[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/22\/zeitprojektionskammer-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/22\/zeitprojektionskammer-wikipedia\/","headline":"Zeitprojektionskammer – Wikipedia","name":"Zeitprojektionskammer – Wikipedia","description":"before-content-x4 In der Physik a Zeitprojektionskammer ((TPC) ist eine Art Partikeldetektor, der eine Kombination aus elektrischen Feldern und Magnetfeldern zusammen","datePublished":"2020-12-22","dateModified":"2020-12-22","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/2\/25\/ALICE_TPC_1.jpg\/200px-ALICE_TPC_1.jpg","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/2\/25\/ALICE_TPC_1.jpg\/200px-ALICE_TPC_1.jpg","height":"171","width":"200"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/22\/zeitprojektionskammer-wikipedia\/","wordCount":3305,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4  In der Physik a Zeitprojektionskammer ((TPC) ist eine Art Partikeldetektor, der eine Kombination aus elektrischen Feldern und Magnetfeldern zusammen mit einem empfindlichen Gas- oder Fl\u00fcssigkeitsvolumen verwendet, um eine dreidimensionale Rekonstruktion einer Partikelbahn oder -wechselwirkung durchzuf\u00fchren.  Table of ContentsDas urspr\u00fcngliche Design[edit]Die Fl\u00fcssig-Argon-Zeitprojektionskammer (LArTPC)[edit]Detektordesign und Eigenschaften[edit]Signalanzeige[edit]Zweiphasen-TPC[edit]Verweise[edit]Weiterf\u00fchrende Literatur[edit]Das urspr\u00fcngliche Design[edit]Die urspr\u00fcngliche TPC wurde Ende der 1970er Jahre von David R. Nygren, einem amerikanischen Physiker, am Lawrence Berkeley Laboratory erfunden.[1]  Die erste Hauptanwendung war der PEP-4-Detektor, der 29 GeV-Elektron-Positron-Kollisionen am PEP-Speicherring bei SLAC untersuchte.Eine Zeitprojektionskammer besteht aus einem gasgef\u00fcllten Detektionsvolumen in einem elektrischen Feld mit einem positionsempfindlichen Elektronensammelsystem.  Das urspr\u00fcngliche Design (und das am h\u00e4ufigsten verwendete) ist eine zylindrische Kammer mit Mehrdraht-Proportional-Kammern (MWPC) als Endplatten.  Entlang ihrer L\u00e4nge ist die Kammer mittels einer zentralen Hochspannungselektrodenscheibe in H\u00e4lften geteilt, die ein elektrisches Feld zwischen der Mittel- und der Endplatte erzeugt.  Dar\u00fcber hinaus wird h\u00e4ufig ein Magnetfeld entlang der L\u00e4nge des Zylinders parallel zum elektrischen Feld angelegt, um die Diffusion der durch die Ionisierung des Gases kommenden Elektronen zu minimieren.  Beim Durchgang durch das Detektorgas erzeugt ein Partikel entlang seiner Spur eine Prim\u00e4rionisation.  Das z Die Koordinate (entlang der Zylinderachse) wird durch Messen der Driftzeit vom Ionisationsereignis zum MWPC am Ende bestimmt.  Dies erfolgt mit der \u00fcblichen Technik einer Driftkammer.  Die MWPC am Ende ist mit den Anodendr\u00e4hten in azimutaler Richtung angeordnet. \u03b8, die Informationen \u00fcber die Radialkoordinate liefert, r.  Um die Azimutrichtung zu erhalten, wird jede Kathodenebene entlang der radialen Richtung in Streifen unterteilt.  In den letzten Jahren wurden andere Mittel zur positionsempfindlichen Elektronenverst\u00e4rkung und -detektion immer h\u00e4ufiger eingesetzt, insbesondere in Verbindung mit der zunehmenden Anwendung von Zeitprojektionskammern in der Kernphysik.  Diese kombinieren normalerweise eine segmentierte Anodenplatte mit entweder nur einem Frisch-Gitter[2]  oder ein aktives Elektronenvervielfachungselement wie ein Gaselektronenvervielfacher.[3]  Diese neueren TPCs weichen auch von der traditionellen Geometrie eines Zylinders mit einem axialen Feld zugunsten einer flachen Geometrie ab[2]  oder ein Zylinder mit einem radialen Feld.[3]Fr\u00fchere Forscher in der Teilchenphysik verwendeten normalerweise auch eine vereinfachte kastenf\u00f6rmige Geometrie, die direkt \u00fcber oder unter der Strahllinie angeordnet war, wie in den Experimenten CERN NA49 und NA35.Die Fl\u00fcssig-Argon-Zeitprojektionskammer (LArTPC)[edit]1977 entwickelte Carlo Rubbia eine Fl\u00fcssig-Argon-Zeitprojektionskammer (LArTPC).[4]  Das LArTPC arbeitet nach vielen der gleichen Prinzipien wie Nygrens urspr\u00fcngliches TPC-Design, verwendet jedoch fl\u00fcssiges Argon als empfindliches Medium anstelle von Gas.Detektordesign und Eigenschaften[edit]Fl\u00fcssiges Argon ist aus mehreren Gr\u00fcnden als empfindliches Medium vorteilhaft.[4][5]  Die Tatsache, dass Argon ein edles Element ist und daher eine verschwindende Elektronegativit\u00e4t aufweist, bedeutet, dass durch ionisierende Strahlung erzeugte Elektronen nicht absorbiert werden, wenn sie in Richtung der Detektoranzeige driften.  Argon funkelt auch, wenn ein energetisch geladenes Teilchen vorbeizieht, wobei eine Anzahl von Szintillationsphotonen freigesetzt wird, die proportional zu der Energie ist, die das vorbeiziehende Teilchen im Argon ablagert.[5]  Fl\u00fcssiges Argon ist auch relativ kosteng\u00fcnstig, was Gro\u00dfprojekte wirtschaftlich machbar macht.  Eine der Hauptmotive f\u00fcr die Verwendung von fl\u00fcssigem Argon als empfindliches Medium ist jedoch seine Dichte.[4]  Fl\u00fcssiges Argon ist etwa tausendmal dichter als das in Nygrens TPC-Design verwendete Gas, was die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung eines Partikels in einem Detektor um den Faktor tausend erh\u00f6ht.  Diese Funktion ist besonders in der Neutrinophysik n\u00fctzlich, wo die Querschnitte der Neutrino-Nukleon-Wechselwirkung klein sind.    Ein Diagramm des LArTPC-Designs und der grundlegenden FunktionsprinzipienDer K\u00f6rper eines typischen LArTPC besteht aus drei Teilen.  Auf einer Seite des Detektors befindet sich eine Hochspannungskathodenebene, mit der ein elektrisches Driftfeld \u00fcber dem TPC erzeugt wird.  Obwohl das genaue elektrische Potential, auf das dies eingestellt ist, von der Detektorgeometrie abh\u00e4ngt, erzeugt diese Hochspannungskathode typischerweise ein Driftfeld von 500 V \/ cm \u00fcber den Detektor.[5]Auf der der Kathodenebene gegen\u00fcberliegenden Seite befindet sich ein Satz von Anodendrahtfl\u00e4chen, die auf Potentiale eingestellt sind, die viel h\u00f6her (weniger negativ) sind als die der Kathode.  Jedes Flugzeug ist durch einen kleinen Spalt von seinen Nachbarn getrennt, normalerweise in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 1 cm.  Eine Ebene besteht aus vielen parallelen leitenden Dr\u00e4hten, die einige Millimeter voneinander entfernt sind, und der Winkel, in dem die Dr\u00e4hte relativ zur Vertikalen ausgerichtet sind, variiert von Ebene zu Ebene.  Zusammen lesen diese Ebenen Signale von den Driftelektronen aus.  F\u00fcr einen Detektor mit N. Anodendraht Ebenen, die innere N.– 1 Ebenen werden Induktionsebenen genannt.  Diese sind auf niedrigere (negativere) Potentiale als die \u00e4u\u00dfere Ebene eingestellt, so dass Driftelektronen durch sie hindurchtreten k\u00f6nnen, wodurch Signale induziert werden, die f\u00fcr die Ereignisrekonstruktion verwendet werden.  Die \u00e4u\u00dfere Ebene wird als Sammlungsebene bezeichnet, da die Driftelektronen auf diesen Dr\u00e4hten gesammelt werden und zus\u00e4tzliche Signale erzeugen.  Das Vorhandensein mehrerer Ebenen mit unterschiedlichen Drahtorientierungen erm\u00f6glicht eine zweidimensionale Ereignisrekonstruktion, w\u00e4hrend die dritte Dimension aus den Elektronendriftzeiten ermittelt wird.Der dritte Teil ist ein Feldk\u00e4fig zwischen Kathode und Anode.  Dieser Feldk\u00e4fig h\u00e4lt ein gleichm\u00e4\u00dfiges elektrisches Feld zwischen Kathode und Anode aufrecht, so dass die Driftelektronenbahnen so wenig wie m\u00f6glich vom k\u00fcrzesten Weg zwischen dem Ionisationspunkt und der Anodenebene abweichen.  Dies soll eine Verzerrung der Partikelbahn w\u00e4hrend der Ereignisrekonstruktion verhindern.Ein Lichtsammelsystem begleitet h\u00e4ufig das grundlegende LArTPC, um mehr Informationen aus einem Ereignis durch Szintillationslicht zu extrahieren.[5]  Es kann auch eine wichtige Rolle bei der Ausl\u00f6sung spielen, da es nur Nanosekunden nach dem Durchgang des Partikels durch den Detektor Szintillationslicht sammelt.  Dies ist vergleichsweise (in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 1000) k\u00fcrzer als die Zeit, die die freigesetzten Elektronen ben\u00f6tigen, um zu den Drahtebenen zu driften, so dass es h\u00e4ufig ausreicht, die Sammelzeit von Szintillationsphotonen als Triggerzeit abzugrenzen (t0) f\u00fcr eine Veranstaltung.  Mit dieser Triggerzeit kann man dann Elektronendriftzeiten finden, die eine dreidimensionale Rekonstruktion eines Ereignisses erm\u00f6glichen.  W\u00e4hrend solche Systeme nicht die einzigen Mittel sind, mit denen ein LArTPC eine Triggerzeit identifizieren kann, sind sie notwendig, um Ph\u00e4nomene wie Supernovae und Protonenzerfall zu untersuchen, bei denen die Teilchen, die Zerfall oder Wechselwirkung unterliegen, nicht in einem vom Menschen hergestellten Beschleuniger erzeugt werden, und das Timing von Ein Partikelstrahl ist daher nicht bekannt.[5]Fotovervielfacherr\u00f6hren, Lichtleiter und Silizium-Fotovervielfacher sind Beispiele f\u00fcr Instrumente, mit denen dieses Licht gesammelt wird.  Diese befinden sich normalerweise direkt au\u00dferhalb des Driftvolumens.Signalanzeige[edit]In einem typischen LArTPC ist jeder Draht in jeder Anodenebene Teil einer RC-Schaltung, wobei sich der Draht selbst zwischen dem Widerstand und dem Kondensator befindet.  Das andere Ende des Widerstands ist mit einer Vorspannung verbunden, und das andere Ende des Kondensators ist mit der Front-End-Elektronik verbunden.  Die Front-End-Elektronik verst\u00e4rkt und digitalisiert den Strom in der Schaltung.  Dieser verst\u00e4rkte und digitalisierte Strom als Funktion der Zeit ist das “Signal”, das an die Ereignisrekonstruktion weitergeleitet wird.F\u00fcr einen gegebenen Draht auf Anodenebene hat das erzeugte Signal eine spezifische Form, die davon abh\u00e4ngt, ob sich der Draht in einer Induktionsebene oder in einer Sammlungsebene befindet.  Wenn sich ein Driftelektron in einer Induktionsebene auf einen Draht zubewegt, induziert es einen Strom im Draht, wodurch eine “Erhebung” des Ausgangsstroms erzeugt wird.  Wenn sich das Elektron von einem Draht wegbewegt, induziert es einen Strom in die entgegengesetzte Richtung, wodurch als erstes eine Ausgangs- “Erhebung” des entgegengesetzten Vorzeichens erzeugt wird.  Das Ergebnis ist ein bipolares Signal.[6]  Im Gegensatz dazu sind Signale f\u00fcr einen Draht in der Sammlungsebene unipolar, da Elektronen nicht am Draht vorbeikommen, sondern von diesem “gesammelt” werden.  F\u00fcr diese beiden Geometrien bedeutet eine gr\u00f6\u00dfere Signalamplitude, dass mehr Driftelektronen entweder am Draht vorbeigingen (f\u00fcr Induktionsebenen) oder von ihm gesammelt wurden (f\u00fcr die Sammlungsebene).Die Signalauslesung aller Dr\u00e4hte in einer bestimmten Anodenebene kann in einem 2D-Bild einer Partikelwechselwirkung organisiert werden.  Ein solches Bild ist eine Projektion der 3D-Partikelwechselwirkung auf eine 2D-Ebene, deren Normalenvektor parallel zu den Dr\u00e4hten in der angegebenen Anodenebene ist.  Die 2D-Projektionen, die jeder der Anodenebenen entsprechen, werden kombiniert, um die 3D-Interaktion vollst\u00e4ndig zu rekonstruieren.Zweiphasen-TPC[edit]Die Technik selbst wurde erstmals in den fr\u00fchen 1970er Jahren f\u00fcr die Strahlungsdetektion mit Argon entwickelt[7].  Das ZEPLIN-Programm war Vorreiter bei der Verwendung der Zweiphasentechnologie f\u00fcr WIMP-Suchen.  Die Detektorserien XENON und LUX repr\u00e4sentieren die neueste Implementierung dieses Instruments in der Physik.Verweise[edit]Demonchy, CE;  Mittig, W.;  Savajols, H.;  Roussel-Chomaz, P.;  Chartier, M.;  Jurado, B.;  Giot, L.;  Cortina-Gil, D.;  Caama\u00f1o, M.;  Ter-Arkopian, G.;  Fomichev, A.;  Rodin, A.;  Golovkov, MS;  Stepantsov, S.;  Gillibert, A.;  Pollacco, E.;  Obertelli, A.;  Wang, H. (2007).  “MAYA, ein gasf\u00f6rmiges aktives Ziel”. Nukleare Instrumente und Methoden in der Physikforschung Abschnitt A: Beschleuniger, Spektrometer, Detektoren und zugeh\u00f6rige Ger\u00e4te. 573 (1\u20132): 145\u2013148.  Bibcode:2007NIMPA.573..145D.  doi:10.1016 \/ j.nima.2006.11.025.Fenker, H.;  Baillie, N.;  Bradshaw, P.;  Bueltmann, S.;  Burkert, V.;  Christy, M.;  Dodge, G.;  Dutta, D.;  Ent, R.;  Evans, J.;  Fersch, R.;  Giovanetti, K.;  Griffioen, K.;  Ispiryan, M.;  Jayalath, C.;  Kalantarians, N.;  Keppel, C.;  Kuhn, S.;  Niculescu, G.;  Niculescu, I.;  Tkachenko, S.;  Tvaskis, V.;  Zhang, J. (2008).  “BoNus: Entwicklung und Verwendung eines radialen TPC mit zylindrischen GEMs”. Nukleare Instrumente und Methoden in der Physikforschung Abschnitt A: Beschleuniger, Spektrometer, Detektoren und zugeh\u00f6rige Ger\u00e4te. 592 (3): 273. Bibcode:2008NIMPA.592..273F.  doi:10.1016 \/ j.nima.2008.04.047.  OSTI 920093.Laird, AM;  Amaudruz, P.;  Buchmann, L.;  Fox, SP;  Fulton, BR;  Gigliotti, D.;  Kirchner, T.;  Mumby-Croft, PD;  Openshaw, R.;  Pavan, MM;  Pearson, J.;  Ruprecht, G.;  Sheffer, G.;  Walden, P. (2007).  “Status von TACTIC: Ein Detektor f\u00fcr die nukleare Astrophysik”. Nukleare Instrumente und Methoden in der Physikforschung Abschnitt A: Beschleuniger, Spektrometer, Detektoren und zugeh\u00f6rige Ger\u00e4te. 573 (1\u20132): 306\u2013309.  Bibcode:2007NIMPA.573..306L.  doi:10.1016 \/ j.nima.2006.10.384.Rubbia, C. (1977).  “Die Fl\u00fcssig-Argon-Zeitprojektionskammer: Ein neues Konzept f\u00fcr Neutrino-Detektoren”. Acciarri, R.;  et al.  (2015).  “Zusammenfassung des zweiten Workshops zur Forschung und Entwicklung der Fl\u00fcssig-Argon-Zeitprojektionskammer in den USA”. Journal of Instrumentation. 10 (7): T07006.  arXiv:1504.05608.  Bibcode:2015JInst..10.7006A.  doi:10.1088 \/ 1748-0221 \/ 10\/07 \/ T07006.  S2CID 1396121.Joshi, J.;  Qian, X. (2015).  “Signalverarbeitung im MicroBooNE LArTPC”.  arXiv:1511.00317v1 [physics.ins-det].Weiterf\u00fchrende Literatur[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/22\/zeitprojektionskammer-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Zeitprojektionskammer – Wikipedia"}}]}]