Teilchendetektor

Erweiterte Suche
Dieser Artikel behandelt Detektoren für Teilchen, die eine Ruhemasse haben. Nachweisgeräte für die masselosen Photonen, also elektromagnetische Strahlung, werden im Artikel Strahlungsdetektor behandelt.

Ein Teilchendetektor ist ein Bauteil oder Messgerät zum Nachweisen freier, bewegter Moleküle, Atome oder Elementarteilchen. Da mit Teilchendetektoren Teilchen mit äußerst gegensätzlichen Eigenschaften nachgewiesen werden, gibt es viele verschiedene Teilchen- und Strahlungsdetektoren mit verschiedenen Wirkungsprinzipien.

Nachweis über elektromagnetische Wechselwirkung mit Materie

Gasgefüllte Ionisationsdetektoren

Modernes Dosisleistungsmessgerät. Im Inneren befindet sich ein Geiger-Müller-Zählrohr.
  • Ionisationskammer: Hier wird die durch ionisierende Strahlung erzeugte elektrische Ladung entweder als einzelne Stromimpulse oder in manchen Anwendungen als integrierter Strom gemessen.
    • Dosimeter: Eine kleine Ionisationskammer zum Feststellen der Strahlendosis, die eine Person z. B. in einem Kontrollbereich erhalten hat.
  • Proportionalzähler
  • Geiger-Müller-Zählrohr: Zählt einzelne ionisierende Teilchen unabhängig von ihrer Art und Energie. Je nach Aufbau (Eintrittsfenster) und Füllgas für verschiedene Teilchen geeignet
  • Funkenzähler (Streamer-Kammer)
  • Straw-Detektor
  • Vieldraht-Proportionalkammer (kurz: Drahtkammer, engl. multi-wire proportional chamber, MWPC)
  • Spurendriftkammer (engl. time projection chamber, TPC)
  • Widerstandsplattenkammer (engl. resistive plate chamber, RPC)
  • Mikrostrukturierte Gasdetektoren (engl. micro-pattern gas detector, MPGD) erreichen durch Verkleinerung der Auslese-Strukturen bessere Ortsauflösungen als „konventionelle“ Gasdetektoren und stellen deshalb ein aktives Forschungsgebiet dar. Darunter fallen:
    • Gas Electron Multiplier (kurz: GEM)
    • MicroMegas (engl. für micromesh gaseous structure)

Halbleiterdetektoren

In Halbleiterdetektoren erzeugt ionisierende Strahlung ähnlich wie in Ionisationskammern (s.o.) freie elektrische Ladungen. Diese Impulse werden durch entsprechende Schaltkreise (zum Beispiel Transistoren) verstärkt, die direkt mit dem Detektor zusammengebaut sein können.

So können Silizium-Pin-Fotodioden in Sperrrichtung bei geringer Betriebsspannung in einem abgeschirmtem lichtdichten und empfindlichen, hochohmigen Verstärker sowie anschließendem rauschunterdrückenden Diskriminator bzw. Komparator verwendet werden.

Szintillationsdetektoren

Der Szintillationsdetektor ist ein Detektor, der die Eigenschaft verschiedener Materialien ausnutzt, die beim Durchtritt ionisierender Teilchen erzeugte Anregung in Licht umzuwandeln. Das erzeugte Licht ist eine Funktion der vom Teilchen abgegebenen Energie. Der entstehende Lichtblitz wird zum Beispiel mit einer Photozelle mit nachgeschaltetem Sekundärelektronenvervielfacher nachgewiesen.

Spurdetektoren

Spuren in einer Nebelkammer

Tscherenkov-Detektoren

Ein Tscherenkov-Detektor ist ein Detektor, der den Tscherenkow-Effekt zur Detektion von Teilchen nutzt. Es gibt verschiedene Ausführungen, angefangen von der Messung, ob Licht ausgesendet wird (Schwellendetektor), bis zur Bestimmung von Richtung und Öffnungswinkel des Lichtkegels (zum Beispiel RICH und DIRC).

Tscherenkov-Detektoren können sehr groß sein und eignen sich daher als Neutrinodetektoren.

Weitere Verfahren

  • Übergangsstrahlungsdetektor (engl. Transition Radiation Detector, kurz TRD): Diese Detektoren bestehen üblicherweise aus einem Folienstapel senkrecht zur Richtung des Teilchendurchgangs. Durch den Nachweis von Übergangsstrahlung ist es möglich, die durchlaufenden Teilchen zu identifizieren.
  • Teilchendetektoren, die langsame Elektronen oder Ionen nachweisen: Die Teilchen lösen ein oder mehrere Elektronen in einer geeigneten Oberfläche aus, diese werden in einen Sekundärelektronenvervielfacher (beispielsweise Channeltron) vervielfacht und nachgewiesen
  • Elektromagnetisches Kalorimeter

Nachweis von nicht elektromagnetisch wechselwirkenden Teilchen

Literatur

  • Glenn F. Knoll: Radiation detection and measurement. 2nd ed. New York: Wiley, 1989. ISBN 0-471-81504-7.

Weblinks

Die cosmos-indirekt.de:News der letzten Tage

22.06.2022
Teilchenphysik
Lange gesuchtes Teilchen aus vier Neutronen entdeckt
Ein internationales Forschungsteam hat nach 60 Jahren vergeblicher Suche erstmals einen neutralen Kern entdeckt – das Tetra-Neutron.
22.06.2022
Festkörperphysik
Dunklen Halbleiter zum Leuchten gebracht
Ob Festkörper etwa als Leuchtdioden Licht aussenden können oder nicht, hängt von den Energieniveaus der Elektronen im Kristallgitter ab.
15.06.2022
Exoplaneten
Zwei neue Super-Erden in der Nachbarschaft
Unsere Sonne zählt im Umkreis von zehn Parsec (33 Lichtjahre) über 400 Sterne und eine stetig wachsende Zahl an Exoplaneten zu ihren direkten Nachbarn.
15.06.2022
Quantenphysik
Quantenelektrodynamik 100-fach genauerer getestet
Mit einer neu entwickelten Technik haben Wissenschaftler den sehr geringen Unterschied der magnetischen Eigenschaften zweier Isotope von hochgeladenem Neon in einer Ionenfalle mit bisher unzugänglicher Genauigkeit gemessen.
13.06.2022
Quantenphysik
Photonenzwillinge ungleicher Herkunft
Identische Lichtteilchen (Photonen) sind wichtig für viele Technologien, die auf der Quantenphysik beruhen.
10.06.2022
Kometen und Asteroiden | Sonnensysteme
Blick in die Kinderstube unseres Sonnensystems
Asteroiden sind Überbleibsel aus der Kinderstube unseres Sonnensystems und mit rund 4,6 Milliarden Jahren ungefähr so alt wie das Sonnensystem selbst.
07.06.2022
Galaxien | Sterne
Das Ende der kosmischen Dämmerung
Eine Gruppe von Astronomen hat das Ende der Epoche der Reionisation auf etwa 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall genau bestimmt.