Quelltext der Seite Teilchendetektor

{{Dieser Artikel|behandelt Detektoren für Teilchen, die eine [[Masse (Physik)|Masse]] haben. Nachweisgeräte für die masselosen [[Photon]]en, also elektromagnetische Strahlung,  werden im Artikel '''[[Strahlungsdetektor]]''' behandelt.}}

[[Datei:CERN ALICE Experiment.jpg|mini|Einer der größten Teilchendetektoren ist Teil des [[ALICE|ALICE-Experiments]] des [[CERN]]. Rechts außen im Bild Personen]]
Ein '''Teilchendetektor''' ist ein Bauteil oder [[Messgerät]] zum Nachweisen freier, bewegter [[Molekül]]e, [[Atom]]e, [[Ion|Ionen]] oder [[Elementarteilchen]]. Da mit Teilchendetektoren [[Teilchen]] mit sehr verschiedenen Eigenschaften nachgewiesen werden, gibt es viele verschiedene Teilchen- und [[Strahlungsdetektor]]en mit verschiedenen Wirkungsprinzipien. Bei den meisten Detektoren werden die auftreffenden Teilchen als einzelne Ereignisse registriert; die mittlere Ereigniszahl pro Zeitspanne heißt dann [[Zählrate]].

== Nachweis über elektromagnetische Wechselwirkung mit Materie ==
=== Gasgefüllte Ionisationsdetektoren ===
[[Datei:Gammascout pitchblende bionerd.jpg|miniatur|Modernes [[Dosisleistungsmessgerät]]. Im Inneren befindet sich ein Geiger-Müller-Zählrohr.]]
* [[Ionisationskammer]]: Hier wird die durch [[ionisierende Strahlung]] erzeugte elektrische Ladung entweder als einzelne Stromimpulse oder in manchen Anwendungen als integrierter Strom gemessen.
* [[Proportionalzähler]]
* [[Geiger-Müller-Zählrohr]]: Zählt einzelne ionisierende Teilchen unabhängig von ihrer Art und Energie. Je nach Aufbau (Eintrittsfenster) und Füllgas für verschiedene Teilchen geeignet
* [[Funkenzähler]] (Streamer-Kammer)
* [[Vieldraht-Proportionalkammer]] (kurz: Drahtkammer, engl. ''multi-wire proportional chamber'', MWPC)
* [[Spurendriftkammer]] (engl. ''time projection chamber'', TPC)
* [[Widerstandsplattenkammer]] (engl. ''resistive plate chamber'', RPC)
* [[Mikrostrukturierter Gasdetektor|Mikrostrukturierte Gasdetektoren]] (engl. ''micro-pattern gas detector'', MPGD) erreichen durch Verkleinerung der Auslese-Strukturen bessere Ortsauflösungen als „konventionelle“ Gasdetektoren und stellen deshalb ein aktives Forschungsgebiet dar. Darunter fallen:
** Gas Electron Multiplier (GEM)
** MicroMegas (engl. für ''micromesh gaseous structure'')

=== Halbleiterdetektoren ===
In [[Halbleiterdetektor]]en erzeugt ionisierende Strahlung ähnlich wie in Ionisationskammern (s.&nbsp;o.) freie elektrische Ladungen. Diese Impulse werden durch entsprechende Schaltkreise (zum Beispiel Transistoren) verstärkt, die direkt mit dem Detektor zusammengebaut sein können.

=== Szintillationsdetektoren ===
Der [[Szintillationszähler|Szintillationsdetektor]] ist ein Detektor, der die Eigenschaft verschiedener Materialien ausnutzt, die beim Durchtritt ionisierender Teilchen erzeugte Anregung in Licht umzuwandeln. Das erzeugte Licht ist eine Funktion der vom Teilchen abgegebenen Energie. Der entstehende Lichtblitz wird zum Beispiel mit einer [[Photozelle]] mit nachgeschaltetem [[Photomultiplier|Sekundärelektronenvervielfacher]] nachgewiesen.

=== Spurdetektoren ===
[[Datei:Recording bubble chamber.jpg|mini|Aufnahme einer Blasenkammer aus den Archiven von CERN]]
[[Datei:Cloud chamber bionerd.jpg|miniatur|Spuren in einer Nebelkammer]]
* [[Blasenkammer]]
* [[Diffusionskammer]]
* [[Drahtkammer]]
* [[Hodoskop]]
* [[Funkenkammer]]
* [[Nebelkammer]]
* [[Straw-Detektor]]

=== Tscherenkow-Detektoren ===
Ein Tscherenkow-Detektor ist ein Detektor, der den [[Tscherenkow-Strahlung|Tscherenkow-Effekt]] zur Detektion von Teilchen nutzt. Es gibt verschiedene Ausführungen, angefangen von der Messung, ob Licht ausgesendet wird (Schwellendetektor), bis zur Bestimmung von Richtung und Öffnungswinkel des Lichtkegels (zum Beispiel [[RICH]] und DIRC).

Tscherenkow-Detektoren können sehr groß sein und eignen sich daher als [[Neutrinodetektor]]en.

=== Weitere Verfahren ===
* [[Übergangsstrahlungsdetektor]] (engl. Transition Radiation Detector, kurz TRD): Diese Detektoren bestehen üblicherweise aus einem Folienstapel senkrecht zur Richtung des Teilchendurchgangs. Durch den Nachweis von [[Übergangsstrahlung]] ist es möglich, die durchlaufenden Teilchen zu identifizieren.
* Teilchendetektoren, die langsame Elektronen oder Ionen nachweisen: Die Teilchen lösen ein oder mehrere Elektronen in einer geeigneten [[Grenzfläche|Oberfläche]] aus, diese werden in einen [[Sekundärelektronenvervielfacher]] (beispielsweise [[Kanalelektronenvervielfacher|Channeltron]]) vervielfacht und nachgewiesen
* Elektromagnetisches [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimeter]]

== Nachweis von ungeladenen Teilchen ==
* [[Neutronendetektor]]en:
** Schnelle [[Neutron]]en werden über elastisch angestoßene geladene Teilchen (meist [[Proton]]en) nachgewiesen.
** Langsame und thermische Neutronen werden durch geeignete [[Kernreaktion]]en (zum Beispiel mit [[Bor|<sup>10</sup>Bor]]) und Nachweis der dabei entstehenden geladenen Teilchen nachgewiesen.
* [[Neutrinodetektor]]en
* Hadronisches [[Kalorimeter (Teilchenphysik)|Kalorimeter]]
* [[Phasenübergangsthermometer]]

== Detektorteleskop ==
Als Teleskop wird in der experimentellen Kernphysik eine Anordnung von zwei oder mehr Detektoren bezeichnet, die sich in einem gewissen Abstand hintereinander befinden. Der Name soll nicht auf eine Vergrößerungsfunktion wie bei optischen Teleskopen hinweisen, sondern wurde wegen der äußerlichen Ähnlichkeit mit den hintereinander stehenden Linsen eines [[Linsenfernrohr]]s gewählt. Die Detektoren werden in [[Koinzidenz#Strahlungsmessungen|Koinzidenz]] betrieben, das heißt, ein Teilchen wird nur registriert, wenn es in beiden bzw. allen Detektoren Impulse hervorruft. Dazu muss das Teilchen die Detektoren (bis auf den letzten) durchdringen, seine [[Reichweite (Teilchenstrahlung)|Reichweite]] im Detektormaterial muss also größer als die zusammengefasste Dicke dieser Detektoren sein. Soll die Energie des Teilchens gemessen werden, muss der hinterste Detektor aber dick genug sei, um das Teilchen zu stoppen.

Zweck der Teleskopanordnung kann die Richtungsauswahl sein, um beispielsweise nicht interessierende, von der Seite einfallende Teilchen auszuschließen.

Eine weitere Anwendung ist die Unterscheidung geladener Teilchenarten, etwa Protonen und Alphateilchen, über ihr verschiedenes [[Bremsvermögen]]. In einem Teleskop aus zwei Halbleiterdetektoren (früher auch Proportionalzählern) registriert der vordere, dünne Detektor einen Bruchteil <math>\Delta E</math> der Teilchenenergie <math>E</math>, der hintere, dicke Detektor die restliche Energie <math>E-\Delta E</math>. Die Teilchenenergie ergibt sich aus der Summe der beiden Impulshöhen; zugleich gibt das Verhältnis <math>\Delta E/E</math> Information über die Teilchenart.

Auch bei den zusammengesetzten Detektoren der Hochenergiephysik, bei [[Neutrinoteleskop]]en usw. haben diese beiden Funktionen der Teleskopanordnung Bedeutung.

== Detektoren in der Hochenergiephysik ==
{{Hauptartikel|Hochenergiephysik}}
In Experimenten der [[Hochenergiephysik]] (HEP), also der experimentellen [[Teilchenphysik]], ist ein Detektor meist eine Kombination aus vielen Einzeldetektoren gleichen oder verschiedenen Typs. Dies ist sinnvoll und nötig, weil die zu beobachtenden Teilchen lange Reichweiten in Materie haben und weil viele Teilchen aus ein und demselben Stoßvorgang zugleich identifiziert und gemessen werden müssen. Beispiele sind etwa die Detektoren [[ATLAS (Detektor)|ATLAS]], [[ALICE]], [[Compact Muon Solenoid]] an der derzeit größten Beschleunigeranlage, dem [[Large Hadron Collider]] (LHC).

== Siehe auch ==

* [[Strahlenquelle]]n

== Literatur ==

* Siehe auch die Literatur der [[Radiometrie#Kernstrahlungsmesstechnik|Kernstrahlungsmesstechnik]], [[Hochenergiephysik]] (HEP), u.&nbsp;a.

* {{Literatur |Autor=Claus Grupen |Titel=Teilchendetektoren |Verlag=BI-Wissenschaftsverlag |Ort=Mannheim Leipzig Wien Zürich |Datum=1993 |ISBN=978-3-411-16571-1}}
* {{Literatur |Autor=Hermann Kolanoski, Norbert Wermes |Titel=Teilchendetektoren |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2016 |ISBN=978-3-662-45349-0 |DOI=10.1007/978-3-662-45350-6}}
* {{Literatur |Autor=Konrad Kleinknecht |Titel=Detektoren für Teilchenstrahlung |Verlag=Vieweg+Teubner Verlag |Ort=Wiesbaden |Datum=2005 |Reihe=Teubner Studienbücher Physik |ISBN=978-3-8351-0058-9 |DOI=10.1007/978-3-322-82205-5}}
* {{Literatur |Titel=Particle Physics Reference Library: Volume 2: Detectors for Particles and Radiation |Hrsg=Christian W. Fabjan, [[Herwig Schopper]] |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2020 |Sprache=en |ISBN=978-3-030-35317-9 |DOI=10.1007/978-3-030-35318-6}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4124298-1}}

[[Kategorie:Teilchendetektor| ]]
[[Kategorie:Teilchenphysik]]