EP2494582A1 - Homogenfelderzeugungsvorrichtung - Google Patents

Homogenfelderzeugungsvorrichtung

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Publication number
EP2494582A1
EP2494582A1 EP10778885A EP10778885A EP2494582A1 EP 2494582 A1 EP2494582 A1 EP 2494582A1 EP 10778885 A EP10778885 A EP 10778885A EP 10778885 A EP10778885 A EP 10778885A EP 2494582 A1 EP2494582 A1 EP 2494582A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
field generating
generating device
electric field
homogeneous field
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10778885A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Voss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Original Assignee
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200910050695 external-priority patent/DE102009050695A1/de
Application filed by GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH filed Critical GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Publication of EP2494582A1 publication Critical patent/EP2494582A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers

Definitions

  • the invention relates to a homogeneous field generating device for electric fields, which has at least one electrical resistance device. Furthermore, the invention relates to an electric field cage device and a detector device.
  • detectors For decades, for example, in the field of experimental high-energy physics, for the purpose of detecting the trajectories of individual particles, detectors have been used which have a field-defining system (usually called a field cage).
  • the particles may be, for example, fragments released after a nuclear reaction, which arise, for example, when a particle beam (English: beam) hits a defined impact target (English: target).
  • the principle of operation of such detectors is that the corresponding particle passes through, for example, a gas-filled detector chamber. In most cases, the magnetic field is applied to the detector chamber, so that curved airfoils are result. From the degree of curvature of the trajectories can then be closed to the particle itself. The particles passing through the detector gas leave an ion trace in the gas.
  • the individual ions or electrons thus generated are "pulled" to the terminal measuring electrodes of the detector on the basis of an electric field generated in the detector, whereby the measuring electrodes are designed such that spatially and temporally resolved measurements are possible.
  • the three-dimensional trajectory of the particle passing through the detector chamber can be reconstructed on the basis of the time delay in the measurement of the ions or electrons incident on the measuring electrodes and the spatially resolved measurement of the ions or electrons incident on the measuring electrodes.
  • a critical component is the required electric fields, which "pull" the generated ions to the measuring electrodes, in some cases deviations of less than 10 -3 are required so that the drift times of the generated ions or electrons in the electric field are not falsified.
  • the required, highly homogeneous electric fields are usually made using a large number of annular wires (which may also be in the form of strips) placed one behind the other so as to enclose a cylindrical space and so called Field cage form generated (where partly also other designs exist).
  • the annular wires are thereby brought to a different electrical potential.
  • the Generation of the different electrical potentials takes place by resistor cascades, which are made of a large number of discrete resistors. A suitable voltage is applied to the resistor cascade (which may well be in the range of 50 to 100 kV).
  • the resulting current through the resistor cascade (typical values of the "cross current" are between 50 and 80 ⁇ , but can vary greatly in individual cases) effected according to Ohm's law corresponding potential differences between the individual discrete resistors, or between ground and the individual solder joints between the individual discrete resistances.
  • the different electrical potentials generated with the aid of such resistance cascades are applied to the wire rings of the field cage via electrical conductors.
  • resistor chains are still problematic. For example, under certain circumstances, several thousand resistors have to be soldered together, which is correspondingly time-consuming and cost-intensive. In addition, the solder joints must be designed as perfectly as possible, and be designed so that they age as little as possible during operation - which is often not possible. In addition, the resistors with respect to their resistance must ⁇ nominal value as possible can be selected (by 0.5% tolerance) to the local division ratio and the resulting field inhomogeneities / activities as small as possible. However, such resistances are difficult to obtain and expensive. Alternatively or additionally, it is also possible to carry out a selection of the resistors by measuring them (and possibly to combine several individual resistors to form a "substitute resistor"), which is also time-consuming and expensive.
  • resistor cascades which do not have the existing in known resistor cascades disadvantages or in only lesser form.
  • the object of the invention is therefore to propose a homogeneous field generating device for electric fields, which is improved compared to homogenous field generating devices according to the prior art. Furthermore, the object of the invention is to propose an improved electric field cage device and an improved detector device.
  • the proposed homogeneous field generating device the proposed Feldkalfi ' g conjugate or the proposed Detektoreinnchtung solves this problem.
  • a homogeneous field-generating device for electric fields which has at least one electrical resistance device, in such a way that the electrical resistance device is formed, at least in sections, as a continuous resistance device. It is possible that of an optionally larger number of provided resistance devices only one, a certain proportion or all of the provided electrical resistance devices at least in sections as continuous resistance devices (s) is / are formed. In the area in which the resistance device is designed as a continuous resistance device, it is generally no longer necessary to use discrete components, in particular discrete resistors. As a result, it is usually possible, a large number of solder joints - with all the associated disadvantages - to be able to avoid.
  • the structure of the resulting homogenous field generating device can usually be particularly simple and inexpensive, and in addition can often be compared to known homogeneous field generating devices improved electric fields generated. It is particularly preferred if the electrical resistance device is formed in large parts, in particular substantially over its entire length, as a continuous resistance device.
  • a continuous resistance device is in particular to be understood as meaning a material which has a certain ohmic resistance per unit length, area unit and / or volume unit. The inventors have discovered, to their own astonishment, that particularly advantageous homogeneous-field-generating devices are possible with a continuous resistance device.
  • the homogeneous-field-generating device is designed in such a way that the continuous resistance device is at least partially formed as a quasi-one-dimensional, quasi-two-dimensional and / or three-dimensional resistance device, and in particular as a wire-like, foil-like and / or block-like resistance device.
  • a quasi-one-dimensional design can be realized for example in the form of a wire, in particular an electrical resistance wire.
  • a quasi-two-dimensional training mode can arise in particular if a film-like trained continuous resistance device is used. In this case, for example, by gluing a housing component with a (thin) resistance foil even with quasi-two-dimensional resistance means, a substantially arbitrary three-dimensional arrangement of the resistance device can be realized.
  • a three-dimensional resistance device can be realized, for example, by making a housing component (or larger parts of a housing) from a continuous resistance device. Of course, it is possible that such three-dimensional resistance devices are mounted on other components, such as on a support structure.
  • a quasi-one-dimensional structure is to be understood as meaning, in particular, a structure whose longitudinal extent is significantly greater than its extent in the other two spatial directions. Typically, the structure should be longer by a factor of 10, 20, 30, 40, 50, 75 or 100, than it is wide or high. Accordingly, a quasi-dimensional structure should be understood to mean, in particular, a structure whose width and / or length is significantly greater than its height. Typically, the width and / or length of the structure should be greater than the height by a factor of 10, 20, 30, 40, 50, 75 or 100.
  • the electrical resistance device comprises a material which is taken from the group, the polyimide, Kapton, electrically conductive plastic, electrically conductive silicate, organic conductors, conductive ceramics and polycarbonate.
  • the electrical resistance device comprises a material which is taken from the group, the polyimide, Kapton, electrically conductive plastic, electrically conductive silicate, organic conductors, conductive ceramics and polycarbonate.
  • Such materials have proven to be advantageous in first attempts. Moreover, such materials are commercially available (though with some difficulty, if desired). This can promote a rapid implementation of the homogenous field generating device or reduce the manufacturing costs.
  • the Homogenfeld- generating device is designed such that the continuous resistance device at least partially electrically interacts directly with the electric field space and / or in that the continuous resistance device interacts at least partially electrically indirectly with the electric field space.
  • An electrical direct interaction between the continuous resistance device and the electric field space may arise in particular if a surface of the electrical resistance device directly adjoins the space in which the electric field is to be formed (for example, field space / detector space). It is of course possible that the corresponding space can be acted upon not only with a vacuum, but also with a gas, a liquid and / or a supercritical fluid.
  • a gas for example, offer gas mixtures of a noble gas and carbon dioxide, such as argon and / or neon and carbon dioxide.
  • a liquid for example, liquid xenon is conceivable.
  • the gases and liquids may be present at substantially any pressures, such as, in particular, under (approximate) atmospheric pressure.
  • the continuous resistance device serves primarily or exclusively to provide a suitable electrical potential.
  • the homogeneous-field-generating device in such a way that at least one electrically highly conductive region is provided, which in particular has a metallic material and which is preferably of planar design.
  • electrically highly conductive regions can be constructed and / or arranged, for example, in analogy to previous field cage conductors.
  • solder joints can be dispensed with solder joints by the corresponding highly conductive areas are applied by other material application methods, such as by painting, steaming, sputtering and the like.
  • the electrical connection between the electrically highly conductive region and the continuous resistance device is preferably non-planar (that is to say essentially over the entire surface of the relevant highly conductive region), but otherwise carried out.
  • the proposed structure may prove to be advantageous in particular if the continuous resistance device is relatively inhomogeneous, since in this way inhomogeneities of the continuous resistance device can be compensated.
  • the electrically highly conductive regions may be provided inside and / or outside of the continuous resistance device. It is particularly advantageous if, in the case of the homogenous field generation device, the continuous resistance device is connected in a quasi-point-like and / or quasi-linear manner to an electrical conductor, which preferably serves for electrical connection to an electrically highly conductive region.
  • Such a design makes it possible, in particular, to be able to combine the advantages of the continuous resistance device (such as, for example, simple construction and / or high field homogeneity) with the advantages of "classical" resistance cascades (for example, compensation for inhomogeneities in the electrical resistance material used)
  • the electrically highly conductive region with the electrical conductor is at least equal to the regions of the "forcible" homogeneity of the potential (by the highly conductive regions) partly coincides.
  • the homogenous field generating device has at least one mechanical amplification device.
  • mechanically relatively relatively stable materials can be used as a continuous resistance device or used to form the continuous resistance device.
  • a mechanical reinforcing device can not only take the form of a housing, in the form of support elements or carrier elements or the like, but also in particular by suitably processing (in particular solidifying) the continuous resistance device by suitable material processing methods (such as sintering). becomes.
  • suitable material processing methods such as sintering
  • the homogenous field generating device has at least one thermal conductor device.
  • the possibly resulting amounts of heat in particular the amounts of heat produced in the continuous resistance device
  • the thermal conductor device can (at least partially) also coincide with a mechanical amplification device
  • a multi-layer structure (“sandwich" design) may prove advantageous.
  • an electric field cage device which has at least one homogeneous field generating device according to the structure described above. Also, the electric field cage device then has the advantages and properties already described in an analogous manner.
  • An electric field cage device is to be understood in particular as so-called “field cages”, but may also be other systems defining an electric field.
  • a detector device which has at least one electric field cage device with the previously described construction and / or at least one Homogenfeld Wegungsvorrichrung with the structure described above.
  • the correspondingly formed detector then also has the properties and advantages already described in an analogous manner.
  • the detector may in particular be detectors for physical high-energy experiments, detectors for the determination of tion of particle trajectories and / or for determining the nature of certain materials, in particular materials which emit ionizing radiation (especially in the form of particle radiation) act.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a particle orbit detector in a schematic view
  • FIG. 3 shows the schematic structure of a particle track detector according to the prior art in a perspective view
  • Fig. 4 an embodiment of the structure of a multilayer
  • Fig. 1 is a schematic view of the basic structure of a particle orbit detector 1 and its basic mode of operation is shown.
  • the embodiment of the particle orbit detector 1 shown here is designed as a cylindrical particle orbit detector 1, which is arranged around the particle beam tube 2 of a particle accelerator.
  • the actual particle beam 3 is indicated by an arrow.
  • the particle beam 3 impinges on a so-called "target" 4, which is usually a thin material film made of a material suitable for the corresponding experiment (for example metal, ceramic, metal alloy, etc.).
  • target 4 is usually a thin material film made of a material suitable for the corresponding experiment (for example metal, ceramic, metal alloy, etc.).
  • collision products 7 are generated which (usually) pass through the actual detector chamber 6 of the particle track detector 1.
  • the trajectories of two collision products 7 are indicated in the form of arrows in FIG Detektorkam- mer 6 is filled for example with a gas mixture 8 (in the present embodiment, a noble gas-carbon dioxide gas mixture 8).
  • the trajectory of the collision products 7 is shown curved in Fig. 1, since with the aid of magnets (not shown), a magnetic field B is present, which forces the collision products 7 on a curved trajectory.
  • an electric field E is generated by a corresponding loading of the electrodes 9, 10 (ie the drift cathode 9 and the measuring anode 10) with a high voltage (in this case with 80 kV). Due to the electric field E, the ions ("+" sign) generated by the collision products 7 in the gas mixture 8 migrate to the drift cathode 9, while the electrons ("-" signs knocked out by the collision products 7 drift towards the measuring anode 10 (by arrows) 1 1 shown).
  • the structure of the actual measuring anode 10 with a hole matrix 12 and a measuring field array 13 enables a spatially resolved measurement of the "electron trace.”
  • the time offset of the arrival of the electron "-" signs on the measuring anode 10 can be based on the position of the trajectory of the collision products 7 are closed in a direction parallel to the particle 3 direction. In a plane perpendicular to the particle beam 3, a spatial resolution due to the structure of the measuring anode 10 can be achieved.
  • FIGS. 3a and 3b each show a particle beam detector 16 which uses resistive cascades 17 using discrete resistive elements 20 to produce the potential differences required to produce a homogeneous electric field E.
  • 3a shows the particle beam detector 16 as a whole in a perspective view
  • FIG. 3b shows a partial section of the outer shell 18 of the particle beam detector 16 in order to explain the structure of the resistor cascade 17 in more detail.
  • FIG. 3 a clearly shows how an arrangement of annular metal strips 19 is provided on the inside of the outer cylinder 15 as well as on the outer side of the inner cylinder 14 (that is, on the surfaces pointing in the direction of the detector chamber 6, respectively) that form the actual field cage.
  • the metal strips 19 are placed on a different (linearly increasing or decreasing) electrical potential.
  • the electric field in the interior of the particle detector 16 is sufficiently homogenized in order to obtain a sufficient measurement accuracy.
  • the different electrical potentials to which the individual metal strips 19 are brought are realized by the resistor cascade 17, which can be seen in particular in FIG. 3. This consists of a large number of individual resistance elements 20, which in the presently illustrated exemplary embodiment are designed as so-called SMD resistors 20.
  • each two, adjacent SMD resistors 20 lying one another are produced by the metal strip 19 itself.
  • the corresponding ends of the resistor cascade 17 are supplied with an electrical voltage of, for example, 80 kV.
  • Fig. 2c the arrangement of the resistor cascade 17 with the individual, discrete resistance elements 20 and the individual, discrete metal strips 19 (including the required electrical connections) is again shown in a schematic principle view. Also visible is the cylinder jacket of the outer cylinder 15, which forms the "carrier housing" for the individual components 19, 20.
  • FIG. 2a a first exemplary embodiment of an electric field generator 21 is shown in FIG. 2a, which, unlike the electric field generator 23 shown in FIG. 2c, no longer uses discrete components 19, 20, but instead uses a continuous resistance component 24.
  • the continuous resistance component 24 can be, for example, polyimide material which is sold under the trade name Kapton by Dupont. Of course, other materials are possible here. Incidentally, it is irrelevant whether the continuous resistance component 24 is designed as a single block or, for example, also in a sandwich construction (see in particular FIG. 4). Adjacent to the drift cathode 9 or the measuring anode 20, the continuous resistance components 24 are respectively connected to the electrical potential of the drift cathode 9 or the measuring anode 10 with the aid of electrical contact elements 25.
  • the potential reduction between the two "extreme” potential values takes place continuously in the continuous resistance component 24. Moreover, it is possible that the corresponding surface of the continuous resistance component 24 directly and directly adjacent to the filled with the gas mixture 8 detector chamber 6. It should be pointed out that the continuous resistance component 24 is not only much simpler and less expensive to construct, but moreover because of its continuous potential gradient does not generate any impulses and thus achieves an improved homogeneous electric field E in relation to "classic" structures
  • the "gap" in the continuous resistance component 24 in the middle of FIG. 2 (2 a, 2 b, 2 c) should in each case illustrate that the corresponding component 15, 24 may have a substantially arbitrary length.
  • FIG. 2b shows a second exemplary embodiment of an electric field generator 22, which represents a variation of the field generator 21 shown in FIG. 2a.
  • a continuous resistance component 24 is used in the electric field generator 22, which is electrically connected at its two ends to the drift cathode 9 or the measuring anode 10 with the aid of electrical contact elements 25.
  • the present electric field generator 22 has metal structures 26 on the surface of the continuous resistance component 24.
  • the metal structures 26 are applied, for example, using epitaxy methods, painting methods, etching methods and the like (wherein the "metal structures 26" may also be structures which comprise, for example, a non-metallic but preferably highly electrically conductive material ).
  • the metal structures 26 each effect a homogenization of the electrical potential in the region of the respective metal structure 26. Although this causes a certain "roughening" of the resulting electric field E (the field may also be “bad” as in the structure of an electric field generator 21 shown in FIG. 2c), the proposed structure of the electric field generator 22 can however be advantageous if the continuous resistance component 24 has greater electrical inhomogeneities. has. In such a case, the proposed use of metal structures 26 may cause homogenization of the electric field E in relation to the structure illustrated in FIG. 2a.
  • the electrical resistance of the continuous resistance components 24 in the electric field generators 21, 22 shown in FIGS. 2a and 2b can be chosen according to the respective requirements. Typical values are 10 5 to 10 11 ⁇ (where the "square" is dimensionless per se). However, the values mentioned may also differ considerably in some cases.
  • the cylinder wall 27 is made up of a total of three layers 28, 29, 30.
  • Layer 29 is an electrical continuous resistance component, for example an electrically conductive film 29.
  • the electrically conductive film 29 may be damaged if certain gases 8 are used in the detector chamber 6, the conductive film 29 (corresponding may apply if, in addition or alternatively, for example, a mechanical Load acting on the cylinder wall 27).
  • a protective layer 28 is arranged on the inside of the cylinder wall 27, which effects a chemical and / or mechanical protection of the electrically conductive film 29.
  • a support wall 30 is finally provided on the outside.
  • This may in itself consist of a largely arbitrary material, which, however, should be sufficiently electrically insulating, and in particular should be so insulating that a "falsification" of the electrical current distribution of the electrically conductive film 29 can be largely avoided.
  • high-strength and lightweight structures such as composite materials, materials Fe with honeycomb structure, foamed materials and the like.
  • the carrier wall 30 is thermally particularly highly conductive.
  • the heat arising during the "operation" of the electrically conductive film 29 can be dissipated well to the outside, on the outside of the detector.Almost, not only the heat from the electrically conductive film 29, but also other, when operating a particle web detector , 16 resulting heat can be dissipated advantageous.
  • detector chamber 22 electric field generator 2

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21, 22, 23) zur Erzeugung homogener elektrischer Felder (E), die zumindest eine elektrische Widerstandsvorrichtung (17, 20, 24, 29) aufweist. Dabei ist die elektrische Widerstandsvorrichtung (17, 20, 24, 29) als kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) ausgebildet.

Description

Homogenfelderzeugungsvorrichtung
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 m3 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 105 bis 1011 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)

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) für elektrische Felder (E), aufweisend zumindest eine elektrische Widerstandsvorrichtung (17, 20, 24, 29), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Widerstandsvorrichtung (17, 20, 24, 29) zumindest abschnittsweise als kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) ausgebildet ist.
2. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) zumindest bereichsweise als quasi-eindimensionale, quasi-zweidimensionale (29) und/oder dreidimensionale (24) Widerstandseinrichtung ausgebildet ist, insbesondere als drahtartige, folienartige (29) und/oder blockartige Widerstandseinrichtung (24) ausgebildet ist.
3. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Widerstandsvorrichtung (17, 20, 24, 29) ein Material aufweist, welches der Gruppe entnommen ist, die Polyimid, Kapton, elektrisch leitfähigen Kunststoff, elektrisch leitfähiges Silikat, organische Leiter, leitfähige Keramiken und Polycarbonat umfasst.
4. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) zumindest bereichsweise elektrisch unmittelbar mit dem elektrischen Feldraum (6) wechselwirkt (Fig. 2a) und/oder dadurch, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) zumindest bereichsweise elektrisch mittelbar (26) mit dem elektrischen Feldraum (6) wechselwirkt (Fig. 2b).
5. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zumindest einen elektrisch hochleitfahigen Bereich (26), welcher insbesondere ein metallisches Material aufweist, und der vorzugsweise flächenartig (26) ausgebildet ist.
6. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Widerstandseinrichtung (24, 29) quasi-punktartig und/oder quasi-linienartig mit einem elektrischen Leiter (26) verbunden ist, der vorzugsweise zur elektrischen Verbindung mit einem elektrisch hochleitfahigen Bereich (26) dient.
7. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine mechanische Verstärkungseinrichtung (30).
8. Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine thermische Leitereinrichtung (30).
9. Elektrische Feldkäfige'inrichtung (19), gekennzeichnet durch zumindest eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Detektoreinrichtung (1 , 16), gekennzeichnet durch zumindest eine elektrische Feldkäfigeinrichtung (19) nach Anspruch 9 und/oder zumindest eine Homogenfelderzeugungsvorrichtung (21 , 22, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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