Strahlungsdetektor

Dieser Artikel behandelt Detektoren für elektromagnetische Strahlung. Nachweisgeräte für Teilchenstrahlung werden im Artikel Teilchendetektor behandelt.

Ein Strahlungsdetektor ist ein Bauteil zur Messung elektromagnetischer Strahlung. Je nach Bauweise des Detektors kann Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge nachgewiesen werden. Viele Strahlungsdetektoren können zugleich als Teilchendetektoren dienen.

Funktionsweise

Die Funktionsweise eines Strahlungsdetektors beruht auf elektromagnetischen Wechselwirkungen der Photonen, also der Feldquanten des elektromagnetischen Feldes, mit den Elektronen oder Atomkernen des Detektormaterials (häufig Edelgase oder Halbleiter).

Je nach Detektorart macht man sich verschiedene Wechselwirkungsmechanismen zunutze.

Am häufigsten ist die Wechselwirkung mit den Elektronen (der Photoeffekt). Ist die Energie des Photons gleich groß oder größer als die Bindungsenergie des Elektrons, so kann das Elektron durch das Photon aus dem Atomverbund gelöst werden. Dieses Elektron lässt man durch Anlegen eines elektrischen Feldes zur Anode driften, und dort lässt es sich durch die Messung des elektrischen Stroms oder der elektrischen Ladung nachweisen. Das Licht im sichtbaren und nahen Infrarotbereich kann die relativ schwach gebundenen Valenzelektronen herausschlagen, die deutlich höherenergetische Röntgen- und Gammastrahlung wechselwirkt überwiegend mit den stärker gebundenen inneren Elektronen.

Die Energie des Elektrons ist gleich der Differenz der Energie des einfallenden Photons und der Bindungsenergie des Elektrons. Ist die Energie des Elektrons hoch genug, so kann es weitere Atome ionisieren, so dass zahlreiche Elektronen frei werden und nachgewiesen werden können. Bei Röntgenstrahlung ist die Anzahl der generierten Elektronen proportional zur Energie des einfallenden Photons.

Beispiele

  • Photozellen zum Nachweis von Licht (NIR bis UV) und dessen Quantenenergie (veraltet)
  • Photomultiplier als hochempfindliche Detektoren (bis zum Einzelphotonennachweis) für NIR bis UV, gekoppelt mit Szintillatoren auch für hochenergetische Strahlung (Röntgen- oder Gammastrahlung)
  • Fotowiderstände, Photodioden (siehe auch: pin-Photodiode, Avalanche-Photodiode) und Fototransistoren zum Nachweis von sichtbarem Licht, NIR und UV
  • CCD-Sensoren zum ortsaufgelösten Nachweis von sichtbarem Licht, NIR und UV
  • Zählrohre zum Nachweis der meisten Arten ionisierender Strahlung
  • Halbleiterdetektoren aus Silizium oder Germanium zum Nachweis von hochenergetischer Ultraviolettstrahlung (Vakuum-UV, Extrem-UV), sowie Röntgen- und Gammastrahlung
  • Bolometer, Thermoelement, Golay-Zelle und pyroelektrische Sensoren (z. B. in Niedertemperatur-Pyrometern) weisen die Strahlung aufgrund der von ihr hervorgerufenen Temperaturunterschiede nach.
  • Fotoplatten oder -filme, in denen die Strahlung bleibende chemische Veränderungen bewirkt, die sich durch die Entwicklung sichtbar machen lassen.
  • IR-Sensorkarten wandeln infrarote Strahlung durch nichtlineare Effekte in sichtbares Licht um
  • Szintillationszähler wandeln die Energie, die die Wechselwirkung hochenergetischer Quanten oder Elementarteilchen in einem Szintillator freisetzt, in Lichtblitze um und messen über die Lichtmenge pro Blitz auch deren Quanten- oder Teilchenenergie. Diese können auch in Hodoskopen zur Verfolgung der Teilchenbahnen eingesetzt werden.

Siehe auch

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

12.01.2021
Quantenoptik
Schnellere und stabilere Quantenkommunikation
Einer internationalen Forschungsgruppe ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen.
11.01.2021
Quantenoptik - Teilchenphysik
Elektrisch schaltbares Qubit ermöglicht Wechsel zwischen schnellem Rechnen und Speichern
Quantencomputer benötigen zum Rechnen Qubits als elementare Bausteine, die Informationen verarbeiten und speichern.
11.01.2021
Galaxien
ALMA beobachtet, wie eine weit entfernte kollidierende Galaxie erlischt
Galaxien vergehen, wenn sie aufhören, Sterne zu bilden.
08.01.2021
Optik - Teilchenphysik
Umgekehrte Fluoreszenz
Entdeckung von Fluoreszenzmolekülen, die unter normalem Tageslicht ultraviolettes Licht aussenden.
08.01.2021
Festkörperphysik - Teilchenphysik
Weyl-Punkten auf der Spur
Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind.
07.01.2021
Raumfahrt - Festkörperphysik - Quantenoptik
MOONRISE: Schritt für Schritt zur Siedlung aus Mondstaub
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub.
07.01.2021
Astrophysik - Relativitätstheorie
Konstanz von Naturkonstanten in Raum und Zeit untermauert
Moderne Stringtheorien stellen die Konstanz von Naturkonstanten infrage. Vergleiche von hochgenauen Atomuhren bestätigen das jedoch nicht, obwohl die Ergebnisse früherer Experimente bis zu 20-fach verbessert werden konnten.
05.01.2021
Thermodynamik
Weder flüssig noch fest
E
05.01.2021
Quantenoptik
Mit quantenlimitierter Genauigkeit die Auflösungsgrenze überwinden
Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind.
22.12.2020
Galaxien - Sterne
Wie sich Sterne in nahe gelegenen Galaxien bilden
Wie Sterne genau entstehen, ist nach wie vor eines der grossen Rätsel der Astrophysik.