Wie repräsentativ sind beschleunigte Alterungsmessungen mit Röntgenstrahlen?

Für die Interpretation von beschleunigten Alterungsmessungen durch hohe Photonenflüsse einer Röntgenröhre sind einige Punkte zu bemerken:

• Die Konversion eines Cu- $\rm K_{\alpha}$-Photons erzeugt ungefähr 320 Primärelektronen und damit rund 10 mal mehr als ein minimalionisierendes Teilchen beim Durchfliegen des 3 mm hohen Gasvolumens des Driftraumes (siehe Kapitel 4.3 und 4.6.5). Betreibt man die GEM-MSGC mit den für die später vorgesehene Gasverstärkung erforderlichen Betriebsspannungen an der GEM-Folie und an den Kathoden, so ist die Ionendichte in der Lawine bei einem Betrieb mit Röntgenstrahlen ebenfalls 10 mal höher als bei minimalionisierenden Teilchen.
  Ist die aller Ansicht nach für Alterung verantwortliche Polymerisationsrate proportional zur Radikaldichte, die ihrerseits proportional zur Elektronendichte in der Lawine sein wird, dann ist bei Röntgenbestrahlung die Belastung deutlich höher.
• Auch bei einer Beschleunigung der Alterungsmessung durch Erhöhung des Teilchenflusses ist die Ionendichte in Anodennähe höher als bei nominellem Teilchenfluß. Damit steigt auch wieder die Radikaldichte und die Polymerisationsrate. Es ist nicht offensichtlich, ob ein höherer Gasfluß durch den Detektor dies wieder ausgleichen kann, da die Ionen und Radikale in der Gasverstärkungslawine nicht ausreichend langlebig sind, um sich durch den Gasfluß nennenswert zu bewegen. Nur langlebige Komponenten wie Fragmente oder Verunreinigungen, die durch Ausgasen oder in der Lawine selbst erzeugt werden, können durch den Gasfluß aus dem Detektorvolumen gespült werden. Durch eine Erhöhung des Gasflusses ist außerdem nicht sichergestellt, daß auch tatsächlich das Gas im Detektor häufiger ausgetauscht wird. Durch die Bildung von Wirbeln oder Strömungen können Bereiche entstehen, in denen das Gas nur wenig ausgetauscht wird.
• Aufgrund der unterschiedlichen Energiedeposition durch Konversion von Photonen und durch den Energieverlust von minimalionisierenden Teilchen ist die Strahlenbelastung im Material verschieden.
  So ist z. B. die lokale Energiedeposition in der diamond-like Coating-Schicht bei Konversion eines Photons deutlich höher als der Energieverlust eines minimalionisierenden Teilchens. Durch die geringe Konversionswahrscheinlichkeit für Photonen in der dünnen Kohlenstoffschicht ist jedoch die Flächenbelastung der Schicht bei gleichem Teilchenfluß mit minimalionisierenden Teilchen um eine Größenordnung höher. Durch die Strahlenbelastung gegebenenfalls verursachte Veränderungen der Coating-Schicht, die zu Veränderungen der Feldstruktur zwischen Anoden und Kathoden führen, können also im Experiment anders sein als bei den Labortests.
  Kommt es durch Bestrahlung zu einem verstärkten Ausgasen von Verunreinigungen aus den Baumaterialien, so sind auch hier Unterschiede zwischen Labortests und Experiment möglich.
• Es war bisher allgemein üblich, nur jeweils kleine Flächen von wenigen Quadratmillimeter des Detektors zu bestrahlen. Sollte dieser Bereich durch Anodenalterung geschädigt sein, so bleiben dann genügend andere unbestrahlte Bereiche für weitere Tests, ohne daß durch einen neuen Testdetektor wieder andere Parametersätze berücksichtigt werden müssen. Neuere Untersuchungen in unserer Arbeitsgruppe zeigen jedoch, daß eine Bestrahlung auf kleiner Fläche im Vergleich zu großflächiger Bestrahlung ein zu optimistisches Bild des Alterungsverhaltens geben können [Ric99].

Also können Alterungsmessungen mit Röntgenstrahlen im Labor nur der erste Schritt sein. Es ist notwendig, auch eine großflächige und intensive Bestrahlung mit Teilchen, z. B. am Paul-Scherrer-Institut, Villigen (Schweiz), durchzuführen. Dies macht jedoch nur dann Sinn, wenn die Tests im Labor zu keiner Alterung der Detektoren führten.