Detektoren für ionisierende Strahlung

Geiger-Zähler

Ein Geiger-Zähler besteht aus einem zentralen Draht in einem hohlen Metallzylinder, der mit Gas bei niedrigem Druck gefüllt ist. Zwischen dem Zylinder und dem Draht wird eine elektrische Spannung so angelegt, dass der Draht positiver als der Zylinder ist. Wenn Strahlung in die Röhre eintritt und ein Atom im Gas ionisiert, wird das freigesetzte Elektron zum positiv geladenen zentralen Draht hingezogen. Während seiner Beschleunigung zum Draht kollidiert das Elektron mit anderen Atomen und setzt weitere Elektronen frei. Diese wiederum setzen mehr Elektronen frei, was zu einer Kaskade von Elektronen führt, die sich zum Draht bewegen. Diese verursachen einen kurzen elektrischen Stromimpuls, der ein mit der Röhre verbundenes Zählgerät aktiviert. Verstärkt führt dieser Stromimpuls zu dem bekannten Knacken (oder Klickgeräusch), das mit Strahlungsmessgeräten assoziiert wird.

Nebelkammer

Eine Nebelkammer zeigt den sichtbaren Weg ionisierender Strahlung in Form von Nebelspuren. Sie besteht aus einem Glaszylinder, der an seinem oberen Ende durch eine Glasscheibe und am anderen Ende durch einen beweglichen Kolben verschlossen ist. Die Kammer kann durch Anpassung des Kolbens mit gesättigtem Wasser- oder Alkoholdampf gefüllt werden. Eine radioaktive Probe wird in die Kammer gebracht. Wenn die Strahlung die Kammer durchquert, werden entlang ihrer Bahn (Trajektorie) Ionen erzeugt. Wenn die gesättigte Luft in der Kammer durch schnelles Zurückziehen des Kolbens abgekühlt wird, kondensiert der Dampf zu winzigen Feuchtigkeitströpfchen an diesen Ionen und bildet Spuren, welche die Bahnen der Strahlung zeigen. Sie sind die atomaren Äquivalente der Kondensstreifen aus Eiskristallen, die Flugzeuge am Himmel hinterlassen.

Blasenkammer

Die Teilchenspuren in einer Blasenkammer sind winzige Gasbläschen in überhitztem flüssigem Wasserstoff. Der flüssige Wasserstoff wird unter Druck in einer Kammer aus Glas und Edelstahl auf eine Temperatur knapp unter seinem Siedepunkt gehalten. Wenn der Druck in der Kammer plötzlich gesenkt wird, während ein Teilchen hindurchfliegt und Ionen erzeugt, wird die Flüssigkeit kurzzeitig überhitzt und es bildet sich eine dünne Spur von Blasen entlang der Flugbahn des Teilchens. Die gesamte Flüssigkeit beginnt zu kochen, aber bevor dies geschieht, können Fotos der kurzlebigen Spuren gemacht werden. Befindet sich die Blasenkammer in einem Magnetfeld, erlauben die Spuren Rückschlüsse auf Ladung und Masse der Teilchen.

Funkenkammer

Eine Funkenkammer ist ein Zähler, der aus einer Reihe dicht beieinander liegender, paralleler Platten besteht. Jede zweite Platte ist geerdet, und die dazwischenliegenden Platten werden auf einer hohen Spannung von etwa 10 kV gehalten. Wenn geladene Teilchen die Kammer durchqueren, werden im Gas zwischen den Platten Ionen erzeugt. Die Entladung entlang des Ionenpfades erzeugt einen sichtbaren Funken zwischen den Plattenpaaren. Eine Spur aus vielen Funken zeigt die Flugbahn des Teilchens. Ein anderes Design wird als Streamer-Kammer bezeichnet, die nur zwei Platten hat und bei der sich die Entladung entlang der gesamten Teilchenbahn ausbreitet.

Szintillationszähler

Ein Szintillationszähler nutzt die Eigenschaft bestimmter Stoffe (Szintillatoren), die leicht anregbar sind und Licht aussenden (szintillieren), wenn geladene Teilchen oder Gammastrahlen sie durchqueren. Die winzigen Lichtblitze oder Szintillationen werden durch spezielle Photomultiplier (Fotomultiplier) in elektrische Signale umgewandelt. Ein Szintillationszähler ist wesentlich empfindlicher für Gammastrahlen als ein Geiger-Zähler und kann die Energie der geladenen Teilchen oder Gammastrahlen messen, die im Detektor absorbiert werden.