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Konverterfolien für das Orbital-Projekt „AIDA” |
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Forschungsnachrichten der Abteilung 5 | ||||
| Konverterfolien für das Orbital-Projekt „AIDA” |
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| Die Arbeitsgruppe „Oberflächentechnologie” ist Partner in dem von der Braunschweiger ETAMAX GmbH koordinierten DLR Projekt AIDA — Advanced Impact Detector Assembly. Ziel dieser Machbarkeitsstudie im Vorfeld des anstehenden Projektes ist die Entwicklung eines Mikrokalorimeters zur Messung der kinetischen Energie kleinster Partikel im Weltraum. Die etwa 4000 Raketenstarts seit Beginn der Raumfahrt haben nach Schätzungen rund 100 Millionen Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm in den Orbit getragen. Die Zahl der Teilchen kleiner als 1 mm ist noch deutlich größer. Aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit von bis zu 10 km/s können auch Teilchen mit einem Durchmesser im Mikrometer-Bereich gravierende Schäden an Raumfahrzeugen hervorrufen. Es ist die Aufgabe dieses Projektes, eine bessere Kenntnis über die Verteilungsdichten (kinetische Energie und räumliche Verteilung) solcher Teilchen zu erzielen. Die im Wissenschaftlichen Gerätebau der PTB entwickelten, gefertigten und noch zu fertigenden Folien dienen hierbei als ein Konverter von kinetischer Energie in Wärme. Die Wärme wird von einem mit der Folie direkt verbundenen Thermopile-Array (entwickelt und hergestellt vom IPHT Jena) aufgenommen, welches wiederum ein Spannungssignal erzeugt, das von der Elektronik verarbeitet wird. Zur Bearbeitung der Au-Folie wird diese auf einem hochebenen Quarzglasträger fixiert, welcher unter einem Laserstrahl von einer Präzisionsrobotik bewegt wird. Es werden 16 x 16 Quadrate mit einer Kantenlänge von 3,6 mm erzeugt. Die Dicke der Au-Folie von 50 µm bestimmt sich direkt aus der kinetischen Energie der Teilchen, deren Konzentration im Orbit gemessen werden soll. Bild 1 zeigt die bearbeitete und gereinigte Au-Folie. Um die thermische Belastung der Folie gering zu halten, erfolgte die Bearbeitung in mehreren Durchgängen. Eine Absaugung verringert die Zahl der auf die Folie zurückfallenden, abgetragenen Partikel deutlich.. Der Schnitt weist eine trichterförmige Struktur auf. Die Breite des Schnittspaltes beträgt am Fuß lediglich 17 µm. Es ist das Ziel der Bearbeitung, diesen Spalt möglichst gering zu halten, damit eine maximale Detektionsfläche zur Verfügung steht. |
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| Bild 1: Bearbeitete und gereinigte Au-Folie. Die Breite der Schnittlinien beträgt ca. 17 µm. Die einzelnen Foliensegmente werden an den jeweiligen Ecken zusammengehalten. | |||||
| Bisher konnten zwei Prototypen zur Fertigung eines Demonstrationsdetektors geliefert werden. Eine weitere Optimierung wird den Wissenschaftliche Gerätebau in die Lage versetzen, die für das Projekt in der Summe notwenigen neun Au-Folien herzustellen und zu liefern. Die entwickelte Technologie (u.a. die Handhabung der dünnen und nach der Bearbeitung zerreißgefährdeten Folien) ist hinreichend flexibel, so dass bei Bedarf auch Folien anderer Dicken mit der gleichen Präzision hergestellt werden können, um unterschiedliche Energiebereiche abdecken zu können. | |||||
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| Bild 2: Fertigungsvorrichtung | |||||
| [1] M. Kobusch, S. Sarge, K.D. Bunte, T. Fichna, D. Hagedorn, F. Jäger, R. Meeß, “Microcalorimeter array for the measurement of kinetic energies of small particles in space” , tbp in Thermochimica Acta | |||||
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