Partikkeldetektor
En partikkeldetektor er en komponent eller måleinstrument for å oppdage frie, bevegelige molekyler , atomer eller elementære partikler . Siden partikler med veldig forskjellige egenskaper oppdages med partikkeldetektorer , er det mange forskjellige partikkel- og strålingsdetektorer med forskjellige driftsprinsipper. Med de fleste detektorer blir partiklene som treffer dem registrert som individuelle hendelser; gjennomsnittlig antall hendelser per tidsenhet kalles da tellefrekvensen .
Bevis for elektromagnetisk interaksjon med materie
Gassfylte ioniseringsdetektorer
- Ioniseringskammer : Her måles den elektriske ladningen som genereres av ioniserende stråling enten som individuelle strømpulser eller, i noen applikasjoner, som en integrert strøm.
- Proporsjonal teller
- Geiger-Müller motrør : Teller individuelle ioniserende partikler uavhengig av type og energi. Egnet for forskjellige partikler avhengig av struktur (inngangsvindu) og fyllingsgass
- Gnistdisk (streamerkammer)
- Multi-wire proporsjonal kammer (kort wire kammer, Eng. Multi-wire proporsjonal kammer , MWPC)
- Tidsprojeksjonskammer (Engl. Time projection chamber TPC)
- Resistive plate chamber (Engl. Resistive plate chamber , RPC)
-
Mikrostrukturerte gassdetektorer (. Engelsk mikro-mønster gassdetektor , MPGD) oppnådd ved å redusere utlesningsstrukturene bedre romlig oppløsning enn 'konvensjonelle' gassdetektorer og representerer derfor et aktivt forskningsområde faller under
- Gasselektronmultiplikator (kort: GEM)
- Micromegas (engelsk for microgassformet struktur )
Halvlederdetektorer
I halvlederdetektorer genererer ioniserende stråling gratis elektriske ladninger som ligner på ioniseringskamrene (se ovenfor). Disse pulser forsterkes av passende kretser (for eksempel transistorer) som kan settes sammen direkte med detektoren.
Scintillasjonsdetektorer
Den scintillasjonsdetektor som er en detektor som bruker tilhører ulike materialer for å omdanne den magnetisering som genereres når ioniserende partikler passerer gjennom til lys. Det produserte lyset er en funksjon av energien som avgis av partikkelen. Den resulterende lysglimtet oppdages for eksempel med en fotocelle med en nedstrøms sekundær elektronmultiplikator .
Kjørefeltdetektorer
Cherenkov-detektorer
En Cherenkov-detektor er en detektor som bruker Cherenkov-effekten til å oppdage partikler. Det finnes forskjellige versjoner, fra å måle om det sendes ut lys (terskeldetektor) til å bestemme retningen og åpningsvinkelen til lyskeglen (for eksempel RICH og DIRC).
Cherenkov-detektorer kan være veldig store og egner seg derfor som nøytrino- detektorer .
Ytterligere prosedyrer
- Overgangsstrålingsdetektor (engl. Transition Radiation Detector, short TRD): Disse detektorene består vanligvis av en stabel ark vinkelrett på retningen av Teilchendurchgangs. Ved å oppdage overgangsstråling er det mulig å identifisere partiklene som passerer gjennom.
- Partikkeldetektorer som oppdager langsomme elektroner eller ioner: Partiklene frigjør en eller flere elektroner i en passende overflate , disse multipliseres i en sekundær elektronmultiplikator ( f.eks. Kanaltron ) og oppdages
- Elektromagnetisk kalorimeter
Påvisning av uladede partikler
-
Nøytrondetektorer :
- Raske nøytroner oppdages via elastisk påvirkede ladede partikler (for det meste protoner ).
- Sakte og termiske nøytroner oppdages ved passende kjernefysiske reaksjoner (for eksempel med 10 bor ) og påvisning av de resulterende ladede partiklene.
- Neutrino detektorer
- Hadronisk kalorimeter
- Faseovergangstermometer
Detektorteleskop
I eksperimentell kjernefysikk er et teleskop et arrangement av to eller flere detektorer som er plassert bak hverandre på en viss avstand. Navnet er ikke ment å indikere en forstørrelsesfunksjon, slik tilfellet er med optiske teleskoper, men ble valgt på grunn av den ytre likheten med linsene i en teleskoplinse . Detektorene drives sammenfallende , noe som betyr at en partikkel bare registreres hvis den forårsaker pulser i begge eller alle detektorene. For å gjøre dette må partikkelen trenge inn i detektorene (bortsett fra den siste), så dens rekkevidde i detektormaterialet må være større enn den kombinerte tykkelsen til disse detektorene. Hvis energien til partikkelen skal måles, må den bakeste detektoren være tykk nok til å stoppe partikkelen.
Formålet med teleskopordningen kan være å velge retning, for eksempel for å ekskludere ikke-interessante partikler som faller fra siden.
En annen anvendelse er differensiering av ladede partikeltyper, som protoner og alfapartikler, basert på deres forskjellige bremsekapasitet . I et teleskop som består av to halvlederdetektorer (tidligere også proporsjonale tellere), registrerer den fremre, tynne detektoren en brøkdel av partikkelenergien , den bakre, tykke detektoren den gjenværende energien . Partikkelens energi er resultatet av summen av de to pulshøyder; samtidig gir forholdet informasjon om typen partikkel.
Disse to funksjonene til teleskoparrangementet er også viktige for komposittdetektorene i høgenergifysikk, for nøytrino-teleskoper , etc.
Detektorer i høyenergifysikk
I eksperimenter i høyenergifysikk , dvs. eksperimentell partikkelfysikk , er en detektor vanligvis en kombinasjon av mange individuelle detektorer av samme eller forskjellige typer. Dette er nyttig og nødvendig fordi partiklene som skal observeres har lange avstander i materie, og fordi mange partikler fra en og samme kollisjonsprosess må identifiseres og måles samtidig. Eksempler er ATLAS- , ALICE- og Compact Muon-magnetoiddetektorene på det som for tiden er det største akseleratoranlegget, Large Hadron Collider .
litteratur
- Glenn F. Knoll: Strålingsdeteksjon og måling. 2. utg. New York: Wiley, 1989. ISBN 0-471-81504-7 .
- C. Grupen: partikkeldetektorer , spektrum akademisk. Verlag, 1993, ISBN 978-3411165711 .
- WR Leo: Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments , Springer-Verlag, 1987, ISBN 3-540-17386-2 .
- K. Kleinknecht: Detektorer for partikkelstråling . 4. utgave, Teubner 2005, ISBN 978-3-8351-0058-9 .