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Ein Apparat zur Messung der Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Gasen wurde
entwickelt. Freie Elektronen werden im Gas durch Laser-Ionisation erzeugt
und die Driftzeit wird durch eine Zweistrahl-Interferenzmethode bestimmt.
Der Aufbau erlaubt die Messung von Elektronen-Driftgeschwindigkeiten als
Funktion des reduzierten elektrischen Feldes E/p. Absolute Drücke bis zu
2500 hPa können erzielt werden.
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Die Driftkammer enthält 40 elektropolierte Ringelektroden aus rostfreiem
Stahl, die durch Teflon-Abstandshalter in einem Abstand von 10+/-0.1 mm
gehalten werden. Die Elektroden sind untereinander durch
Präzissionswiderstände verbunden um ein homogenes elektrisches Feld
zu erzeugen. Die Anordnung wird durch vier Stäbe aus Polyoximethylen
(POM) stabilisiert, ein Plastikmaterial mit großer elektrischer
Durchschlagsfestigkeit und gleichzeitig relativ hoher mechanischer
Stabilität.
Die oberste Elektrode ist mit einem Hochspannungsnetzgerät verbunden,
welches Spannungen bis zu -50 kV erzeugt, die unterste Elektrode liegt auf
Erdpotential. Bei einer Gesamtlänge der Driftstrecke von 520 mm, sind
Driftfelder bis zu ungefähr 960 V/cm möglich. Jede Elektrode hat
eine zentrale Bohrung mit einem Durchmesser von 25 mm. Die Elektronen driften
durch diese Öffnung in einem homogenen elektrischen Feld zu einem
Nachweisdraht unterhalb der untersten Elektrode. Dieser Draht ist teilweise
durch eine U-förmige Kathode auf Erdpotential umgeben. Die zentrale
Bohrung der untersten Elektrode ist mit einem Nickel-Frisch-Gitter bedeckt, um
Ladungsinduktion auf dem Signaldraht zu vermeiden. Das Gitter bisitzt
ausreichende Gitterkonstanten ( 20 micron Drahtdurchmesser, 234 micron
Drahtabstand) um eine hohen Transmission für die Elektronen zu
ermöglichen.
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Die Driftstrecke ist in einem zylindrischen Druckbehälter (612 mm
Höhe, 257 mm Durchmesser) aus rostfreiem Stahl angeordnet. Der
Druckbehälter ist mit vier Paaren von gegenüberliegenden
Quartzglasfenstern ausgestattet, welche als Strahl Ein- und Ausgang dienen.
Drei verschiedene Driftstreckenlängen von dx=117+/-1 mm, dx=234+/-1 mm
und dx=351+/-1 mm stehen zur Verfügung. Der Behälterdruck wird
mit einer Genauigkeit von 0.5% vermessen.
Durch die Messung der Differenz der Ankunftszeiten dT zweier
Elektronensignale, die zu einem Laserpuls gehören, wird die
Driftgeschwindigkeit v=dx/dT bestimmt.
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Das Zählgas in der Kammer wird durch einen 337 nm N2 Laser
(MSG 803 SD, LTB Lasertechnik, Berlin) mit einer Pulsdauer von 500 ps und
einer durchschnittlichen Pulsenergie von 500 mm J ionisiert. Er wird mit
einer maximalen Wiederholungsfrequenz von 30 Hz betrieben. Der Laserstrahl
wird in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt, welche auf die Achse der
Driftkammer fokusiert sind. Im Brennpunkt erzeugt das UV-Licht freie
Elektronen durch Ionisation von Verunreinigungen im Gasgemisch durch
Mehrphotonenabsorptionsprozesse.
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Die Anodendrahtsignale werden kapazitiv in einen Spektroskopieverstärker
ausgekoppelt. Aus den Signalen der ersten und zweiten Elektronenwolke, die am
Signaldraht ankommen, wird ein Start und Stop-Puls für einen
Zeit-zu-Amplituden-Konverter (TAC) (Ortec 566) in einer Logikeinheit, bestehend
aus standard NIM-Modulen, abgeleitet. Eine UV-sensitive Photodiode hinter dem
untersten Austrittsfenster erzeugt ein Gate-Signal für die Logikeinheit,
um Untergrund durch kosmische Strahlung zu reduzieren. Das Ausgangssignal des
Zeit-zu-Amplituden-Konverters wird in einem spannungssensitiven ADC (National
Instruments PCI-MIO-16E DAQ card) in einem PC digitalisiert. PC Software
erlaubt die Automatisierung von Messungen, ein vorgegebener Bereich von
Hochspannungen wird schrittweise durchgefahren.
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