IEKP-KA/2013-8 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

30 4. Der Übergangsstrahlungsdetektor
(a)
(b)
Abbildung 4.4.: (a) Energieabhängigkeit des Massenabsorptionskoeffizienten µ in Blei
Z Pb = 82 und (b) Bereiche in denen Photoeffekt, Compton Effekt oder
Paarbildung dominieren in Abhängigkeit der Kernladungszahl Z des Absorbers
und der Photonenenergie [34].
das freie Elektron dann zum Anodendraht hin beschleunigt. Das elektrische Feld nimmt
durch die Zylindersymmetrie der Anordnung mit E(r) ∝ 1/r zur Mitte hin stark zu und
beschleunigt Elektronen in der direkten Umgebung des Anodendrahtes so stark, dass diese
durch weitere Ionisation eine Ladungslawine erzeugen. Diese löst bei Auftreffen auf den
Draht ein messbares Signal proportional zur im Gas deponierten Energie aus. Da nur in
direkter Umgebung des Anodendrahtes Lawinenbildung eintritt, ist die Verstärkung unabhängig
vom Abstand des Ionisationspunktes. Die Gasverstärkung hängt jedoch von der
Zusammensetzung und dem Druck des Gases, sowie der angelegten Hochspannung ab.
Die Energieabgabe geladener Teilchen pro Weglänge dE/dx durch Ionisationsprozesse im
Detektorgas lässt sich dabei durch die Bethe-Bloch-Formel
− dE
dx = 4πN Arem 2 e c 2 z 2 Z [
1
A β
ln 2m ec 2 γ 2 β 2
I
− β 2 − δ 2
]
(4.4)
mit
z: Ladung des einfallenden Teilchens
Z,A: Kernladungszahl und Massenzahl des Absorbers
m e : Elektronenmasse
r e : klassischer Elektronenradius r e = 1 e
4πɛ 0
· 2
m ec 2
N A : Avogadro-Konstante
I: Für den Absorber charakteristische Ionisationskonstante
beschreiben [34]. Protonen, die wenig Übergangsstrahlung aussondern werden daher in den
Proportionaldrahtkammern nur ein Signal durch Ionisation hinterlassen, während Elektronen
durch das Emittieren von Übergangsstrahlung wesentlich mehr Energie im Detektor
deponieren. Die Verteilung der durch Ionisation deponierten Energie folgt dabei wie in
Abbildung 4.5 gezeigt einer Landau Verteilung [35].
4.3. Gassystem und Betrieb auf der ISS
Wie beschrieben erfolgt der Nachweis geladener Teilchen und Übergangsstrahlungsphotonen
durch Ionisation des dafür besonders geeigneten Xenongases. Das zugesetzte Kohlen-
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