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30.06.2010

Wie funktioniert die ALICE TPC?

Antwort

Die ALICE-TPC vor dem Einbau in den Detektor.

Foto: CERN

Liebe/r TPC Interessierte/r,

angestoßen durch Ihre Frage habe ich gemacht was "man" heutzutage so tut, wenn man eine Frage hat: man googelt. Das Suchwort "TPC" führt allerdings total in die Irre, aber mit "time projection chamber" (zu Deutsch Zeitprojektionskammer) kommt man überraschend weit. Meine Antwort auf Ihre Frage wird also stark auf dem Aufbauen, was man in Web finden kann. Ich werde Ihnen im Wesentlichen einige Ergänzungen zu dem vorhandenen Material anbieten und ein paar Punkte hervorheben.

Zur Einführung ist der Artikel in Wikipedia ganz gut geeignet: http://de.wikipedia.org/wiki/Spurendriftkammer

Die TPC ist ein Teil des ALICE-Detektors und dient dazu die Spuren, der Teilchen die in den Kollisionen entstehen, zu vermessen.

Die ALICE-TPC ist im Wesentlichen ein Zylinder mit einem Volumen von etwa 90 Kubikmetern, der an den beiden Stirnseiten über die gesamte Fläche mit Auslesekammern, einschließlich deren Ausleseelektronik, bedeckt ist. Gefüllt ist die TPC mit einem speziellen Gasgemisch (Neon mit 10% Kohlendioxid-Beimischung).

Die ALICE-TPC beim Einbau in den Detektor.

Foto: CERN.

Bei den Kollisionen von Blei-Atomkernen im Zentrum des Detektors werden geladenen Teilchen erzeugt. Diese fliegen durch die TPC und schlagen Elektronen aus der Atomhülle der Detektorgasmoleküle. Diese Elektronen driften durch das Detektorgas (wie der Rauch einer Zigarette, den man in die Luft bläst) zu den Stirnseiten des Zylinders. Bis zu 2,5 Meter (!) können die Elektronen durch das Detektorgas fliegen – zugegebenermaßen eine gewöhnungsbedürftige Vorstellung. Wichtig ist dafür, dass in dem Detektorgas nur ganz wenige Sauerstoffmoleküle sind – diese absorbieren sonst die Elektronen und man bekommt kein Signal. Wenn die Elektronen an den Auslesekammern an den Stirnseiten des Detektors ankommen, werden sie durch einen Prozess, den man Gasverstärkung nennt, vervielfacht – dabei werden dann aus einem einlaufenden Elektron bis zu 40.000 Elektronen. Dieser Prozess ist notwendig, um ein vernünftiges Signal zu erzeugen: Ohne die Verstärkung erhält man nur etwa 40 Elektronen pro Zentimeter der Teilchenspur. Dies reicht selbst bei unserer empfindlichen Elektronik nicht aus. Die Besonderheit der ALICE-TPC gegenüber älteren TPC-Versionen ist, dass wir alle Parameter für den Betrieb am LHC optimiert haben – also für den Nachweis von bis zu 20.000 geladenen Teilchen pro Blei-Blei-Kollision.

In der Link-Box am rechten Rand habe ich Ihnen meine Tipps für speziellere Informationen zu TPCs zusammengestellt.

Ich hoffe, dass ich Ihre Frage mit Hilfe des Webs beantworten konnte.

Mit freundlichen Grüssen
Rainer Renfordt

Rainer Renfordt arbeitet an der Uni Frankfurt. Bei ALICE ist er an vielen Aktivitäten beteiligt, so zum Beispiel an der Entwicklung und des Betriebs eines Teststands für die 5000 Auslesekarten der TPC, dem Test der Ausleselektronik im eingebauten Zustand und Arbeiten für das Kühlsystem der Ausleseelektronik.

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