3.1 – Ionisationskammer

 

Eine Ionisationskammer ist ein Plattenkondensator, der mit Gas gefüllt ist. Wenn von außen ein Teilchen eindringt, ionisiert es die Gasatome, so dass sich die entstehenden Ionen und Elektronen im elektrischen Feld auf entgegengesetzte Elektroden hinbewegen. Die Ladungsträger haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen unterschiedliche Geschwindigkeiten, mit denen sie durch das Gas driften können. Die schnelleren Elektronen bewegen sich einige Zentimeter pro Millisekunde, die schweren Ionen hingegen sind etwa um den Faktor 1000 langsamer. Daher wird stets die Elektronenladung gesammelt, um einen schnellen elektrischen Puls zu erzeugen.

3.1.1 Standard-Ionisationskammer

Aufbau:

ionisationskammer-teilchendetektor

In der Ionisierungskammer werden z.B. folgende Gase verwendet:

Ar, CH4, C4H10 (Butan), CF4

Voraussetzung:

{E_{kin}} > {E_{Ionisation}}

Gemessene Spannung bei eintreffendem Teilchen:

ionisationskammer-gemessene-spannung

3.1.2 Ionisationskammer mit Frischgitter

In dieser abgewandelten Version der Ionisationskammer wird außer der Kathode eine geteilte Anode verwendet. Zwischen den beiden befindet sich als zusätzliche Elektrode das sogenannte Frisch-Gitter. Dieses trennt den Kollektorraum vor der Anode vom empfindlichen Volumen. Dadurch driften die Elektronen, unabhängig von ihrem Entstehungsort, zunächst zum Gitter. Erst wenn sie dieses passiert haben, wird am Anodenwiderstand ein Signal erzeugt. Durch die geteilte Anode stellt die Ionisationskammer ein Zwei-Detektorsystem dar. Im ersten Teil nach dem Teilcheneintritt wird der Energieverlust der Teilchen aufgrund ihrer spezifischen Ionisation gemessen, woraus die Teilchensorte bestimmt wird. Im zweiten Teil der Kammer verlieren die Teilchen den Rest ihrer kinetischen Energie.

Aufbau:

ionisationskammer-frischgitter-aufbau-schema

Schaltplan:

ionisationskammer-frischgitter-schaltplan

Gemessene Spannung bei eintreffendem Teilchen:

frischgitter-spannung-gemessen-verlauf

Aus {U_{Kathode}} und {U_{Anode}} kann der Ort des Teilchens bestimmt werden. Energie des Teilchens:

{E_{Teilchen}} = \frac{q}{e} \cdot \left\langle {{E_{Ionisierung}}} \right\rangle = N \cdot \left\langle {{E_{Ionisierung}}} \right\rangle

\approx N \cdot 3{E_{Bind}},\quad \quad f\ddot ur\:\:{E_{Teilchen}} \gg {E_{Bind}}

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