Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 4 EXPERIMENTELLE TECHNIKEN
4.3.1 Ionisationskammer (Zählrohr)
Prinzip: Ionisierende Strahlung fällt auf Zählgas in Kammer zwischen Kondensatorplatten
→ Ionisierung: e − → + Platte; Ion + → - Platte ⇒ Strompuls
Kondensator mit V(klein) vorgespannt: Alle Ladungen erreichen Kondensatorplatten: Signal ist
abhängig von Teilchenart, unabhängig von V.
V > V Schwelle1 : Proportionalbereich: Durch Strahlung erzeugte Ladung kann selbst Ionisieren →
Verstärkung ∝ V; Teilchenselektivität bleibt erhalten
V > V Schwelle2 : Teilchenselektivität geht verloren: Ionisation sättigt ⇒ Geiger Müller Zähler
10 7 V/M ⇒ Strompuls sehr hoch, aber keine Teilchenselektivität
Teilchenselektivität durch wahl geeigneter Filterfenster (z.B. absorbieren α)
Detektion von Neutronen BF 3 als Zählgas: 10
5 B + n → 7 3Li + α (ionisiert)
Aufbau Geiger-Müller-Zähler: (Skizze nicht im Skript)
⃗E =
V
rln ( a
)⃗e r mit b = Drahtradius, a = Zählrohrradius
b
typisch: a = 1 cm, b= 100 µm → | ⃗ E|(r ≈ b) ≈ 10 7 V/m
4.3.2 Szintillationszähler
Strahlung → Szintillatorkristall (Medien, die Strahlung mit hoher Effizienz in Lichtpulse (sichtbar)
umwandeln)
Photoeffekt + Rekombination. z.B.: NaI + Tl-Dotierung (Thallium)
→ Lichtblitze auf Photomultiplier
N P hoton = α ·
E kin
hν P hoton
⇒ (+) schnell: Ansprechzeit ≈ 10ns, hohe Effizienz, Nachweis-Wahrscheinlichkeit
(-) Betrieb im Dunkeln und bei geringer Luftfeuchte
4.3.3 Halbleiter-Detektor
z.B. p-n-Diode aus Silizium
Teilchen regen in Verarmungszone (am p-n-Übergang) Elektron-Loch-Paare an.
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