Optimierung eines kryogenen Stromkomparators für den Einsatz als Strahlmonitor

Die berührungslose, rückwirkungsfreie Überwachung von Teilchenstrahlen im nA-Bereich ist eine der Herausforderungen in der Beschleunigertechnik. Eine Möglichkeit zur Lösung dieser Aufgabe ist die Detektion des vom Teilchenstrahl ausgehendenden Magnetfeldes. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Detektorsystem das auf dem Prinzip des kryogenen Stromkomparators (engl. Cryogenic Current Comparator, CCC) basiert hinsichtlich der rauschbegrenzten Auflösung optimiert. Beim kryogenen Stromkomparator erfolgt die Messung des Magnetfeldes mit einer supraleitenden Pick-up-Spule und einem supraleitenden Stromsensor (DC-SQUID), welche von einer supraleitenden Abschirmung umgeben sind. Es lässt sich zeigen, dass die rauschbegrenzte Auflösung des Detektors maßgeblich von den Tieftemperatureigenschaften der Pick-up-Spule und somit des verwendeten ferromagnetischen Kernmaterials der Spule bestimmt wird. Hierzu wurden umfangreiche temperatur- und frequenzabhängige Untersuchungen an amorphen und nanokristallinen Kernmaterialien bezüglich ihrer Permeabilität und deren Rauschbeitrag durchgeführt. Auf der Basis der erhaltenen Resultate wurde ein optimierter kryogener Stromkomparator aufgebaut, dessen rauschbegrenzte Auflösung signifikant gegenüber bereits erprobten Vorgängermodellen gesenkt werden konnte