichtung erfolgt, bei der kein direkter Kontakt zwischen elektrischer Widerstandseinrichtung und dem Feldraum vorhanden ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass auf die Widerstandseinrichtung eine Beschichtung aufgebracht wird. Eine derartige Bauausführung bietet sich insbesondere bei aggressiven Medien an, die im elektrischen Feldraum vorhanden sind bzw. sein könnten. Weiterhin ist es auch möglich, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung (gegebenenfalls nur in bestimmten Bereichen) zumindest bereichsweise elektrisch mittelbar mit dem elektrischen Feldraum wechselwirkt. Hierbei erweist es sich in aller Regel als erforderlich, dass zur eigentlichen Erzeugung des elektrischen Felds zusätzliche elektrische Leiter (gegebenenfalls auch elektrische Halbleiter) oder dergleichen vorgesehen werden. Die kontinuierliche Widerstandseinrichtung dient dann in aller Regel vornehmlich oder ausschließlich der Bereitstellung eines geeigneten elektrischen Potenzials.

So ist es möglich die Homogenfelderzeugungsvorrichtung derart auszubilden, dass zumindest ein elektrisch hochleitfähiger Bereich vorgesehen ist, der insbesondere ein metallisches Material aufweist und der vorzugsweise flächenartig ausgebildet ist. Derartige elektrisch hochleitfähige Bereiche können beispielsweise in Analogie zu bisherigen Feldkäfig-Leitern aufgebaut und/oder angeordnet sein. Es ist jedoch insbesondere möglich, dass auf Lötstellen verzichtet werden kann, indem die entsprechenden hochleitfähigen Bereiche durch anderweitige Materialauftragsverfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Lackieren, Bedampfen, Sputtern und dergleichen. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, ist die elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch hochleitfähigen Bereich und der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung bevorzugt nicht flächig (also im Wesentlichen über die gesamte Fläche des betreffenden hochleitfähigen Bereichs hinweg), sondern anderweitig ausgeführt. Der vorgeschlagene Aufbau kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn die kontinuierliche Widerstandseinrichtung relativ inhomogen aufgebaut ist, da auf diese Weise Inhomogenitäten der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung ausgeglichen werden können. Die elektrisch hochleitfähigen Bereiche können im Übrigen im Inneren und/oder am Außenbereich der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Homogenfelderzeugungsvorrich- tung die kontinuierliche Widerstandsvorrichtung quasi-punktartig und/oder quasi-linienartig mit einem elektrischen Leiter verbunden ist, der vorzugsweise zur elektrischen Verbindung mit einem elektrisch hochleitfähigen Bereich dient. Durch eine derartige Ausbildung ist es insbesondere möglich, die Vorteile der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung (wie beispielsweise einfacher Aufbau und/oder hohe Feldhomogenität) mit den Vorteilen„klassischer" Widerstandskaskaden kombinieren zu können (wie beispielsweise Ausgleich von Inhomogenitäten im verwendeten elektrischen Widerstandsmaterial). Dies kann sich als besonders vorteilhaft erweisen, insbesondere weil man hierdurch üblicherweise die Bereiche gegebenenfalls auftretender Inhomogenitäten den Bereichen der "zwangsweisen" Homogenität des Potenzials (durch die hochleitfähigen Bereiche) flächenmäßig gegenüberstellt. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der elektrisch hoch leitfähigen Bereich mit dem elektrischen Leiter zumindest zum Teil zusammenfällt.

Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Homogenfelderzeu- gungsvorrichtung zumindest eine mechanische Verstärkungseinrichtung aufweist. In einem derartigen Fall ist es möglich, dass mechanisch an sich relativ wenig stabile Materialien als kontinuierliche Widerstandseinrichtung verwendet bzw. zur Ausbildung der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung verwendet werden können. Auf diese Weise kann eine größere Bandbreite an Materialien verwendet werden und/oder es können unterschiedliche Materialien verwendet werden, die zur Erfüllung ihrer jeweiligen Aufgabe besonders geeignet sind. Eine mechanische Verstärkungseinrichtung kann dabei nicht nur in Form eines Gehäuses, in Form von Stützelementen bzw. Trägerelementen oder dergleichen erfolgen, sondern insbesondere auch dadurch, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung durch geeignete Ma- terialbearbe/tungsverfahren (wie beispielsweise Sintern) geeignet bearbeitet (insbesondere verfestigt) wird. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist auch an einen mehrlagigen Aufbau zu denken ("Sandwich"-Bauweise). Weiterhin kann sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn die Homogen- felderzeugungsvorrichtung zumindest eine thermische Leitereinrichtung aufweist. Mit Hilfe einer derartigen thermischen Leitereinrichtung können die gegebenenfalls entstehenden Wärmemengen (insbesondere die in der kontinuierlichen Widerstandseinrichtung entstehenden Wärmemengen) geeignet nach außen abgeführt werden. Dies ist beispielsweise im Fall von flächig und/oder dreidimensional ausgebildeten kontinuierlichen Widerstandseinrichtungen dadurch möglich, dass das entsprechende Material mit einem thermisch besonders gut leitenden Material„hinterlegt" wird. Die thermische Leitereinrichtung kann dabei (zumindest teilweise) auch mit einer mechanischen Verstärkungseinrichtung zusammenfallen. Auch insbesondere in diesem Zusammenhang kann sich ein mehrlagiger Aufbau ("Sandwich"-Bauweise) als vorteilhaft erweisen.

Weiterhin wird eine elektrische Feldkäfigeinrichtung vorgeschlagen, die zumindest eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung gemäß dem vorab beschriebenen Aufbau aufweist. Auch die elektrische Feldkäfigeinrichtung weist dann die bereits beschriebenen Vorteile und Eigenschaften in analoger Weise auf. Unter einer elektrischen Feldkäfigeinrichtung sind insbesondere sogenannte„Feldkäfige" (Englisch: field cage) zu verstehen. Es kann sich jedoch auch um anderweitige, ein elektrisches Feld definierende Systeme handeln.

Weiterhin wird eine Detektoreinrichtung vorgeschlagen, die zumindest eine elektrische Feldkäfigeinrichtung mit dem vorab beschriebenen Aufbau und/oder zumindest eine Homogenfelderzeugungsvorrichrung mit dem vorab beschriebenen Aufbau aufweist. Auch der entsprechend ausgebildete Detektor weist dann die bereits vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile in analoger Weise auf. Bei dem Detektor kann es sich insbesondere um Detektoren für physikalische Hochenergieexperimente, für Detektoren zur Bestim- mung von Teilchenflugbahnen und/oder zur Bestimmung der Art von bestimmten Materialien, insbesondere Materialien, welche ionisierende Strahlung (speziell in Form von Teilchenstrahlung) aussenden, handeln. Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen die Figuren:

Fig. 1 : ein Ausführungsbeispiel für einen Teilchenbahndetektor in ei- ner schematischen Ansicht;

Fig. 2: unterschiedliche Ausführungsformen von Felderzeugungsvorrichtungen, jeweils in schematischer Ansicht;

Fig. 3: der schematische Aufbau eines Teilchenbahndetektors gemäß dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht; Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer mehrlagigen

Wand in einer ausschnittsweisen Querschnittsansicht.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Ansicht der grundsätzliche Aufbau eines Teilchenbahndetektors 1 sowie dessen prinzipielle Funktionsweise darge- stellt. Das vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel des Teilchenbahndetektors 1 ist als zylindrischer Teilchenbahndetektor 1 ausgebildet, der um die Teilchenstrahlröhre 2 eines Teilchenbeschleunigers herum angeordnet ist. In Fig. 1 ist auch der eigentliche Teilchenstrahl 3 durch einen Pfeil angedeutet. Der Teilchenstrahl 3 trifft, wie ebenfalls in Fig. 1 angedeutet, auf ein soge- nanntes„Target" 4, bei dem es sich üblicherweise um eine dünne Materialfolie aus einem für das entsprechende Experiment geeigneten Material handelt (beispielsweise Metall, Keramik, Metalllegierung usw.). Vom Kollisionspunkt 5 von Teilchenstrahl 3 und Target 4 ausgehend, werden Kollisionsprodukte 7 erzeugt, die (üblicherweise) durch die eigentliche Detektorkammer 6 des Teilchenbahndetektors 1 hindurch laufen. Die Flugbahnen zweier Kollisionsprodukte 7 sind in Fig. 1 in Form von Pfeilen angedeutet. Die Detektorkam- mer 6 ist beispielsweise mit einem Gasgemisch 8 gefüllt (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Edelgas-Kohlendioxid-Gasgemisch 8). Die Kollisionsprodukte 7, die üblicherweise elektrisch geladen sind, erzeugen beim Hindurchfliegen durch das Gasgemisch 8 in der Detektorkammer 6 Ionen sowie Elektronen (in Fig. 1 durch„+"- und„-"-Zeichen angedeutet), die vom Teilchenbahndetektor 1 gemessen werden können. Die Flugbahn der Kollisionsprodukte 7 ist in Fig. 1 jeweils gekrümmt dargestellt, da mit Hilfe von Magneten (nicht dargestellt) ein Magnetfeld B vorhanden ist, das die Kollisionsprodukte 7 auf eine gebogene Flugbahn zwingt.

Zwischen der Driftkathode 9 und der eigentlichen Messanode 0 wird durch eine entsprechende Beaufschlagung der Elektroden 9, 10 (also der Driftkathode 9 und der Messanode 10) mit einer Hochspannung (vorliegend mit 80 kV) ein elektrisches Feld E erzeugt. Aufgrund des elektrischen Felds E wandern die von den Kollisionsprodukten 7 im Gasgemisch 8 erzeugten Ionen (,,+"-Zeichen) zur Driftkathode 9, während die von den Kollisionsprodukten 7 herausgeschlagenen Elektronen („-"-Zeichen) zur Messanode 10 driften (durch Pfeile 1 1 dargestellt). Der Aufbau der eigentlichen Messanode 10 mit einer Lochmatrix 12 sowie einem Messfeld-Array 13 ermöglicht eine ortsaufgelöste Messung der„Elektronenspur". Aus dem zeitlichen Versatz der Ankunft der Elektronen„-"-Zeichen auf der Messanode 10 kann auf die Lage der Flugbahn der Kollisionsprodukte 7 in einer parallel zum Teilchenstrahl 3 verlaufenden Richtung geschlossen werden. In einer senkrecht zum Teilchenstrahl 3 stehenden Ebene kann eine Ortsauflösung aufgrund des Aufbaus der Messanode 10 erreicht werden.

Eine ausreichende Messgenauigkeit bei der Messung der räumlichen Lage der Teilchenspur der Kollisionsprodukte 7 (insbesondere in einer parallel zur Richtung des Teilchenstrahls 3 verlaufenden Richtung) ist jedoch nur möglich, wenn das zwischen der Driftkathode 9 und der Messanode 10 befindliche elektrische Feld E ausreichend homogen ist. In der Regel muss die Feldhomogenität so hoch sein, dass nur Abweichungen von weniger als 10 auftreten. Eine derartige Feldhomogenität ist in aller Regel nicht durch das einfache Anlegen einer Spannung an der Driftkathode 9 sowie der Messanode 0 möglich. Um das elektrische Feld ausreichend homogen zu gestal- ten wird dabei üblicherweise ein sogenannter elektrischer Feldkäfig auf dem Innenzylinder 14 sowie dem Außenzylinder 15 vorgesehen (vergleiche auch Fig. 3a).

In den Fig. 3a und 3b ist jeweils ein Teilchenstrahldetektor 16 dargestellt, der Widerstandskaskaden 17 unter Verwendung diskreter Widerstandselemente 20 verwendet, um die zur Erzeugung eines homogenen elektrischen Feldes E erforderlichen Potenzialunterschiede zu erzeugen. Fig. 3a zeigt dabei den Teilchenstrahldetektor 16 als Ganzes in einer perspektivischen Ansicht, wohingegen 3b einen Teilausschnitt der Außenhülle 18 des Teilchenstrahldetektors 16 zeigt, um den Aufbau der Widerstandskaskade 17 näher zu erläutern.

In Fig. 3a ist gut zu erkennen, wie auf der Innenseite des Außenzylinders 15, sowie auf der Außenseite des Innenzylinders 14 (also jeweils auf den Ober- flächen, die in Richtung der Detektorkammer 6 weisen) jeweils eine Anordnung aus ringförmigen Metalistreifen 19 vorgesehen ist, die den eigentlichen Feldkäfig bilden. Die Metallstreifen 19 werden auf ein unterschiedliches (linear zunehmendes bzw. linear abnehmendes) elektrisches Potenzial gelegt. Dadurch wird das elektrische Feld im Inneren des Teilchendetektors 16 aus- reichend homogenisiert, um eine hinreichende Messgenauigkeit zu erhalten. Die unterschiedlichen elektrischen Potenziale, auf die die einzelnen Metallstreifen 19 gebracht werden, werden durch die insbesondere in Fig. 3 zu erkennende Widerstandskaskade 17 realisiert. Diese besteht aus einer großen Anzahl von einzelnen Widerstandselementen 20, welche im vorliegend dar- gestellten Ausführungsbeispiel als sogenannte SMD-Widerstände 20 ausgebildet sind. Die elektrische Verbindung zwischen jeweils zwei, benachbart zueinander liegenden SMD-Widerständen 20 wird dabei durch den Metallstreifen 19 selbst hergestellt. An den beiden„Deckeln" des zylindrisch ausgebildeten Teilchendetektors 16 (also an der Driftkathode 9 sowie an der Messanode 10) werden die entsprechenden Enden der Widerstandskaskade 17 mit einer elektrischen Spannung von beispielsweise 80 kV versorgt.

In Fig. 2c ist die Anordnung der Widerstandskaskade 17 mit den einzelnen, diskreten Widerstandselementen 20 sowie den einzelnen, diskreten Metallstreifen 19 (einschl. der erforderlichen elektrischen Verbindungen) nochmals in schematischer Prinzip-Ansicht dargestellt. Ebenfalls zu erkennen ist der Zylindermantel des Außenzylinders 15, der das„Trägergehäuse" für die einzelnen Bauelemente 19, 20 bildet.

Demgegenüber ist in Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Felderzeuger 21 dargestellt, der sich, abweichend vom in Fig. 2c gezeigten elektrischen Felderzeuger 23, nicht mehr diskreter Bauelemente 19, 20 bedient, sondern bei dem vielmehr ein kontinuierliches Widerstandsbauteil 24 verwendet wird. Bei dem kontinuierlichen Widerstandsbauteil 24 kann es sich beispielsweise um Polyimid-Material handeln, welches unter dem Handelsnamen Kapton von der Firma Dupont ertrieben wird. Selbstverständlich sind hier auch andere Materialien möglich. Im Übrigen ist es unerheblich, ob das kontinuierliche Widerstandsbauteil 24 als einzelner Block, oder beispielsweise auch in Sandwichbauweise (siehe insbesondere Fig. 4) ausgebildet ist. Benachbart zu der Driftkathode 9 bzw. der Messanode 20 ist das kontinuierliche Widerstandsbauteile 24 mit Hilfe von elektrischen Kontaktelementen 25 jeweils auf das elektrische Potenzial der Driftkathode 9 bzw. der Messanode 10 gelegt. Der Potenzialabbau zwischen den beiden „Extrem'-Potenzialwerten erfolgt dabei im kontinuierlichen Widerstandsbauteil 24 kontinuierlich. Darüber hinaus ist es möglich, dass die entsprechende Oberfläche des kontinuierlichen Widerstandsbauteils 24 direkt und unmittelbar an die mit dem Gasgemisch 8 gefüllten Detektorkammer 6 angrenzt. Es ist darauf hinzuweisen, dass das kontinuierliche Widerstandsbauteil 24 nicht nur deutlich einfacher und kostengünstiger im Aufbau ist, sondern darüber hinaus aufgrund seines kontinuierlichen Potenzialgefälles keine Unste- tigkeiten erzeugt, und damit ein im Verhältnis zu„klassischen" Aufbauten ein verbessertes homogenes elektrisches Feld E erzielt werden kann. Die„Lücke" im kontinuierlichen Widerstandsbauteil 24 in der Mitte von Fig. 2 (2a, 2b, 2c) soll dabei jeweils veranschaulichen, dass das entsprechende Bauteil 15, 24 eine im Wesentlichen beliebige Länge aufweisen kann.

In Fig. 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrischen Felderzeugers 22 gezeigt, der eine Variation des in Fig. 2a dargestellten Felderzeugers 21 darstellt. Auch vorliegend ist beim elektrischen Felderzeuger 22 ein kontinuierliches Widerstandsbauteil 24 verwendet, welches an seinen beiden Enden mit Hilfe von elektrischen Kontaktelementen 25 mit der Driftkathode 9 bzw. der Messanode 10 elektrisch verbunden ist. Abweichend vom in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel weist der vorliegende elektrische Felderzeuger 22 jedoch Metallstrukturen 26 auf der Oberfläche des kontinuierlichen Widerstandsbauteils 24 auf. Die Metallstrukturen 26 sind beispielsweise unter Verwendung von Epitaxieverfahren, Lackierverfahren, Ätzverfahren und dergleichen aufgebracht (wobei es sich bei den "Metallstrukturen 26" auch um Strukturen handeln kann, die beispielsweise aus einem nichtmetallischen, jedoch vorzugsweise gut elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, beziehungsweise ein solches aufweisen). Die Metallstrukturen 26 bewirken im Bereich der jeweiligen Metallstruktur 26 jeweils eine Homogenisierung des elektrischen Potenzials. Dadurch wird zwar eine gewisse„Auf- rauung" des resultierenden elektrischen Feldes E bewirkt (dabei kann das Feld ebenso„schlecht" wie bei dem in Fig. 2c dargestellten Aufbau eines elektrischen Felderzeugers 21 werden), der vorgeschlagene Aufbau des elektrischen Felderzeugers 22 kann jedoch von Vorteil sein, wenn das kontinuierliche Widerstandsbauteil 24 größere elektrische Inhomogenitäten auf- weist. In einem derartigen Fall kann die vorgeschlagene Verwendung von Metalistrukturen 26 eine Homogenisierung des elektrischen Feldes E im Verhältnis zu dem in Fig. 2a dargestellten Aufbau bewirken.

Der elektrische Widerstand der kontinuierlichen Widerstandsbauteile 24 bei den in Fig. 2a und 2b gezeigten elektrischen Felderzeugern 21 , 22 kann entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gewählt werden. Als typische Werte sind 10 ⁵ bis 10 ¹¹ Ωπ (wobei das "Quadrat" an sich dimensionslos ist) zu nennen. Die genannten Werte können jedoch auch zum Teil erheblich abweichen.

In Fig. 4 ist schließlich noch ein Ausschnitt durch einen Außenzylinder 15 dargestellt, bei dem die Zylinderwand 27 in„Sandwichbauweise" ausgeführt ist. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zylinderwand 27 aus insgesamt drei Schichten 28, 29, 30 aufgebaut. Die„mittlere" Schicht 29 ist dabei ein elektrisches kontinuierliches Widerstandsbauteil, beispielsweise eine elektrisch leitfähige Folie 29. Die elektrisch leitfähige Folie 29 kann bei Verwendung bestimmter Gase 8 in der Detektorkammer 6 die leitfähige Folie 29 gegebenenfalls beschädigt werden (entsprechendes kann gelten, wenn zusätzlich oder alternativ beispielsweise eine mechanische Belastung auf die Zylinderwand 27 einwirkt). Um die elektrisch leitfähige Folie 29 zu schützen ist daher auf der Innenseite der Zylinderwand 27 eine Schutzschicht 28 angeordnet, welche einen chemischen und/oder mechanischen Schutz der elektrisch leitfähigen Folie 29 bewirkt. Zur mechanischen Stabilisierung der Zylinderwand 27 ist schließlich auf der Außenseite noch eine Trägerwand 30 vorgesehen. Diese kann an sich aus einem weitgehend beliebigen Material bestehen, das jedoch ausreichend elektrisch isolierend sein sollte, und insbesondere so isolierend sein sollte, dass eine "Verfälschung" der elektrischen Stromverteilung der elektrisch leitfähigen Folie 29 weitgehend vermieden werden kann. Besonders bevorzugt ist es dabei, hochfeste und leichte Strukturen zu verwenden, wie beispielsweise Kompositwerkstoffe, Werkstof- fe mit Wabenstruktur, geschäumte Werkstoffe und dergleichen. Als ein Beispiel unter vielen, geeigneten Werkstoffen, kann beispielsweise das Material, welches unter dem Handelsnamen Rohazell auf dem Markt ist, verwendet werden. Zusätzlich und/oder alternativ ist es auch möglich, dass die Träger- wand 30 thermisch besonders gut leitfähig ist. In diesem Fall kann die beim „Betrieb" der elektrisch leitfähigen Folie 29 entstehende Wärme gut nach außen, auf die Detektoraußenseite abgeführt werden. Im Übrigen kann nicht nur die von der elektrisch leitfähigen Folie 29 stammende Wärme, sondern auch sonstige, beim Betrieb eines Teilchenbahndetektors 1 , 16 entstehende Wärme vorteilhaft abgeführt werden.

Bezugszeichenliste:

1 . Teilchenbahndetektor 17. Widerstandskaskade

2. Teiichenstrahlrohr 18. Außenwand

3. Teilchenstrahl 19. Metallstreifen

4. Target 20.SMD-Widerstand

5. Koilisionspunkt 21.elektrischer Felderzeuger

6. Detektorkammer 22. elektrischer Felderzeuger 2

7. Kollisionsprodukt 23. elektrischer Felderzeuger

8. Gasgemisch (SDT)

9. Driftkathode 24. kontinuierliches Wider¬

10. Messanode standsbauteil

1 1. Elektronendriftbahn 25. elektrisches Kontaktelement

12. Lochmatrix 26. Metallstruktur

13. Messfeld-Array 27. Zylinderwand

14. Innenzylinder 28. Schutzschicht

15. Außenzylinder 29. Elektrisch leitfähige Folie

16. Teilchenstrahldetektor 30. Trägerwand

(SDT)