Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer

3.2.2 Ionisationsvermögen der ausgewählten Teilchen
An dieser Stelle wäre es interessant zu wissen, wie stark die Ionisationsvermögen
von α-Teilchen, Protonen, Elektronen und Myonen sich quantitativ
voneinander unterscheiden.
Zu Myonen und Elektronen wurden bereits im Abschnitt 1.4 Angaben
von C. Grupen zu Ionisationsverlusten in Luft aufgeführt. Dabei ergab sich,
dass Elektronen mit Impulsen27 zwischen 0, 1 MeV/c und 84 MeV/c und
Myonen zwischen 100 MeV/c und 10 GeV/c minimal ionisierend mit dem
Energieverlust 2 − 2, 5 keV
cm
sind. Zur Erzeugung eines Elektron-Ion-Paares in
Stickstoff-Gas (N2), das den Großteil der Erdatmosphäre ausmacht, braucht
man laut C. Grupen [15] unabhängig vom Typ des ionisierenden Teilchens
eine mittlere Energie (W-Wert) von 35 eV. Da nach Abbildung 1.3 von A.
Langsdorf [5] der Partialdruck des Dampfes p1 in der sensitiven Schicht verschwindend
klein ist und der des Füllgases, in diesem Fall Luft, gegen 1 atm
strebt, besteht die Kammeratmosphäre in diesem Bereich hauptsächlich aus
Luft und eine Näherung durch Daten für Stickstoff ist gerechtfertigt. Somit
produzieren Elektronen (bzw. Positronen) und Myonen etwa 60 − 70 Tröpfchen
pro cm Wegstrecke.
Da die dünnen Spuren am unteren Rand der Sichtbarkeit liegen, kann
man das Ionisationsvermögen von 2 − 2, 5 keV
cm
bzw. 50 Tropfen pro cm als
kritische Werte für die Sichtbarkeit von Spuren in der gebauten Diffusionsnebelkammer
annehmen.
Zur Berechnung dieser Größe für α-Teilchen und Protonen wurden die
entsprechenden Daten28 in (1.14) eingesetzt. So ergibt sich für ein α-Teilchen
mit der kinetischen Energie von 5, 5 MeV, die typisch für natürliche α-
Strahlung ist, ein Ionisationsvermögen von 952, 6 keV,
was für die Tröpf-
cm
chendichte in der Nebelspur 27, 2 · 103 cm−1 bedeutet. Damit erklärt sich
das sehr intensive Auftreten der Spuren von α-Teilchen. Zum Vergleich wurde
das Ionisationsvermögen eines Protons mit derselben kinetischen Energie
(5, 5 MeV) berechnet. Mit 83, 9 keV liegt es deutlich unter dem Wert für α-
cm
Teilchen. Die entsprechende Tröpfchendichte lautet dann 2397 cm−1 . Damit
27 Die Umrechnung der kinetischen Energie Ekin zu Impuls p erfolgt nach der Formel
Ekin := E − m0c 2 =
�
m2 0c4 + p2c2 − m0c 2 �
⇒ pc = (Ekin + m0c2 ) 2 − m2 0c4 .
So folgt für Elektronen (m0 = me) und Myonen (m0 = mµ):
e− : Ekin ⇒ pc
0, 01 MeV ⇒ 0, 102 MeV
84 MeV ⇒ 84, 509 MeV
µ: Ekin ⇒ pc
40 MeV ⇒ 100, 263 MeV
10 4 MeV ⇒ 10, 105 GeV
28 nach C. Grupen [15]: Z = 7, 3; ρ = 1, 3 · 10 −3 g
cm 3 ; zα = 2;
A = 14, 4; I = 95, 74 eV; zp = 1.
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