PhYsik und Industrie - Felix Wuersten

AKTUELLE ZUSAMMENARBEITEN
Bleiwolframat-Kalorimeter
Das elektromagnetische Kalorimeter, eine Schlüsselkomponente des
Hochenergie-Experimentes «Compact Muon Solenoid» (CMS), dient
zur präzisen Energiemessung und Identifikation der Elektronen und
Photonen am «Large Hadron Collider» (LHC). Geeignete Detektorenmaterialien
sind Szintillationskristalle und Photosensoren. Das CMS
wird am LHC (CERN) aufgebaut und stellt bezüglich Eventrate, Energiemessbereich
und Strahlung eine besondere Herausforderung
dar. Eine langjährige, erfolgreiche Entwicklung von strahlungsfesten
Kristallen ist die Grundlage des im Bau befindlichen Detektors.
ETH: Prof. Hans Hofer, Prof. Felicitas Pauss, Dr. Pierre Lecomte
Industrie: Institute of Ceramics, Shanghai (China), Plant of Technical
Products, Bogoroditsk (Rus)
Auslese-Elektronik für Kristallkalorimeter
Das elektromagnetische Kalorimeter des «Compact Muon Solenoid»
(CMS) besteht aus 75 848 Kristallen. Das Szintillationslicht von
Elektronen und Photonen in den Kristallen wird mit Photodetektoren
gemessen. Die Auslese-Elektronik muss die sehr schnellen Signale
von ungefähr 100 Nanosekunden über einen grossen dynamischen
Bereich präzise erfassen und in Echtzeit digitalisieren.
ETH: Dr. Werner Lustermann
Industrie: ASCOM Systec AG, Hombrechtikon
Supraleiter für grosse Magnetvolumina
Das starke magnetische Feld von 4 Tesla ist eine Schlüsselkomponente
des CMS-Hochenergie-Experimentes. Es ermöglicht die genaue
Bestimmung des Impulses der geladenen Teilchen aus den Strahlwechselwirkungen
des «Large Hadron Collider»-Beschleunigers LHC.
Die Entwicklung eines zuverlässigen Supraleiters in Zusammenarbeit
mit der Industrie war die Voraussetzung für den erfolgreichen
Bau des Magneten mit einem Volumen von 360 Kubikmetern.
ETH: Prof. Hans Hofer, Prof. Felicitas Pauss
Industrie: Outokumpu (Fi); Kabelwerke Brugg (CH); Nexans (CH);
Sumitomo (Jp); ALCAN (CH); Techmeta (F)
Supraleitender Magnet
Für das AMS-Experiment auf der Internationalen Raumstation (ISS)
wird ein supraleitender Magnet entwickelt, der einen dreijährigen
Betrieb mit superflüssigem Helium ermöglicht. Besondere Anforderungen
an den Magneten sind der Betrieb unter Weltraumbedingungen,
ohne Wartung oder zusätzliche Heliumfüllung.
ETH: Prof. Hans Hofer, Dr. Jürgen Ulbricht
Industrie: Space Cryomagnetics Ltd (GB), BIERI Engineering, Winterthur
(CH); Linde (D); WEKA, Bäretswil (CH); IKL (D)
Aktiver Pixel-Sensor
Für Anwendungen in der Hochenergiephysik und Medizin wird ein
neuartiger Pixeldetektor entwickelt. Dies geschieht in der Thin-
Film-Technology: Eine dünne Schicht Sensormaterial, amorphes Silizium
(a-Si:H) oder polykristallines Quecksilberjodid (HgJ2), wird auf
einen «Application Specific Integrated Circuit» (ASIC) aufgedampft.
Vorzüge dieses aktiven Pixel-Sensors sind niedrige Kosten, geringe
Leistungsaufnahme, hohe Ortsauflösung und Strahlungsfestigkeit.
ETH: Prof. Günther Dissertori, Prof. Gert Viertel
Industrie: Real-Time Radiography Ltd., Jerusalem (Isr)
Schneller Spurtrigger
Der schnelle Spurtrigger beim Hochenergieexperiment H1 dient
zur Echtzeitrekonstruktion von geladenen Elementarteilchen. Sie
entstehen in Elektron-Proton-Stössen bei hohen Energien und werden
in der zentralen Spurenkammer nachgewiesen. Damit lassen
sich kurzlebige Zustände in komplexen Ereignissen innerhalb einer
1/10 000 Sek. mit hoher Präzision nachweisen.
ETH: Dr. André Schöning
Industrie: Supercomputing Systems, Zürich
Weltraumtaugliche Elektronik
Um den diffusen Untergrund an niederenergetischen Photonen
und geladenen Teilchen in einer erdnahen Umlaufbahn zu bestimmen,
wurde der Prototype Synchrotron Radiation Detector gebaut.
Die gewonnenen Daten dienen einer Studie zum Bau eines Synchrotron-Strahlungsdetektors.
Dieser soll Elektronen und Positronen
der kosmischen Strahlung mit ultrahohen Energien messen.
ETH: Prof. Gert Viertel
Industrie: ISATEC (D); Elfab AG, Mellingen; Contraves AG, Zürich
Hundert-Kilotonnen-Flüssig-Argon-Detektor
Für ein künftiges Neutrino-Astrophysik-Observatorium wird ein
neuer Detektor entwickelt. Dieser dient dem Nachweis von Neutrinos,
von neuen, hochintensiven Neutrinostrahlen, so genannten
«neutrino factories», und einer hochempfindlichen Suche nach
Proton- und Neutronzerfällen. Gesucht wird eine Möglichkeit, einen
Kryostaten für 100 000 Tonnen flüssiges Argon als eine Einheit
und als Driftkammer zu bauen.
ETH: Prof. André Rubbia
Industrie: Technodyne Intern. Ltd (GB)
ICARUS-Auslese-Elektronik
Der ICARUS-Detektor wird im Gran-Sasso-Untergrundlabor in Italien
aufgebaut, um die Eigenschaften der sehr schwach mit Materie
wechselwirkenden Neutrinos zu studieren. Der Detektor besteht
im Endausbau aus einigen tausend Tonnen flüssigen Argons, das
mit Drahtkammern ausgelesen wird. Pro tausend Tonnen gibt es
etwa 100 000 Drähte. Um diese grosse Anzahl von Drähten auszulesen,
wurde eine spezielle Elektronik entwickelt.
ETH: Prof. André Rubbia
Industrie: CAEN Viareggio (It)
Flüssig-Argon-Driftkammer im Magnetfeld
Als Weiterentwicklung der Driftkammer-Technik in flüssigem Argon
wird das Driftverhalten der Elektronen im flüssigen Argon in
einem Magnetfeld untersucht. Mit einem solchen Detektor kann
durch die magnetische Krümmung der Impuls und das Vorzeichen
der elektrischen Ladung eines Teilchens bestimmt werden. Dies
ist erforderlich bei zukünftigen Experimenten an hochintensiven
Neutrinostrahlen von so genannten «neutrino factories».
ETH: Prof. André Rubbia
Industrie: Prophysik AG, Ruggell
Kommerzielle Datierungsanlagen
Forschungsarbeiten am PSI/ETH-Labor für Ionenstrahlphysik haben
gezeigt, dass es im Prinzip möglich ist, kompakte 14C-Datierungsanlagen
zu bauen. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine
Entwicklungszusammenarbeit mit der Industrie gegründet. Ziel
dieser Zusammenarbeit war der Aufbau eines Prototyps einer solchen
kompakten Beschleuniger-Massenspektrometrie-Anlage. Mit
dieser Anlage konnte gezeigt werden, dass die Spezifikationen für
14C-Datierungsmessungen erfüllt werden können. Basierend auf
diesen Resultaten und unter Verwendung des ETH/PSI-Konzeptes,
hat NEC ein kommerzielles Produkt entwickelt. Zurzeit sind mehrere
Anlagen dieses Typs in Betrieb oder im Aufbau.
ETH: Prof. Martin Suter, Dr. Hans-Arno Synal
Industrie: National Electrostatic Corp. (NEC), Middleton WI (USA)
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