WO2023161037A1 - Vakuumanlage und detektionseinrichtung - Google Patents

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WO2023161037A1
WO2023161037A1 PCT/EP2023/053284 EP2023053284W WO2023161037A1 WO 2023161037 A1 WO2023161037 A1 WO 2023161037A1 EP 2023053284 W EP2023053284 W EP 2023053284W WO 2023161037 A1 WO2023161037 A1 WO 2023161037A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection device
vacuum
vacuum chamber
wall
vacuum system
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Koenen
Achim Heynen
Jörg WOLTERS
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich 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
Application filed by Forschungszentrum Jülich GmbH filed Critical Forschungszentrum Jülich GmbH
Publication of WO2023161037A1 publication Critical patent/WO2023161037A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/008—Measuring neutron radiation using an ionisation chamber filled with a gas, liquid or solid, e.g. frozen liquid, dielectric

Definitions

  • the invention relates to a vacuum system with a vacuum chamber and a detection device and a detection device for a vacuum system.
  • detection devices When waves or particles are detected, detection devices with detection elements for detecting waves and/or particles are used.
  • a detection element is an object that interacts with waves and/or particles and in this way enables the waves or particles to be detected.
  • the detection element can comprise a solid or a liquid, for example in the case of a scintillator.
  • the detection element can comprise a gas container in which a gas or gas mixture can be arranged for detecting the waves or particles. There is a vacuum chamber through which the waves or particles to be detected can reach the detection device undisturbed.
  • vacuum systems such as the SEQUOIA instrument and the SNS beam source in the USA, the LET instrument at the ISIS beam source in Great Britain, the NEAT instrument at the HZB in Berlin or the T-REX instrument currently under construction at the ESS in Sweden are used to detect neutrons known.
  • These contain a vacuum chamber and a detection device with a gas container for holding a gas or gas mixture for the detection of neutrons.
  • a sample can be placed in the vacuum chamber.
  • Neutrons from a neutron source fly to the sample and from there through the vacuum to the detection device located in the vacuum chamber.
  • a sample environment and/or a gate valve (closure container) can be present.
  • FIG. 1 schematically shows a conventional vacuum system 1 with a vacuum chamber 10 which is delimited by an outer wall 12.
  • a detection device 20 with a detection element which contains one or more gas containers 22 .
  • the emitted or scattered or deflected waves or particles pass through the vacuum chamber 10 into the interior of the gas container 22 of the detection device.
  • Gas or gas mixture located in the gas containers 22 interacts with the emitted Waves or particles to detect them.
  • the outer wall 12 of the detection device 20 is designed on all sides 25 shown schematically in such a way that it mechanically withstands the vacuum.
  • the outer wall 12 of the detection device 20 can simultaneously be the wall delimiting the gas container 22 .
  • a bundle of lines 27 runs from the detection device 22 through the volume 15 to be evacuated and traverses the outer wall 12 of the vacuum chamber 10.
  • signals and/or a cooling medium can be exchanged between the detection device 20 and the environment outside of the vacuum chamber 10.
  • a sample environment in which a sample can be positioned to emit waves and/or particles. More specifically, the sample scatters or deflects the waves and/or particles after being bombarded or irradiated with them. Emitting also means sending out in which existing waves and/or particles are merely scattered and/or deflected. This can be the case, for example, when neutrons are used and detected.
  • FIG. 3 shows a perspective representation of a conventional vacuum system 1 with a vacuum chamber 10 which contains a volume 15 to be evacuated which is delimited by an outer wall 12 .
  • Ten detection devices 20 are arranged in the vacuum chamber 10 .
  • Each of the detection devices 20 comprises a gas container 22 and a processing unit 26.
  • the respective processing units 26 are connected to the environment outside the vacuum chamber 10 via corresponding vacuum-tight lines.
  • a beam conditioning device 40 Also shown are parts of a beam conditioning device 40, a beam stop 42 arranged opposite the beam conditioning device 40 for capturing the primary beams, and the sample environment 30 located in the beam path. There is also a door 34 through which users can enter the vacuum chamber 10, for example for maintenance of the detection devices 20. These vacuum systems are technically complex.
  • a vacuum system according to claim 1 and a detection device for a vacuum system according to the independent claim serve to solve the task.
  • Advantageous configurations are specified in the dependent claims.
  • the vacuum system includes a vacuum chamber with an outer wall enclosing a volume that can be evacuated.
  • the vacuum system also includes a detection device with a detection element for detecting waves and/or particles. The detection device is arranged outside the vacuum chamber.
  • the detection device is much simpler, accessible from the outside. Therefore, the vacuum can be maintained and the vacuum chamber does not have to be opened or entered in order to get to the detection device. This reduces the technical effort.
  • the volume of the vacuum chamber can be reduced, so that the cost of materials for the vacuum system is reduced.
  • the detection device can be manufactured with a significantly reduced wall thickness, at least in large parts, since the outer walls at least for the most part do not have to withstand the vacuum, but only the pressure prevailing outside the vacuum chamber. The technical complexity and the costs are thus reduced.
  • the vacuum chamber is delimited by the outer wall and is suitable for generating a vacuum.
  • the outer wall has at least one evacuation opening for connecting a vacuum source.
  • a vacuum can be generated in the vacuum chamber, i.e. the volume can be evacuated.
  • the evacuation opening is open to the volume.
  • the evacuation opening runs through the outer wall.
  • the evacuation port can be connected to a vacuum source such as a vacuum pump. In this way the volume can be evacuated.
  • the outer wall can be curved and/or have ribs to increase rigidity.
  • the vacuum system can include the vacuum source.
  • the vacuum chamber or its outer wall can be made of stainless steel or aluminum.
  • the vacuum chamber can have a coating or lining, for example made of cadmium.
  • the volume can be used for radiation by means of particles and/or waves.
  • the volume can be used to hold a sample.
  • a sample environment can be present within the volume, in or on which a sample can be positioned.
  • the sample environment can be present in a further component which is located adjacent to the volume.
  • the detection device is a device for detecting waves and/or particles. It contains a detection element which interacts with the waves and/or particles and in this way makes them detectable.
  • the waves and/or particles are typically emitted or deflected by a sample located in a sample environment. In this way, knowledge about the sample and/or about the waves or particles can be obtained.
  • the detection element contains a material which interacts with the waves and/or particles or is designed to hold such a material.
  • a detection device can have a large number of detection elements.
  • the detection device can be designed as a so-called multi-grid detector. In this case, it comprises a large number of inserted metal sheets and/or tensioned wires.
  • a detection element can be designed as a scintillator.
  • the detection device has one or more cables for transmitting data to an evaluation unit. Due to the arrangement of the detection device outside the vacuum chamber, the cables do not have to run through the vacuum. This reduces the technical effort.
  • the vacuum system can interact with a radiation source, which can bombard a sample recorded in the sample environment with radiation, so that the sample emits particles and/or waves.
  • the radiation source can generate a beam of neutrons, electrons or protons.
  • the radiation source is typically arranged outside of the vacuum chamber and/or outside of any sample receiving module that may be present, in particular at a distance of more than 100 m.
  • the vacuum system can include the radiation source.
  • the detection device comprises a gas container for holding a gas or gas mixture.
  • a gas holder is a container for holding a gas or gas mixture. It can mean a permanent uptake in which the gas or gas mixture remains essentially unchanged in terms of mass, pressure and composition over periods of hours to months. Alternatively, a temporary or short-term recording can be meant.
  • the gas container is essentially hermetic. The gas container is arranged outside the vacuum chamber.
  • Interactions between particles to be detected and/or waves and gas particles of the detection element can take place inside the detection element, ie in this embodiment in the gas or gas mixture.
  • a wire and/or sheet metal can be present inside the detection element. The collisions can release particles whose electrical charge can be diverted through the wire and/or the metal sheet and localized in this way. The interactions are detected in this way by the detection device.
  • the gas or gas mixture serves to interact with the waves and/or particles.
  • the detection element can be the gas container into which a gas can be introduced for the detection of the waves and/or particles.
  • the gas or gas mixture itself does not necessarily have to be arranged in the gas container in order to obtain a vacuum system according to the invention.
  • the volume of the vacuum chamber can be significantly reduced since gas containers are typically very large and are no longer present within the vacuum chamber.
  • the volume reduction that can be achieved in this way can be in the range of 50%, so that significantly less material is required for the vacuum system than with conventional construction.
  • the tightness of the system is improved. No or significantly less gas can get from the gas container into the vacuum chamber.
  • gas With the conventional arrangement of the gas tank in the vacuum chamber, gas always gets out of the gas tank into the remaining volume of the vacuum chamber, since 100% tightness is not technically achievable. This disturbs the vacuum, causes gas losses and increases the effort for evacuation.
  • the solution according to the invention the leakage rate is significantly reduced and the quality of the vacuum is thus increased and the pumping effort is reduced.
  • the detection device is set up to detect neutrons.
  • the volume is used for transmission by means of neutrons. Collisions with gas particles must be prevented to ensure that the neutrons trajectory is undisturbed. The neutrons should therefore move undisturbed in order to be subsequently detected by a detection device.
  • the detection device includes the gas container.
  • the detection is based on the fact that interactions of the neutrons with gas particles in the gas container are detected. For example, such interactions can give rise to electrical signals that can be suitably detected.
  • charged particles are triggered by collisions of the electrically neutral neutrons with particles of the gas or gas mixture, the electrical charge of which can then be recorded.
  • the electrical charges can be discharged via wires.
  • the position of the collision can be determined from the course of the current.
  • each wire is read out individually in order to obtain a high spatial resolution in the detection device.
  • the vacuum system can be provided as part of a neutron scattering system and/or for neutron spectroscopy.
  • the detection device can be designed to detect electrons or protons.
  • the detection device has a processing unit for processing detected signals.
  • the processing unit is located outside the vacuum chamber.
  • the processing unit can be set up for processing, for example amplifying and/or forwarding electrical signals.
  • the signals can be caused by the interaction of neutrons with gas particles in the gas container.
  • the processing unit can contain electronic components.
  • the processing unit is located outside of the vacuum chamber and therefore does not have to be encapsulated.
  • the detection device also contains an interface for transmitting the signals to an evaluation unit.
  • this is a wired transmission.
  • wireless transmission is also possible.
  • the processing unit can be cooled by means of a cooling medium.
  • the cooling medium can be gaseous or liquid. It can be a cooling gas or cooling gas mixture such as cooling air. It can be a cooling liquid such as cooling water.
  • the processing unit contains at least one channel and typically several channels through which the cooling medium can flow. In this way, the processing unit can be cooled by means of the cooling medium.
  • the processing unit can include a fan for realizing a flow of cooling gas.
  • the detection device can include one or more lines for supplying and/or discharging the cooling medium.
  • the line or lines for supplying and/or discharging the cooling medium run through the vacuum chamber, which is not necessary according to the invention. Impairment of the vacuum can thus be ruled out and any necessary maintenance is significantly simplified due to better accessibility. The technical effort for the lines is also reduced.
  • the gas container is directly adjacent to the vacuum chamber.
  • the vacuum chamber has at least one opening in the outer wall and the detection device adjoins the opening in such a way that at least a section of a wall of the detection device delimits the volume of the vacuum chamber.
  • the detection device includes a wall.
  • an outer wall that delimits the detection device on the outside.
  • the wall is meant on one side, which delimits the detection device on this side.
  • the opening of the vacuum chamber is typically a through hole.
  • the detection device is typically arranged in such a way that an area of the wall of the detection device closes the opening.
  • one side of the detection device closes the opening.
  • outer areas of the wall bear against the outer wall of the vacuum chamber surrounding the opening.
  • the detection device is designed and arranged such that between the to evacuating volume and the gas or gas mixture there is only one wall. This reduces the attenuation of waves or particles to be detected, such as neutrons, and leads to better detection.
  • the area of the wall of the detection device that closes the opening is in particular an outer wall of the gas container.
  • the wall of the detection device can simultaneously serve as the outer wall of the gas container and as the outer wall of the vacuum chamber. Now only this one side of the gas container has to be designed to be vacuum-tight and withstand the vacuum. The remaining five pages, for example, only have to withstand the pressure prevailing outside.
  • the wall of the detection device can be made partially or entirely of aluminum.
  • a seal is arranged between the edge of the outer wall of the vacuum chamber that delimits the opening and the detection device.
  • a seal can be arranged on the detection device and/or on the outer wall of the vacuum chamber. In this way, air can be prevented from entering the vacuum chamber in the evacuated state.
  • the detection device is designed and arranged in such a way that it supports the outer wall on an upper side of the vacuum chamber against a downward force caused by the vacuum.
  • the detection device is designed as a supporting wall of the vacuum chamber. It supports the top, which is pulled down by the vacuum. It thus serves the mechanical stability or rigidity of the vacuum chamber.
  • the detection device can also be designed and arranged in such a way that it supports the outer wall on an underside of the vacuum chamber against an upward force caused by the vacuum and/or that it supports the outer wall on a radially outward-pointing casing side of the vacuum chamber against an inward force caused by the vacuum.
  • the detection device is attached to the outer wall of the vacuum chamber in a mechanically detachable manner.
  • the detection device can thus be removed, for example to replace the detection device.
  • a non-destructive, reversible loosening is meant.
  • the detachable mechanical attachment can include screws, for example.
  • a holding system for example comprising one or more holding brackets, can be arranged. The holding system can hold the detection device at the opening of the vacuum chamber.
  • the detection device is constructed in two parts and includes a wall element and an outer element.
  • the wall element of the detection device is attached to the outer wall or can be attached to it.
  • the outer element of the detection device is mechanically detachably attached to the wall element or can be mechanically detachably attached thereto.
  • the wall element is located radially on the inside and the outer element is located radially on the outside.
  • the wall element closes the vacuum chamber.
  • the outdoor member may include the gas tank. In this way, the gas container and/or one or more detection elements can be removed, for example for maintenance. This configuration is particularly advantageous in the case of a plurality of detection devices, since a vacuum can also be generated if not all detection devices are present.
  • the vacuum system includes a large number of detection devices.
  • the detection devices are arranged in particular on a spherical surface, typically on an arc of a circle and preferably in a semicircular shape. In this way, all detection devices are at the same distance from the sample.
  • the detection devices can be designed in the same way.
  • detection devices are arranged outside the volume. In this way, for example, neutrons that are emitted from a sample at different angles can be detected.
  • a measurement angle of 180° can be covered with detection devices that are arranged, for example, in a semicircle.
  • the vacuum chamber is essentially semi-circular.
  • the vacuum chamber has an approximately semicircular basic shape. Minor deviations from the semicircular shape are included.
  • the vacuum chamber has a maximum extension of between 3 m and 20 m. In particular, the maximum extension is between 4 m and 10 m. The maximum extension is measured in plan view along the longest straight line that runs through the vacuum chamber. In the case of a semicircular vacuum chamber, this can be the diameter of the semicircle. In particular, the maximum extension is between 5 m and 7 m.
  • the radius can be 3 m, for example.
  • the height can be 2.5 m, for example.
  • the vacuum chamber has a maximum extension of between 1 m and 20 m.
  • the trajectory for example for neutrons, then has an extension that corresponds to half this value, ie between 0.5 m and 10 m.
  • the vacuum chamber does not contain an access through which at least one person can enter the volume.
  • the vacuum chamber is typically so large, for example due to the necessary flight distances, that one or more people could enter the volume.
  • due to the detection devices arranged on the outside this is no longer necessary, so that a door or the like can be omitted. In this way, the design effort is significantly reduced. Nevertheless, it cannot be ruled out that a person can enter the volume if a detection device is removed. This can be the case, for example, when the vacuum chamber is initially lined with cadmium.
  • the vacuum system also has a sample receiving module that is separate from the vacuum chamber.
  • the sample receiving module has a sample environment for receiving a sample.
  • the sample receiving module is mechanically attached to the vacuum chamber.
  • the sample that emits waves or particles is placed in a separate module and not in the vacuum chamber itself, as in conventional systems.
  • Separate means that the sample receiving module is not designed in one piece with the vacuum chamber.
  • the sample receiving module is located outside of the vacuum chamber.
  • the sample receiving module is attached to the vacuum chamber in a mechanically detachable manner. An attachment to the vacuum chamber, for example, by attachment to the Outer wall of the vacuum chamber done.
  • This configuration enables a modular structure in which the sample receiving module can be mechanically detached and, for example, replaced. In this way, different sample receiving modules can be used for different examinations.
  • the sample receiving module can also be made from a different material than the actual vacuum chamber without any problems.
  • the sample receiving module can be made of aluminum, which cannot be magnetized.
  • the vacuum chamber can be made of cheaper and more workable stainless steel.
  • the modularity also allows adjustments to future requirements without having to replace the entire chamber.
  • the sample receiving module is arranged in such a way that waves or particles emitted by a sample arranged in the sample environment can get out of the sample receiving module into the vacuum chamber, in order to continue from the vacuum chamber to the detection device.
  • the sample receiving module contains an outer wall.
  • a seal is typically arranged between the outer wall of the sample receiving module and the outer wall of the vacuum chamber. In this way, air can be prevented from entering the vacuum chamber in the evacuated state.
  • it can be an inflatable seal.
  • the outer wall of the sample receiving module and/or the outer wall of the vacuum chamber contains an opening, the opening being arranged such that waves or particles emitted by the sample move through the opening in the direction of the detection device.
  • the sample receiving module can serve to delimit the vacuum chamber, similar to the detection device.
  • the sample receiving module becomes part of the space to be evacuated.
  • the emitted particles or waves can reach the vacuum chamber freely from the sample receiving module.
  • the sample receiving module typically contains a sample environment in which a sample that is intended to emit waves or particles can be placed.
  • the sample environment contains a sample holder in or on which the sample is positioned.
  • the sample environment is typically set up to condition the sample. For example, it may provide a desired temperature and/or magnetic field to which the sample will be exposed when positioned in the sample well.
  • the sample environment can be extremely cold (cryogenic) or highly magnetic.
  • the sample receiving module may include a cryostat or a strong magnet.
  • the sample receptacle can be arranged interchangeably in the sample environment.
  • the gas container is closed to hold the gas or gas mixture.
  • the gas or gas mixture is permanently arranged in the gas container. This does not conflict with the fact that a closable opening can be present through which the gas or gas mixture can be fed into or out of the gas container.
  • helium-3 can be used as the gas or gas mixture in this embodiment.
  • the detection device is designed as a helium-3 detector. In this case it typically comprises a multiplicity of gas containers.
  • the gas container is open for receiving the gas or gas mixture.
  • the gas container is connected to a supply line and/or a discharge line for supplying and/or discharging the gas or gas mixture.
  • the gas container serves to temporarily hold the gas or gas mixture.
  • the gas or gas mixture can only flow through the gas container without realizing a significant residence time in the gas container. In particular, continuous flushing takes place.
  • the feed line is used to introduce the gas or gas mixture into the gas container.
  • the derivation serves to conduct the gas or gas mixture out of the gas container.
  • the vacuum system also includes a gas flow unit that generates a gas flow through the supply line, the gas container and the discharge line.
  • a mixture of argon and carbon dioxide can be used as the gas or gas mixture in this embodiment.
  • the detection device can have one or more gas containers. If there are several gas containers, they can be connected to one another or be present individually. Several gas containers can be directly adjacent to one another or spaced apart from one another. One or more gas containers of the detection device can be or can be filled with gas or a gas mixture that is essentially or exactly at atmospheric pressure. This is independent of whether the gas tank is open or closed
  • a further aspect of the invention is a detection device for a vacuum system.
  • the detection device is a detection device for a vacuum system according to one of the preceding claims.
  • the detection device includes a detection element for detecting waves and/or particles.
  • the detection element is in particular a gas container for receiving a gas or gas mixture.
  • the detection device has a wall which is not designed to be arranged in a vacuum.
  • the wall is dimensioned in such a way that it cannot withstand a vacuum.
  • the wall is not set up to be arranged in a vacuum located outside of the detection device.
  • vacuum means a vacuum that is necessary for the scheduled operation of the vacuum system.
  • the wall on the side is typically sized to withstand atmospheric pressure but not a vacuum. This applies in particular to the given gas pressure inside the gas container under the operating conditions of the detection device.
  • the wall is in particular a wall delimiting the gas container.
  • it is arranged on a first side of the detection device and delimits the detection device on this side.
  • the wall several, preferably five, sides of the detection device are not dimensioned to be vacuum-tight.
  • the wall can be dimensioned in such a way that it withstands a vacuum.
  • This side can close an opening in the outer wall of the vacuum chamber.
  • the other five sides for example, only have to withstand the pressure prevailing outside the vacuum chamber. In particular, this is approximately atmospheric pressure.
  • Figure 1 a schematic representation of a conventional vacuum system
  • FIG. 2 a schematic representation of a vacuum system according to the invention
  • Figure 3 a perspective view of a conventional vacuum system from above
  • FIG. 4 a perspective view of a vacuum system according to the invention.
  • FIGS. 1 and 3 have already been discussed in the course of assessing the state of the art.
  • FIG. 2 shows schematically a vacuum system 1 according to the present invention.
  • the vacuum system 1 includes a vacuum chamber 10 which is delimited by an outer wall 12 .
  • a detection device 20 is located outside of the vacuum chamber 10 .
  • the detection device 20 is directly adjacent to the vacuum chamber 10 .
  • a sample environment in which a sample can be positioned to emit waves and/or particles.
  • the sample can be bombarded with neutrons by means of a radiation source for this purpose.
  • the waves or particles emitted in this way, such as neutrons, pass through the Vacuum chamber 10 inside the gas tank 22 of the detection device.
  • the detection element that is not provided with its own reference number is the gas container 22.
  • Gas or gas mixture located in the gas container 22 interacts with the emitted waves or particles in order to detect them.
  • the vertical lines indicate wires and/or sheets that are present in the gas container and that serve to derive electrical signals from electrically charged particles triggered by collisions. In this way, the neutrons can be detected.
  • the vacuum chamber 10 has a continuous opening 17 in the area of the detection device.
  • the outer wall of the detection device 20 is designed on the side 25 shown on the left in such a way that it mechanically withstands the vacuum.
  • the outer wall of the detection device 20 on the side 25 can at the same time be the wall delimiting the gas container 22 or comprise it.
  • the outer wall 12 of the detection device 20 is not designed on the other sides 24 in such a way that it withstands a vacuum. It is correspondingly smaller in terms of its rigidity and the use of materials. This is possible because only the side 25 shown on the left comes into contact with the vacuum inside the vacuum chamber 10 .
  • a bundle of lines 27 runs away from the detection device 22 .
  • the line package can be used to route signals from the detection device 20 to an evaluation device.
  • the line package can serve to route signals from a control unit to the detection device 20 .
  • the line package can serve to guide a cooling medium to and from the detection device 20 .
  • the line package 27 leads in particular to a processing unit of the detection device 20, which is used to process and forward detected signals.
  • the line package 27 it is not necessary for the line package 27 to run through the vacuum chamber 10 or to traverse the outer wall 12 of the vacuum chamber 10 . In this way, the design effort for the line package 27 can be significantly reduced.
  • FIG. 4 shows a perspective representation of a device according to the invention
  • Vacuum system 1 with a vacuum chamber 10, which is surrounded by an outer wall 12 limited volume 15 to be evacuated.
  • the vacuum chamber 10 is constructed approximately in the shape of a semicircle.
  • the volume 15 has a maximum extent of 6 m. The maximum extent corresponds to the diameter of the semicircle.
  • the conventional vacuum system shown in FIG. 3 requires a maximum extension of the volume of 9 m, with the distances between the sample environment 30 and the detection devices 20 of both vacuum systems being the same. It is clear here that the configuration according to the invention enables a significant reduction in the use of materials.
  • the vacuum chamber 10 contains a plurality of openings 17 in its outer wall 12.
  • the openings 17 are designed as through-openings.
  • Detection devices 20 are arranged outside of the vacuum chamber 10 and immediately adjacent to the outer wall 12 of the vacuum chamber 10 . Each detection device 20 covers an opening 17 in the outer wall 12. In this way, a section of the wall of the detection device 20 delimits the volume 15 of the vacuum chamber 10. In the exemplary embodiment of the vacuum system 1 shown here, ten detection devices 20 are provided, of which, however, only eight detection devices 20 are shown. In the lower area of the image, two detection devices 20 have been omitted for clarification, so that the corresponding openings 17 in the vacuum chamber 10 are visible. These can be used as access to the vacuum chamber 10.
  • each opening 17 can be closed with a detection device 20 .
  • the detection devices are constructed in two parts and contain a wall element lying on the inside and an outer element lying on the outside. The outer element can be mechanically detached from the wall element.
  • the processing unit 26 is arranged on the outer member.
  • the detection devices 20 and in particular also the wall elements are designed as load-bearing elements. They support the outer wall 12 at the top 13 of the vacuum chamber 10 from.
  • the vacuum generates a force directed downwards in the upper side 13, which is at least partially absorbed by the detection devices 20 or the wall elements. In this way, the webs of the outer wall 12 located between the openings 17 can be made smaller.
  • the detection devices 20 support the underside downwards and the radial outer walls inwards in the same way. In this way they stiffen the entire construction of the vacuum chamber.
  • a detection device 20 is typically fastened to the outer wall 12 with screws.
  • one or more retaining brackets 38 can be present, which hold the detection device 20 in position and/or press it against the outer wall 12 . This is particularly advantageous when the vacuum chamber 10 is not evacuated. As soon as the vacuum chamber 10 has been evacuated, the detection devices 20 and/or wall elements are pressed against the outer wall 12 by the atmospheric pressure prevailing outside the vacuum chamber 10 and are thereby held in position.
  • Each of the detection devices 20 contains a gas container 22 and a processing unit 26. The functional principle of the detection devices 20 has already been described above.
  • Each detection device 20 also contains a processing unit 26, in which detected signals are processed and/or transmitted to an evaluation unit. Cables for transmitting the data can be connected to the processing unit 26 shown. These do not have to pass through the vacuum since the processing units 26 are easily accessible from the outside.
  • the processing unit 26 can be cooled by means of a cooling medium. Due to the external arrangement of the processing unit 26 , air cooling can be implemented in a particularly simple manner by implementing a cooling air flow through the processing unit 26 .
  • a fan of the processing unit 26 can be present for this purpose, for example. Cooling with a liquid cooling medium is also possible.
  • the processing unit can have appropriate channels to which suitable lines for the cooling medium can be connected.
  • the sample environment is arranged centrally in a sample receiving module 32 that is separate from the vacuum chamber 10 . This is located in the center of the semicircle and is in particular connected to the vacuum chamber 10 in a mechanically detachable manner.
  • the sample receiving module 32 has a circular-cylindrical basic shape and contains an opening 36 in its lateral surface.
  • the opening 36 extends over approximately 180° and overlaps with the semicircular vacuum chamber 10. In this way, emitted waves and/or particles can be emitted at an angle of approximately 180° ° be detected.
  • the semi-circular vacuum system 1 from FIG. 4 replaces the vacuum system 1 from FIG.
  • the door 34 is not necessary in the vacuum system 1 according to the invention even in such a configuration.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumanlage mit einer Vakuumkammer und einer Detektionseinrichtung sowie eine Detektionseinrichtung für eine Vakuumanlage. Eine Vakuumanlage (1) umfasst eine Vakuumkammer (10) mit einer Außenwand (12). Die Außenwand schließt ein Volumen (15) ein, welches evakuiert werden kann. Die Vakuumanlage (1) umfasst ferner eine Detektionseinrichtung (20) mit einem Detektionselement zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen. Die Detektionseinrichtung (20) ist außerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet. Auf diese Weise kann mit geringem technischem Aufwand eine qualitativ hochwertige Detektion erzielt werden.

Description

Vakuumanlage und Detektionseinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vakuumanlage mit einer Vakuumkammer und einer Detektionseinrichtung sowie eine Detektionseinrichtung für eine Vakuumanlage.
Bei der Detektion von Wellen oder Teilchen kommen Detektionseinrichtungen mit Detektionselementen zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen zum Einsatz. Ein Detektionselement ist ein Gegenstand, der mit Wellen und/oder Teilchen interagiert und auf diese Weise die Detektion der Wellen bzw. Teilchen ermöglicht. Das Detektionselement kann einen Festkörper oder eine Flüssigkeit umfassen, beispielsweise im Falle eines Szintillators. Das Detektionselement kann einen Gasbehälter umfassen, in dem ein Gas oder Gasgemisch zur Detektion der Wellen oder Teilchen angeordnet werden kann. Es ist eine Vakuumkammer vorhanden, durch welche die zu detektierenden Wellen oder Teilchen ungestört zur Detektionseinrichtung gelangen können.
Beispielsweise sind zur Detektion von Neutronen Vakuumanlagen wie das Instrument SEQUOIA and der Strahlquelle SNS in den USA, das Instrument LET an der Strahlquelle ISIS in Großbritannien, das Instrument NEAT am HZB in Berlin oder das im Bau befindliche Instrument T-REX an der ESS in Schweden bekannt. Diese enthalten eine Vakuumkammer und eine Detektionseinrichtung mit einem Gasbehälter zur Aufnahme eines Gases oder Gasgemischs zur Detektion von Neutronen. In der Vakuumkammer kann eine Probe angeordnet werden. Neutronen aus einer Neutronenquelle fliegen zur Probe und von dort durch das Vakuum zur Detektionseinrichtung, die sich in der Vakuumkammer befindet. Es kann eine Probenumgebung und/oder ein Gate-Valve (Verschlussbehälter) vorhanden sein.
Figur 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Vakuumanlage 1 mit einer Vakuumkammer 10, die von einer Außenwand 12 begrenzt ist. Im Inneren der Vakuumkammer 10 befindet sich eine Detektionseinrichtung 20 mit einem Detektionselement, welches einen oder mehrere Gasbehälter 22 enthält. Die emittierten bzw. gestreuten oder abgelenkten Wellen oder Teilchen gelangen durch die Vakuumkammer 10 ins Innere des Gasbehälters 22 der Detektionseinrichtung. In den Gasbehältern 22 befindliches Gas oder Gasgemisch interagiert mit den emittierten Wellen oder Teilchen, um diese zu detektieren. Die Außenwand 12 der Detektionseinrichtung 20 ist an allen schematisch dargestellten Seiten 25 so ausgestaltet, dass sie dem Vakuum mechanisch standhält. Die Außenwand 12 der Detektionseinrichtung 20 kann dabei gleichzeitig die den Gasbehälter 22 begrenzende Wand sein.
Ein Leitungspaket 27 verläuft von der Detektionseinrichtung 22 durch das zu evakuierenden Volumen 15 hindurch und durchquert die Außenwand 12 der Vakuumkammer 10. Auf diese Weise können beispielsweise Signale und/oder ein Kühlmedium zwischen der Detektionseinrichtung 20 und der außerhalb der Vakuumkammer 10 befindlichen Umgebung ausgetauscht werden. Nicht dargestellt, aber üblicherweise dennoch im Inneren der Vakuumkammer 10 vorhanden ist eine Probenumgebung, in welcher eine Probe positioniert werden kann, um Wellen und/oder Teilchen zu emittieren. Genauer gesagt streut die Probe die Wellen und/oder Teilchen bzw. lenkt sie ab, nachdem sie damit beschossen bzw. bestrahlt worden ist. Emittieren meint also auch ein Aussenden, bei dem vorhandene Wellen und/oder Teilchen lediglich gestreut und/oder abgelenkt werden. Dies kann etwa der Fall sein, wenn Neutronen genutzt und detektiert werden.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Vakuumanlage 1 mit einer Vakuumkammer 10, die ein von einer Außenwand 12 begrenztes zu evakuierendes Volumen 15 enthält. In der Vakuumkammer 10 sind zehn Detektionseinrichtungen 20 angeordnet. Jede der Detektionseinrichtungen 20 umfasst einen Gasbehälter 22 und eine Verarbeitungseinheit 26. Über entsprechende vakuumfeste Leitungen sind die jeweiligen Verarbeitungseinheiten 26 mit der außerhalb der Vakuumkammer 10 befindlichen Umgebung verbunden.
Ferner sind Teile einer Strahlkonditionierungseinrichtung 40, ein gegenüber der Strahlkonditionierungseinrichtung 40 angeordneter Strahlfänger 42 (engl.: beam stop) zum Fangen der Primärstrahlen sowie die im Strahlengang befindliche Probenumgebung 30 gezeigt. Zudem ist eine Tür 34 vorhanden, durch welche Benutzer die Vakuumkammer 10 betreten können, beispielsweise zur Wartung der Detektionseinrichtungen 20. Diese Vakuumanlagen sind technisch aufwändig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vakuumanlage sowie eine Detektionseinrichtung für eine solche zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, den technischen Aufwand bei einer hohen Qualität der Detektion zu verringern.
Zur Lösung der Aufgabe dienen eine Vakuumanlage gemäß Anspruch 1 sowie eine Detektionseinrichtung für eine Vakuumanlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Vakuumanlage dient der Lösung der Aufgabe. Die Vakuumanlage umfasst eine Vakuumkammer mit einer Außenwand, die ein Volumen einschließt, welches evakuiert werden kann. Die Vakuumanlage umfasst ferner eine Detektionseinrichtung mit einem Detektionselement zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen. Die Detektionseinrichtung ist außerhalb der Vakuumkammer angeordnet.
Die Detektionseinrichtung ist wesentlich einfacher, von außen zugänglich. Daher kann das Vakuum aufrechterhalten werden und die Vakuumkammer muss nicht geöffnet oder betreten werden, um zu der Detektionseinrichtung zu gelangen. Dadurch wird der technische Aufwand verringert. Darüber hinaus kann das Volumen der Vakuumkammer verringert werden, so dass der Materialaufwand für die Vakuumanlage verringert wird. Zudem kann die Detektionseinrichtung zumindest in weiten Teilen mit einer deutlich verringerten Wandstärke hergestellt werden, da die Außenwände zumindest zum Großteil nicht dem Vakuum standhalten müssen, sondern lediglich dem außerhalb der Vakuumkammer herrschenden Druck. Somit werden der technische Aufwand und die Kosten verringert.
Die Vakuumkammer ist durch die Außenwand begrenzt und zur Erzeugung eines Vakuums geeignet. Insbesondere weist die Außenwand wenigstens eine Evakuierungsöffnung zum Anschluss einer Vakuumquelle auf. Auf diese Weise kann in der Vakuumkammer ein Vakuum erzeugt werden, das Volumen also evakuiert werden. Die Evakuierungsöffnung ist zum Volumen hin geöffnet. Die Evakuierungsöffnung verläuft durch die Außenwand hindurch. Die Evakuierungsöffnung kann mit einer Vakuumquelle, beispielsweise einer Vakuumpumpe verbunden werden. Auf diese Weise kann das Volumen evakuiert werden. Die Außenwand kann gebogen ausgeführt sein und/oder Rippen aufweisen, um die Steifigkeit zu erhöhen. Die Vakuumanlage kann die Vakuumquelle umfassen. Die Vakuumkammer oder deren Außenwand kann aus Edelstahl oder Aluminium hergestellt sein. Die Vakuumkammer kann eine Beschichtung oder Auskleidung aufweisen, beispielsweise aus Cadmium. Das Volumen kann der Durchstrahlung mittels Teilchen und/oder Wellen dienen. Das Volumen kann der Aufnahme einer Probe dienen. In diesem Fall kann innerhalb des Volumens eine Probenumgebung vorhanden sein, in bzw. auf welcher eine Probe positioniert werden kann. Alternativ kann die Probenumgebung in einem weiteren Bauteil vorhanden sein, welches sich benachbart zu dem Volumen befindet.
Die Detektionseinrichtung ist eine Einrichtung zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen. Sie enthält ein Detektionselement, welches mit den Wellen und/oder Teilchen interagiert und sie auf diese Weise erfassbar macht. Die Wellen und/oder Teilchen werden typischerweise von einer in einer Probenumgebung befindlichen Probe emittiert bzw. abgelenkt. So können Erkenntnisse über die Probe und/oder über die Wellen bzw. Teilchen gewonnen werden. Das Detektionselement enthält ein Material, welches mit den Wellen und/oder Teilchen interagiert oder ist zur Aufnahme eines solchen Materials eingerichtet. Eine Detektionseinrichtung kann eine Vielzahl von Detektionselementen aufweisen. Die Detektionseinrichtung kann als sogenannter Multi-Grid-Detektor ausgestaltet sein. In diesem Fall umfasst sie eine Vielzahl gesteckter Bleche und/oder gespannter Drähte. Ein Detektionselement kann als Szintillator ausgestaltet sein.
In einer Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung ein oder mehrere Kabel zur Übertragung von Daten zu einer Auswerteinheit auf. Aufgrund der Anordnung der Detektionseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer müssen die Kabel nicht durch das Vakuum verlaufen. Dies verringert den technischen Aufwand.
Die Vakuumanlage kann mit einer Strahlenquelle Zusammenwirken, die eine in der Probenumgebung aufgenommene Probe mit Strahlung beschießen kann, sodass die Probe Teilchen und/oder Wellen emittiert. Beispielsweise kann die Strahlenquelle einen Strahl aus Neutronen, Elektronen oder Protonen erzeugen. Die Strahlenquelle ist typischerweise außerhalb der Vakuumkammer und/oder außerhalb eines etwaig vorhandenen Probenaufnahmemoduls angeordnet, insbesondere in einer Entfernung von mehr als 100 m. Die Vakuumanlage kann die Strahlenquelle umfassen.
In einer Ausgestaltung umfasst die Detektionseinrichtung einen Gasbehälter zur Aufnahme eines Gases oder Gasgemischs. Ein Gasbehälter ist ein Behälter zur Aufnahme eines Gases oder Gasgemischs. Es kann eine dauerhafte Aufnahme gemeint sein, bei der das Gas oder Gasgemisch über Zeiträume von Stunden bis Monaten hinsichtlich Masse, Druck und Zusammensetzung im Wesentlichen unverändert bleibt. Es kann alternativ eine temporäre bzw. kurzzeitige Aufnahme gemeint sein. Insbesondere ist der Gasbehälter im Wesentlichen hermetisch. Der Gasbehälter ist außerhalb der Vakuumkammer angeordnet.
Im Inneren des Detektionselements, also in dieser Ausgestaltung in dem Gas oder Gasgemisch, können Interaktionen zwischen zu detektierenden Teilchen und/oder Wellen und Gasteilchen des Detektionselements stattfinden. Im Inneren des Detektionselements kann ein Draht und/oder Blech vorhanden sein. Durch die Kollisionen können Teilchen ausgelöst werden, deren elektrische Ladung durch den Draht und/oder das Blech abgeleitet und auf diese Weise lokalisiert werden können. Die Interaktionen werden auf diese Weise durch die Detektionseinrichtung detektiert.
Das Gas oder Gasgemisch dient der Interaktion mit den Wellen und/oder Teilchen. Das Detektionselement kann erfindungsgemäß der Gasbehälter sein, in den zur Detektion der Wellen und/oder Teilchen ein Gas eingebracht werden kann. Das Gas oder Gasgemisch selbst muss also nicht notwendigerweise schon in Gasbehälter angeordnet sein, um eine erfindungsgemäße Vakuumanlage zu erhalten.
Auf diese Weise wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zum einen kann das Volumen der Vakuumkammer signifikant verringert werden, da Gasbehälter typischerweise sehr groß sind und nun nicht mehr innerhalb der Vakuumkammer vorhanden sind. Die so erzielbare Volumenreduktion kann im Bereich von 50% liegen, sodass ein wesentlich geringerer Materialaufwand für die Vakuumanlage als mit herkömmlicher Bauweise möglich wird. Ferner wird die Dichtheit der Anlage verbessert. Es kann kein oder signifikant weniger Gas aus dem Gasbehälter in die Vakuumkammer gelangen. Bei der herkömmlichen Anordnung des Gasbehälters in der Vakuumkammer gelangt immer Gas aus dem Gasbehälter in das übrige Volumen der Vakuumkammer, da eine 100%ige Dichtheit technisch nicht erreichbar ist. Dies stört das Vakuum, bedingt Gasverluste und erhöht den Aufwand zur Evakuierung. Dagegen wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Leckagerate deutlich verringert und so die Qualität des Vakuums erhöht bzw. der Pumpaufwand verringert. In einer Ausgestaltung ist die Detektionseinrichtung zur Detektion von Neutronen eingerichtet. In dieser Ausgestaltung dient das Volumen der Durchstrahlung mittels Neutronen. Für eine ungestörte Flugbahn der Neutronen sind Kollisionen mit Gasteilchen zu verhindern. Die Neutronen sollen sich also ungestört bewegen, um anschließend an einer Detektionseinrichtung detektiert zu werden. Dies wird durch das evakuierte Volumen erreicht. Die Detektionseinrichtung umfasst den Gasbehälter. Insbesondere basiert die Detektion darauf, dass Interaktionen der Neutronen mit Gasteilchen im Gasbehälter detektiert werden. Beispielsweise können derartige Interaktionen elektrische Signale hervorrufen, die auf geeignete Weise detektiert werden können. Beispielsweise werden durch Kollisionen der elektrisch neutralen Neutronen mit Teilchen des Gases oder Gasgemischs geladene Teilchen ausgelöst, deren elektrische Ladung dann erfasst werden kann. Beispielsweise können die elektrischen Ladungen über Drähte abgeleitet werden. Über den Laufweg des Stroms kann die Position der Kollision ermittelt werden. Insbesondere wird jeder Draht einzeln ausgelesen, um eine hohe Ortsauflösung in der Detektionseinrichtung zu erhalten. Es können mehr als 1000 Drähte und/oder Bleche vorhanden sein, also mehr als 1000 Messkanäle, um eine hochaufgelöste Detektion zu ermöglichen. Die Vakuumanlage kann als Teil einer Neutronenstreuungsanlage und/oder zur Neutronenspektroskopie vorgesehen sein. Alternativ kann die Detektionseinrichtung zur Detektion von Elektronen oder Protonen ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung weist die Detektionseinrichtung eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung detektierter Signale auf. Die Verarbeitungseinheit ist außerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung, beispielsweise Verstärkung und/oder Weiterleitung elektrischer Signale eingerichtet sein. Die Signale können durch Interaktionen von Neutronen mit Gasteilchen im Gasbehälter hervorgerufen werden. Die Verarbeitungseinheit kann elektronische Bauteile enthalten. Die Verarbeitungseinheit ist außerhalb der Vakuumkammer angeordnet und muss daher nicht gekapselt ausgeführt sein.
Insbesondere enthält die Detektionseinrichtung ferner eine Schnittstelle zur Übertragung der Signale zu einer Auswerteinheit. Dies ist insbesondere eine kabelgebundene Übertragung. Eine kabellose Übertragung ist allerdings grundsätzlich auch möglich. In einer Ausgestaltung ist die Verarbeitungseinheit mittels eines Kühlmediums kühlbar. Das Kühlmedium kann gasförmig oder flüssig sein. Es kann sich um ein Kühlgas oder Kühlgasgemisch wie beispielsweise Kühlluft handeln. Es kann sich um eine Kühlflüssigkeit wie beispielsweise Kühlwasser handeln. Insbesondere enthält die Verarbeitungseinheit wenigstens einen Kanal und typischerweise mehrere Kanäle, durch die das Kühlmedium strömen kann. Auf diese Weise kann die Verarbeitungseinheit mittels des Kühlmediums gekühlt werden. Die Verarbeitungseinheit kann ein Gebläse zur Realisierung eines Kühlgasstroms umfassen.
Die Detektionseinrichtung kann eine oder mehrere Leitungen zum Zuführen und/oder Abführen des Kühlmediums umfassen. Die Leitung oder Leitungen zum Zuführen und/oder Abführen des Kühlmediums verlaufen in herkömmlichen Systemen durch die Vakuumkammer hindurch, was erfindungsgemäß nicht notwendig ist. So kann eine Beeinträchtigung des Vakuums ausgeschlossen werden und eine etwaig notwendige Wartung ist durch die bessere Zugänglichkeit deutlich vereinfacht. Auch der technische Aufwand für die Leitungen ist reduziert.
In einer Ausführungsform grenzt der Gasbehälter unmittelbar an die Vakuumkammer an.
In einer Ausgestaltung weist die Vakuumkammer in der Außenwand wenigstens eine Öffnung auf und die Detektionseinrichtung grenzt derart an die Öffnung an, dass zumindest ein Abschnitt einer Wandung der Detektionseinrichtung das Volumen der Vakuumkammer begrenzt.
Die Detektionseinrichtung umfasst eine Wandung. Insbesondere ist eine äußere Wandung gemeint, die die Detektionseinrichtung nach außen hin begrenzt. Typischerweise ist die Wandung an einer Seite gemeint, die die Detektionseinrichtung zu dieser Seite hin begrenzt. Die Öffnung der Vakuumkammer ist typischerweise eine Durchgangsöffnung. Die Detektionseinrichtung ist typischerweise so angeordnet, dass ein Bereich der Wandung der Detektionseinrichtung die Öffnung verschließt. Insbesondere verschließt eine Seite der Detektionseinrichtung die Öffnung. Dabei liegen insbesondere äußere Bereiche der Wandung an der die Öffnung umgebenden Außenwand der Vakuumkammer an. In einer Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung so ausgestaltet und angeordnet, dass zwischen dem zu evakuierenden Volumen und dem Gas oder Gasgemisch nur eine Wand vorhanden ist. Dies verringert die Abschwächung zu detektierender Wellen bzw. Teilchen, etwa Neutronen, und führt zu einer besseren Detektion. Es können im Bereich der Öffnung mehrere Gasbehälter vorhanden sein.
Der Bereich der Wandung der Detektionseinrichtung, der die Öffnung verschließt, ist insbesondere eine Außenwand des Gasbehälters. In dieser Ausgestaltung kann die Wandung der Detektionseinrichtung gleichzeitig als Außenwand des Gasbehälters und als Außenwand der Vakuumkammer dienen. Es muss nun nur noch diese eine Seite des Gasbehälters vakuumfest ausgestaltet sein und dem Vakuum standhalten. Die übrigen beispielsweise fünf Seiten müssen lediglich dem außerhalb herrschenden Druck standhalten. Die Wandung der Detektionseinrichtung kann teilweise oder vollständig aus Aluminium hergestellt sein.
Insbesondere ist zwischen dem die Öffnung begrenzenden Rand der Außenwand der Vakuumkammer und der Detektionseinrichtung eine Dichtung angeordnet. Eine Dichtung kann an der Detektionseinrichtung und/oder an der Außenwand der Vakuumkammer angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Eindringen von Luft in die Vakuumkammer im evakuierten Zustand verhindert werden.
In einer Ausgestaltung ist die Detektionseinrichtung so ausgestaltet und angeordnet, dass sie die Außenwand an einer Oberseite der Vakuumkammer gegen eine durch das Vakuum hervorgerufene, nach unten gerichtete Kraft abstützt. Mit anderen Worten ist die Detektionseinrichtung als tragende Wand der Vakuumkammer ausgeführt. Sie stützt die Oberseite ab, die durch das Vakuum nach unten gezogen wird. Sie dient damit der mechanischen Stabilität bzw. Steifigkeit der Vakuumkammer. Die Detektionseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch so ausgestaltet und angeordnet sein, dass sie die Außenwand an einer Unterseite der Vakuumkammer gegen eine durch das Vakuum hervorgerufene, nach oben gerichtete Kraft abstützt und/oder dass sie die Außenwand an einer radial nach außen weisenden Mantelseite der Vakuumkammer gegen eine durch das Vakuum hervorgerufene, nach innen gerichtete Kraft abstützt.
In einer Ausgestaltung ist die Detektionseinrichtung mechanisch lösbar an der Außenwand der Vakuumkammer befestigt. Die Detektionseinrichtung kann somit entfernt werden, beispielsweise für einen Austausch der Detektionseinrichtung. Insbesondere ist ein zerstörungsfreies, reversibles Lösen gemeint. Die lösbare mechanische Befestigung kann beispielsweise Schrauben umfassen. Alternativ oder ergänzend kann ein Haltesystem, beispielsweise umfassend einen oder mehrere Haltebügel, angeordnet sein. Das Haltesystem kann die Detektionseinrichtung an der Öffnung der Vakuumkammer halten.
In einer Ausgestaltung ist die Detektionseinrichtung zweiteilig aufgebaut und umfasst ein Wandungselement und ein Außenelement. Das Wandungselement der Detektionseinrichtung ist an der Außenwand befestigt oder kann daran befestigt werden. Das Außenelement der Detektionseinrichtung ist mechanisch lösbar am Wandungselement befestigt oder kann mechanisch lösbar daran befestigt werden. Das Wandungselement befindet sich radial innen und das Außenelement befindet sich radial außen. Das Wandungselement verschließt die Vakuumkammer. Das Außenelement kann den Gasbehälter enthalten. Auf diese Weise kann der Gasbehälter und/oder ein oder mehrere Detektionselemente entnommen werden, beispielsweise für eine Wartung. Diese Ausgestaltung ist insbesondere im Falle mehrerer Detektionseinrichtungen vorteilhaft, da auch dann ein Vakuum erzeugt werden kann, wenn nicht alle Detektionseinrichtungen vorhanden sind.
In einer Ausgestaltung umfasst die Vakuumanlage eine Vielzahl an Detektionseinrichtungen. Die Detektionseinrichtungen sind insbesondere auf einer Kugelfläche, typischerweise auf einem Kreisbogen und bevorzugt in einer Halbkreisform angeordnet. So weisen alle Detektionseinrichtungen denselben Abstand zur Probe auf. Die Detektionseinrichtungen können gleichartig ausgebildet sein.
Mit anderen Worten sind außerhalb des Volumens mehrere Detektionseinrichtungen angeordnet. Auf diese Weise können beispielsweise Neutronen detektiert werden, die in unterschiedlichen Winkeln von einer Probe emittiert werden. Mit Detektionseinrichtungen, die beispielsweise in einem Halbkreis angeordnet sind, kann ein Messwinkel von 180° abgedeckt werden.
In einer Ausgestaltung ist die Vakuumkammer im Wesentlichen halbkreisförmig. Die Vakuumkammer weist eine in etwa halbkreisförmige Grundform auf. Geringfügige Abweichungen von der Halbkreisform sind mit umfasst. In einer Ausgestaltung weist die Vakuumkammer eine maximale Erstreckung zwischen 3 m und 20 m auf. Insbesondere beträgt die maximale Erstreckung zwischen 4 m und 10 m. Die maximale Erstreckung wird in Draufsicht entlang der längsten Geraden gemessen, die durch die Vakuumkammer verläuft. Im Falle einer halbkreisförmigen Vakuumkammer kann dies der Durchmesser des Halbkreises sein. Insbesondere beträgt die maximale Erstreckung zwischen 5 m und 7 m. Der Radius kann beispielsweise 3 m betragen. Die Höhe kann beispielsweise 2,5 m betragen.
In einer Ausgestaltung weist die Vakuumkammer eine maximale Erstreckung zwischen 1 m und 20 m auf. Typischerweise weist die Flugbahn, beispielsweise für Neutronen, dann eine Erstreckung auf, die der Hälfte dieses Werts entspricht, also zwischen 0,5 m und 10 m.
In einer Ausgestaltung enthält die Vakuumkammer keinen Zugang, durch welchen wenigstens eine Person in das Volumen gelangen kann. Zwar ist die Vakuumkammer beispielsweise aufgrund der notwendigen Flugstrecken typischerweise so groß, dass eine oder mehrere Personen das Volumen betreten könnten. Dies ist allerdings aufgrund der außen angeordneten Detektionseinrichtungen nicht mehr notwendig, sodass eine Tür oder dergleichen entfallen kann. Auf diese Weise wird der konstruktive Aufwand deutlich verringert. Dennoch ist nicht ausgeschlossen, dass eine Person bei Wegnahme einer Detektionseinrichtung das Volumen betreten kann. Dies kann beispielsweise bei einer initialen Auskleidung der Vakuumkammer mit Cadmium der Fall sein.
In einer Ausgestaltung weist die Vakuumanlage ferner ein von der Vakuumkammer separates Probenaufnahmemodul auf. Das Probenaufnahmemodul hat eine Probenumgebung zur Aufnahme einer Probe. Das Probenaufnahmemodul ist mechanisch an der Vakuumkammer befestigt.
Mit anderen Worten wird die Probe, die Wellen oder Teilchen emittiert, in einem separaten Modul angeordnet und nicht, wie bei herkömmlichen Systemen, in der Vakuumkammer selbst. Separat bedeutet, dass das Probenaufnahmemodul nicht einstückig mit der Vakuumkammer ausgeführt ist. Das Probenaufnahmemodul befindet sich in dieser Ausgestaltung außerhalb der Vakuumkammer. Insbesondere ist das Probenaufnahmemodul mechanisch lösbar an der Vakuumkammer befestigt. Eine Befestigung an der Vakuumkammer kann beispielsweise durch Befestigung an der Außenwand der Vakuumkammer erfolgen. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen modularen Aufbau, bei dem das Probenaufnahmemodul mechanisch gelöst und beispielsweise ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise können für unterschiedliche Untersuchungen unterschiedliche Probenaufnahmemodule genutzt werden. Das Probenaufnahmemodul kann dadurch auch problemlos aus einem anderen Material gefertigt werden, als die eigentliche Vakuumkammer. So kann beispielsweise das das Probenaufnahmemodul aus Aluminium hergestellt sein, das sich nicht magnetisieren lässt. Die Vakuumkammer kann aus günstigerem und besser verarbeitbarem Edelstahl hergestellt sein. Die Modularität ermöglicht außerdem Anpassungen an zukünftige Anforderungen ohne die ganze Kammer austauschen zu müssen.
Insbesondere ist das Probenaufnahmemodul so angeordnet, dass von einer in der Probenumgebung angeordneten Probe emittierte Wellen oder Teilchen aus dem Probenaufnahmemodul in die Vakuumkammer gelangen können, um von der Vakuumkammer weiter zu der Detektionseinrichtung zu gelangen.
Insbesondere enthält das Probenaufnahmemodul eine Außenwand. Zwischen der Außenwand des Probenaufnahmemoduls und der Außenwand der Vakuumkammer ist typischerweise eine Dichtung angeordnet. Auf diese Weise kann das Eindringen von Luft in die Vakuumkammer im evakuierten Zustand verhindert werden. Beispielsweise kann es sich um eine aufblasbare Dichtung handeln.
Insbesondere enthält die Außenwand des Probenaufnahmemoduls und/oder die Außenwand der Vakuumkammer eine Öffnung, wobei die Öffnung jeweils so angeordnet ist, dass sich von der Probe emittierte Wellen oder Teilchen durch die Öffnung in Richtung der Detektionseinrichtung bewegen. Im Falle einer Öffnung in der Außenwand der Vakuumkammer kann das Probenaufnahmemodul ähnlich der Detektionseinrichtung der Begrenzung der Vakuumkammer dienen. Im Falle zweier einander überlappender Öffnungen in der Außenwand des Probenaufnahmemoduls sowie der Außenwand der Vakuumkammer wird das Probenaufnahmemodul Teil des zu evakuierenden Raums. Hierbei können die emittierten Teilchen bzw. Wellen frei vom Probenaufnahmemodul in die Vakuumkammer gelangen.
Das Probenaufnahmemodul enthält typischerweise eine Probenumgebung, in welcher eine Probe angeordnet werden kann, die Wellen bzw. Teilchen emittieren soll. Die Probenumgebung enthält insbesondere eine Probenaufnahme, in bzw. auf der die Probe positioniert wird. Die Probenumgebung ist typischerweise zum Konditionieren der Probe eingerichtet. Sie kann zum Beispiel eine gewünschte Temperatur und/oder ein gewünschtes Magnetfeld bereitstellen, dem bzw. der die Probe ausgesetzt wird, wenn sie in der Probenaufnahme positioniert ist. Beispielsweise kann die Probenumgebung tiefkalt (kryogen) oder stark magnetisch sein. Dementsprechend kann das Probenaufnahmemodul einen Kryostaten oder einen starken Magneten umfassen. Die Probenaufnahme kann austauschbar in der Probenumgebung angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung ist der Gasbehälter zur Aufnahme des Gases oder Gasgemischs geschlossen. Mit anderen Worten ist das Gas oder Gasgemisch dauerhaft im Gasbehälter angeordnet. Dem steht nicht entgegen, dass eine verschließbare Öffnung vorhanden sein kann, durch die das Gas oder Gasgemisch in den Gasbehälter hinein- oder aus diesem herausgeleitet werden kann. Insbesondere kann als Gas oder Gasgemisch in dieser Ausführungsform Helium-3 verwendet werden. Hierbei ist die Detektionseinrichtung als Helium-3-Detektor ausgestaltet. In diesem Fall umfasst sie typischerweise eine Vielzahl an Gasbehältern.
In einer Ausgestaltung ist der Gasbehälter zur Aufnahme des Gases oder Gasgemischs offen. Insbesondere ist der Gasbehälter mit einer Zuleitung und/oder einer Ableitung zum Zuleiten und/oder Ableiten des Gases oder Gasgemischs verbunden.
In dieser Ausgestaltung dient der Gasbehälter der temporären Aufnahme des Gases oder Gasgemischs. Das Gas oder Gasgemisch kann in einer Ausführungsform den Gasbehälter lediglich durchströmen, ohne dass eine wesentliche Aufenthaltszeit im Gasbehälter realisiert wird. Insbesondere findet eine kontinuierliche Spülung statt.
Die Zuleitung dient dem Hineinleiten des Gases oder Gasgemischs in den Gasbehälter. Die Ableitung dient dem Hinausleiten des Gases oder Gasgemischs aus dem Gasbehälter heraus. Insbesondere umfasst die Vakuumanlage ferner eine Gasströmungseinheit, die eine Gasströmung durch die Zuleitung, den Gasbehälter und die Ableitung erzeugt. Insbesondere kann als Gas oder Gasgemisch in dieser Ausführungsform ein Gemisch aus Argon und Kohlenstoffdioxid verwendet werden. Die Detektionseinrichtung kann einen oder mehrere Gasbehälter aufweisen. Bei mehreren Gasbehältern können diese miteinander verbunden sein oder einzeln vorliegen. Mehrere Gasbehälter können unmittelbar aneinander angrenzen oder voneinander beabstandet sein. Ein oder mehrere Gasbehälter der Detektionseinrichtung können mit Gas oder Gasgemisch befüllbar oder befüllt sein, das im Wesentlichen oder genau Atmosphärendruck aufweist. Dies ist unabhängig von der offenen oder geschlossenen Ausführung des Gasbehälters
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Detektionseinrichtung für eine Vakuumanlage. Insbesondere ist die Detektionseinrichtung eine Detektionseinrichtung für eine Vakuumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Detektionseinrichtung umfasst ein Detektionselement zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen. Das Detektionselement ist insbesondere ein Gasbehälter zur Aufnahme eines Gases oder Gasgemischs. Die Detektionseinrichtung weist wenigstens an einer Seite der Detektionseinrichtung eine Wandung auf, welche nicht dazu eingerichtet ist, in einem Vakuum angeordnet zu werden. Anders ausgedrückt ist die Wandung so dimensioniert, dass sie einem Vakuum nicht standhält. Insbesondere ist die Wandung nicht dazu eingerichtet, in einem außerhalb der Detektionseinrichtung befindlichen Vakuum angeordnet zu werden. Die Verwendung der Detektionseinrichtung in einem Vakuum ist also nicht vorgesehen und/oder nicht möglich. Vakuum meint in diesem Zusammenhang ein Vakuum, das zum planmäßigen Betrieb der Vakuumanlage notwendig ist.
Die Wandung an der Seite ist typischerweise so dimensioniert, dass sie dem Atmosphärendruck standhält, nicht jedoch einem Vakuum. Dies gilt insbesondere bei dem gegebenen Gasdruck im Inneren des Gasbehälters unter den Betriebsbedingungen der Detektionseinrichtung.
Alle Merkmale, Vorteile und Wirkungen der eingangs beschriebenen Vakuumanlage und ihrer Teile, insbesondere der Detektionseinrichtung, gelten entsprechend für diesen Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
Die Wandung ist insbesondere eine den Gasbehälter begrenzende Wandung. Sie ist insbesondere an einer ersten Seite der Detektionseinrichtung angeordnet und begrenzt die Detektionseinrichtung auf dieser Seite. Insbesondere ist die Wandung an mehreren, bevorzugt an fünf, Seiten der Detektionseinrichtung nicht vakuumfest dimensioniert.
Die Wandung kann an einer anderen Seite so dimensioniert sein, dass sie einem Vakuum standhält. Diese Seite kann eine Öffnung in der Außenwand der Vakuumkammer verschließen. Die übrigen beispielsweise fünf Seiten müssen lediglich dem außerhalb der Vakuumkammer herrschenden Druck standhalten. Dieser beträgt insbesondere etwa dem Atmosphärendruck.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung auch anhand von Figuren näher erläutert. Merkmale der Ausführungsbeispiele können einzeln oder in einer Mehrzahl mit den beanspruchten Gegenständen kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist. Die beanspruchten Schutzbereiche sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vakuumanlage,
Figur 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumanlage,
Figur 3: eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Vakuumanlage von oben, sowie
Figur 4: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumanlage.
Auf die Figuren 1 und 3 wurde bereits im Zuge der Würdigung des Standes der Technik eingegangen.
Figur 2 zeigt schematisch eine Vakuumanlage 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vakuumanlage 1 umfasst eine Vakuumkammer 10, die von einer Außenwand 12 begrenzt ist. Außerhalb der Vakuumkammer 10 befindet sich eine Detektionseinrichtung 20. Die Detektionseinrichtung 20 grenzt unmittelbar an die Vakuumkammer 10 an.
Nicht dargestellt, aber üblicherweise dennoch der Vakuumkammer 10 vorhanden, ist eine Probenumgebung, in welcher eine Probe positioniert werden kann, um Wellen und/oder Teilchen zu emittieren. Beispielsweise kann die Probe zu diesem Zweck mittels einer Strahlenquelle mit Neutronen beschossen werden. Die auf diese Weise emittierten Wellen oder Teilchen, beispielsweise Neutronen, gelangen durch die Vakuumkammer 10 ins Innere des Gasbehälters 22 der Detektionseinrichtung. Das nicht mit einem eigenen Bezugszeichen versehene Detektionselement ist in den hier gezeigten Figuren der Gasbehälter 22. In dem Gasbehälter 22 befindliches Gas oder Gasgemisch interagiert mit den emittierten Wellen oder Teilchen, um diese zu detektieren. Die vertikalen Linien deuten Drähte und/oder Bleche an, die im Gasbehälter vorhanden sind und die der Ableitung elektrischer Signale von durch Kollisionen ausgelösten elektrisch geladenen Teilchen dienen. Auf diese Weise können die Neutronen detektiert werden.
Die Vakuumkammer 10 weist im Bereich der Detektionseinrichtung eine durchgehende Öffnung 17 auf. Die Außenwand der Detektionseinrichtung 20 ist an der links dargestellten Seite 25 so ausgestaltet, dass sie dem Vakuum mechanisch standhält. Die Außenwand der Detektionseinrichtung 20 an der Seite 25 kann dabei gleichzeitig die den Gasbehälter 22 begrenzende Wand sein oder diese umfassen. Die Außenwand 12 der Detektionseinrichtung 20 ist an den übrigen Seiten 24 nicht so ausgestaltet, dass sie einem Vakuum standhält. Sie ist hinsichtlich ihrer Steifigkeit und ihres Materialeinsatzes entsprechend geringer dimensioniert. Dies ist möglich, da ausschließlich die links dargestellte Seite 25 mit dem Vakuum im Inneren der Vakuumkammer 10 in Kontakt kommt.
Ein Leitungspaket 27 verläuft von der Detektionseinrichtung 22 weg. Das Leitungspaket kann dazu dienen, Signale von der Detektionseinrichtung 20 zu einer Auswerteinrichtung zu leiten. Das Leitungspaket kann dazu dienen, Signale von einer Steuereinheit zu der Detektionseinrichtung 20 zu leiten. Das Leitungspaket kann dazu dienen, ein Kühlmedium zu der Detektionseinrichtung 20 hin und von diesem weg zu führen. Im Bereich der Detektionseinrichtung 20 führt das Leitungspaket 27 insbesondere zu einer Verarbeitungseinheit der Detektionseinrichtung 20, die der Verarbeitung und Weiterleitung detektierter Signale dient.
Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, dass das Leitungspaket 27 durch die Vakuumkammer 10 verläuft oder die Außenwand 12 der Vakuumkammer 10 durchquert. Auf diese Weise kann der konstruktive Aufwand für das Leitungspaket 27 signifikant verringert werden.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vakuumanlage 1 mit einer Vakuumkammer 10, die ein von einer Außenwand 12 begrenztes, zu evakuierendes Volumen 15 enthält. Die Vakuumkammer 10 ist etwa halbkreisförmig aufgebaut. Das Volumen 15 hat eine maximale Erstreckung von 6 m. Die maximale Erstreckung entspricht dem Durchmesser des Halbkreises. Im Vergleich dazu benötigt die in Figur 3 gezeigte herkömmliche Vakuumanlage eine maximale Erstreckung des das Volumens von 9 m, wobei die Abstände zwischen der Probenumgebung 30 und den Detektionseinrichtungen 20 beider Vakuumanlagen gleich sind. Hier wird deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine wesentliche Reduktion des Materialeinsatzes möglich ist.
Die Vakuumkammer 10 enthält in ihrer Außenwand 12 mehrere Öffnungen 17. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 17 als Durchgangsöffnungen ausgestaltet. Es sind zehn Durchgangsöffnungen vorhanden, die beispielsweise gleichmäßig verteilt über den Halbkreisbogen angeordnet sind.
Außerhalb der Vakuumkammer 10 und unmittelbar angrenzend an die Außenwand 12 der Vakuumkammer 10 sind Detektionseinrichtungen 20 angeordnet. Jede Detektionseinrichtung 20 überdeckt eine Öffnung 17 in der Außenwand 12. Auf diese Weise begrenzt ein Abschnitt der Wandung der Detektionseinrichtung 20 das Volumen 15 der Vakuumkammer 10. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Vakuumanlage 1 sind zehn Detektionseinrichtungen 20 vorgesehen, von denen allerdings nur acht Detektionseinrichtungen 20 dargestellt sind. Im unteren Bereich des Bildes sind zur Verdeutlichung zwei Detektionseinrichtungen 20 ausgelassen, sodass die entsprechenden Öffnungen 17 in der Vakuumkammer 10 sichtbar sind. Diese können als Zugang zur Vakuumkammer 10 genutzt werden.
Um das Volumen 15 zu evakuieren, müssen sämtliche Öffnungen 17 verschlossen sein. Jede Öffnung 17 kann mit einer Detektionseinrichtung 20 verschlossen sein. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform sind die Detektionseinrichtungen zweiteilig aufgebaut und enthalten ein innen liegendes Wandungselement und ein außen liegendes Außenelement. Das Außenelement kann mechanisch vom Wandungselement gelöst werden. So können eine oder mehrere Öffnungen 17 mit jeweils einem Wandungselement verschlossen werden, ohne dass das Außenelement gleichzeitig vorhanden sein muss. Die Verarbeitungseinheit 26 ist am Außenelement angeordnet.
Die Detektionseinrichtungen 20 und insbesondere auch die Wandungselemente sind als tragende Elemente ausgestaltet. Sie stützen die Außenwand 12 an der Oberseite 13 der Vakuumkammer 10 ab. Das Vakuum erzeugt eine nach unten gerichtete Kraft in der Oberseite 13, die zumindest anteilig durch die Detektionseinrichtungen 20 bzw. die Wandungselemente aufgenommen wird. Auf diese Weise können die zwischen den Öffnungen 17 befindlichen Stege der Außenwand 12 kleiner dimensioniert werden. Die Detektionseinrichtungen 20 stützen auf dieselbe Weise die Unterseite nach unten ab und die radialen Außenwände nach innen hin ab. Sie versteifen auf diese Weise die gesamte Konstruktion der Vakuumkammer.
Eine Detektionseinrichtung 20 ist typischerweise mit Schrauben an der Außenwand 12 befestigt. Zusätzlich können ein oder mehrere Haltebügel 38 vorhanden sein, die die Detektionseinrichtung 20 in Position halten und/oder an die Außenwand 12 andrücken. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vakuumkammer 10 nicht evakuiert ist. Sobald die Vakuumkammer 10 evakuiert ist, werden die Detektionseinrichtungen 20 und/oder Wandungselemente durch den außerhalb der Vakuumkammer 10 herrschenden Atmosphärendruck an die Außenwand 12 gepresst und dadurch in Position gehalten.
Jede der Detektionseinrichtungen 20 enthält einen Gasbehälter 22 und eine Verarbeitungseinheit 26. Das Funktionsprinzip Detektionseinrichtungen 20 wurde oben bereits beschrieben. Jede Detektionseinrichtung 20 enthält ferner eine Verarbeitungseinheit 26, in welcher detektierte Signale verarbeitet und/oder zu einer Auswerteinheit übertragen werden. An die dargestellte Verarbeitungseinheit 26 können Kabel zur Übertragung der Daten angeschlossen werden. Diese müssen nicht durch das Vakuum verlaufen, da die Verarbeitungseinheiten 26 auf einfache Weise von außen zugänglich sind.
Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit 26 mittels eines Kühlmediums gekühlt werden. Aufgrund der äußeren Anordnung der Verarbeitungseinheit 26 kann besonders einfach eine Luftkühlung realisiert werden, indem ein Kühlluftstrom durch die Verarbeitungseinheit 26 realisiert wird. Dazu kann beispielsweise ein Gebläse der Verarbeitungseinheit 26 vorhanden sein. Ebenso ist eine Kühlung mit einem flüssigen Kühlmedium möglich. Hierzu kann die Verarbeitungseinheit entsprechende Kanäle aufweisen, an die geeignete Leitungen für das Kühlmedium angeschlossen werden können. Die Probenumgebung ist in der hier gezeigten Vakuumanlage 1 mittig in einem von der Vakuumkammer 10 separaten Probenaufnahmemodul 32 angeordnet. Dieses befindet sich im Zentrum des Halbkreises und ist insbesondere mechanisch lösbar mit der Vakuumkammer 10 verbunden. Das Probenaufnahmemodul 32 weist eine kreiszylindrische Grundform auf und enthält in seiner Mantelfläche eine Öffnung 36. Die Öffnung 36 erstreckt sich über etwa 180°und überlappt mit der halbkreisförmigen Vakuumkammer 10. Auf diese Weise können emittierte Wellen und/oder Teilchen in einem Winkel von etwa 180° detektiert werden.
In einer Ausführungsform ersetzt die halbkreisförmige Vakuumanlage 1 aus Figur 4 die Vakuumanlage 1 aus Figur 3. Dementsprechend können dann auch die Strahlkonditionierungseinrichtung 40 und/oder der Strahlfänger 42 bei der erfindungsgemäßen Vakuumanlage 1 vorhanden sein. Selbstverständlich ist die Tür 34 bei der erfindungsgemäßen Vakuumanlage 1 auch in einer solchen Konfiguration nicht notwendig.
Bezugszeichenliste
Vakuumanlage 1
Vakuumkammer 10
Außenwand 12
Oberseite 13
Volumen 15
Öffnung 17
Detektionseinrichtung 20
Gasbehälter 22
Seite 24
Seite 25
Verarbeitungseinheit 26
Leitungspaket 27
Probenumgebung 30
Probenaufnahmemodul 32
Tür 34
Öffnung 36
Haltebügel 38 Strahlkonditionierungseinrichtung 40
Strahlfänger 42

Claims

Ansprüche
1. Vakuumanlage (1), umfassend eine Vakuumkammer (10) mit einer Außenwand (12), die ein Volumen (15) einschließt, welches evakuiert werden kann, wobei die Vakuumanlage (1) ferner eine Detektionseinrichtung (20) mit einem Detektionselement zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) außerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist.
2. Vakuumanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) einen Gasbehälter (22) zur Aufnahme eines Gases oder Gasgemischs umfasst.
3. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) zur Detektion von Neutronen eingerichtet ist.
4. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (26) zur Verarbeitung detektierter Signale aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit (26) außerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist.
5. Vakuumanlage (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (26) mittels eines Kühlmediums kühlbar ist.
6. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (10) in der Außenwand (12) eine Öffnung (17) aufweist und die Detektionseinrichtung (20) derart an die Öffnung (17) angrenzt, dass zumindest ein Abschnitt einer Wandung der Detektionseinrichtung (20) das Volumen (15) der Vakuumkammer (10) begrenzt.
7. Vakuumanlage (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass sie die Außenwand (12) an einer Oberseite (13) der Vakuumkammer (10) gegen eine durch das Vakuum hervorgerufene, nach unten gerichtete Kraft abstützt.
8. Vakuumanlage (1) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) mechanisch lösbar an der Außenwand (12) der Vakuumkammer (10) befestigt ist.
9. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (20) zweiteilig aufgebaut ist, wobei ein Wandungselement der Detektionseinrichtung (20) an der Außenwand (12) befestigt ist oder befestigt werden kann und ein Außenelement der Detektionseinrichtung (20) mechanisch lösbar am Wandungselement befestigt ist oder befestigt werden kann.
10. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumanlage (1) eine Vielzahl an Detektionseinrichtungen (20) umfasst, wobei die Detektionseinrichtungen (20) insbesondere auf einem Kreisbogen angeordnet sind.
11. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (10) im Wesentlichen halbkreisförmig ist.
12. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (10) eine maximale Erstreckung zwischen 3 m und 20 m aufweist, insbesondere zwischen 4 m und 10 m.
13. Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumanlage (1) ferner ein von der Vakuumkammer (10) separates Probenaufnahmemodul (32) mit einer Probenumgebung (30) zur Aufnahme einer Probe aufweist, wobei das Probenaufnahmemodul (32) mechanisch an der Vakuumkammer (10) befestigt ist.
14. Vakuumanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbehälter (22) zur Aufnahme des Gases oder Gasgemischs geschlossen ist.
15. Vakuumanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbehälter (22) zur Aufnahme des Gases oder Gasgemischs offen ist und mit einer Zuleitung und/oder einer Ableitung verbunden ist.
16. Detektionseinrichtung (20) für eine Vakuumanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (20) ein Detektionselement zur Detektion von Wellen und/oder Teilchen umfasst, wobei die Detektionseinrichtung (20) wenigstens an einer Seite (24) der
Detektionseinrichtung (20) eine Wandung aufweist, welche nicht dazu eingerichtet ist, in einem Vakuum angeordnet zu werden.
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