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Teilchendetektoren
- Ionisationskammer
Ionisationsdetektoren
dienen zur Messung der Energie, die ein Teilchen beim Durchqueren eines
Mediums durch Ionisation verliert.
Ionisationskammern
bestehen aus einer mit Gas gefüllten Kammer und zwei Kondensatorplatten.
An den Platten liegt eine elektrische Spannung an (siehe rechte Abbildung).
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Tritt
ein ionisierendes Teilchen in das Medium ein, erzeugt es auf seiner
Flugbahn Elektronen-Ionen-Paare (siehe rechte Abbildung).
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Durch
die anliegende Spannung werden die Ladungsträger getrennt und driften
sofort entlang der elektrischen Feldlinien.
Die Bewegung der Ladungsträger
wird als Stromstoß registriert (siehe rechte Abbildung).
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Durch Variation der angelegten Spannung erhält man unterschiedlich wirkende Detektoren (siehe rechte Graphik und die folgenden
Erklärungen dazu):
- Rekombinationsbereich
Die Elektronen und
Ionen können kurz nach ihrer Erzeugung rekombinieren und nur ein kleiner
Teil von ihnen erzeugt ein Signal. Dieser Bereich wird in keinem Detektor verwendet.
- Ionisationsbereich
Alle erzeugten Elektronen und Ionen tragen zum Signal bei. So entspricht das Signal der tatsächlichen
Anzahl von Ionisationen. Dieser Bereich wird in der Ionisationskammer
verwendet.
- Proportionalbereich
Die erzeugten Elektronen
werden so stark beschleunigt, dass sie ihrerseits zusätzliche Atome
ionisieren können. Das Ausgangssignal ist größer, aber
immer noch proportional zur Anzahl der Ionisationen. Dieser Bereich wird
in der Proportionalitätskammer bzw. Proportionalitätsröhre verwendet.
- Geiger-Bereich
In diesem Bereich
führt eine Ionisation zu Elektronen- und Ionenlawinen. Es entsteht
ein sehr starkes Signal, das nicht mehr proportional zur Anzahl der Ionisationen
ist. Dieser Bereich wird im Geiger-Müller-Zähler (H. Geiger, 1921) verwendet,
der zur Detektierung von Ereignissen geeignet ist.
- Entladungsbereich
Bei genügend großer Spannung kommt es schließich zum Spannungsdurchbruch,
der eine kontinuierliche Entladung des Mediums zur Folge hat. Damit ist
die Kammer für Ionisation durch einfliegende Teilchen nicht mehr empfindlich.
Ionisationskammern werden meist als Geiger-Müller-Zähler
verwendet, um Strahlung zu detektieren. In Großdetektoren werden häufig Drahtkammern
 verwendet, deren
Funktionsweise beruht auf dem Prinzip der Ionisationskammern. Manchmal verwendet man auch Proportionalitätsröhren,
die als Matrix angeordnet werden, um eine zusätzliche Ortsauflösung zu erhalten.
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