Teilchendetektor

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Dieser Artikel behandelt Detektoren für Teilchen, die eine Ruhemasse haben. Nachweisgeräte für die masselosen Photonen, also elektromagnetische Strahlung, werden im Artikel Strahlungsdetektor behandelt.
Einer der größten Teilchendetektoren ist Teil des ALICE-Eperiments des CERN. Rechts außen im Bild Personen

Ein Teilchendetektor ist ein Bauteil oder Messgerät zum Nachweisen freier, bewegter Moleküle, Atome oder Elementarteilchen. Da mit Teilchendetektoren Teilchen mit sehr verschiedenen Eigenschaften nachgewiesen werden, gibt es viele verschiedene Teilchen- und Strahlungsdetektoren mit verschiedenen Wirkungsprinzipien. Bei den meisten Detektoren werden die auftreffenden Teilchen als einzelne Ereignisse registriert; die mittlere Ereigniszahl pro Zeiteinheit heißt dann Zählrate.

Nachweis über elektromagnetische Wechselwirkung mit Materie[Bearbeiten]

Gasgefüllte Ionisationsdetektoren[Bearbeiten]

Modernes Dosisleistungsmessgerät. Im Inneren befindet sich ein Geiger-Müller-Zählrohr.

Halbleiterdetektoren[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Spuren in einer Nebelkammer

Tscherenkow-Detektoren[Bearbeiten]

Ein Tscherenkow-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).

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

Weitere Verfahren[Bearbeiten]

  • 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 ungeladenen Teilchen[Bearbeiten]

Detektoren in der Hochenergiephysik[Bearbeiten]

In Experimenten der Hochenergiephysik, also der experimentellen Teilchenphysik, ist ein Detektor meist eine Kombination aus vielen Einzeldetektoren gleichen oder verschiedenen Typs. Dies ist sinnvoll und nötig, weil die zu beobachtenden Teilchen lange Reichweiten in Materie haben und weil viele Teilchen aus ein und demselben Stoßvorgang zugleich identifiziert und gemessen werden müssen. Beispiele sind etwa die Detektoren ATLAS, ALICE, Compact Muon Solenoid an der derzeit größten Beschleunigeranlage, dem Large Hadron Collider.

Literatur[Bearbeiten]

  • Glenn F. Knoll: Radiation detection and measurement. 2nd ed. New York: Wiley, 1989. ISBN 0-471-81504-7.
  • C. Grupen: Teilchendetektoren, Spektrum Akadem. Verlag, 1993, ISBN 978-3411165711.
  • W. R. Leo: Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlag, 1987, ISBN 3-540-17386-2.

Weblinks[Bearbeiten]