Techniklexikon

Betaspektrometrie

b-Spektrometrie, die experimentelle Technik der Bestimmung des Betaspektrums. Dazu werden hauptsächlich folgende Detektortypen eingesetzt:

1) stickstoffgekühlte Halbleiterzähler, in denen geladene Partikel Elektron-Loch-Paare erzeugen, die mittels eines elektrischen Feldes eingesammelt werden. Als Zählermaterial werden meist Silicium- oder Germaniumkristalle mit fünfwertigen Donatoren oder dreiwertigen Akzpeptoren eingesetzt. Der Vorteil der Halbleiterzähler besteht in der guten Energieauflösung, die auf dem niedrigen Energieaufwand zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares beruht (ca. 3 eV für die erwähnten Materialien). Ist eine noch bessere Energieauflösung erforderlich, so kann die Aufspaltung von Cooper-Paaren als Energieverlustmechanismus eingesetzt werden. Hier ist allerdings eine Kühlung auf tiefere Temperaturen notwendig.

2) Elektronenenergien oberhalb von 500 MeV werden mit Hilfe von Elektron-Kalorimetern bestimmt, die meist als totalabsorbierende Detektoren ausgelegt sind. Energieverlustmechanismen sind hier, abhängig vom Zählermaterial, Bremsstrahlung (in Szintillatormaterialien) oder Paarerzeugung (etwa in flüssigem Argon). Der Vorteil dieses Detektortyps liegt in seiner kompakten Bauweise und einer guten relativen Energieauflösung, die sich mit zunehmender Energie weiter verbessert.

3) Ein heute eher weniger eingesetzter Spektrometertyp ist das Magnetspektrometer, dessen Arbeitsprinzip auf der Ablenkung der Elektronen und Positronen im Magnetfeld beruht. In Flachbahnspektrometern liegen Strahlungsquelle, Teilchenbahn und Detektor in einer Ebene senkrecht zum Magnetfeld. Bahnradius, Magnetfeld und Teilchenimpuls sind eindeutig miteinander verknüpft, so dass monoenergetische Elektronen, die von der Strahlungsquelle unter einem festen Winkel zur Feldrichtung emittiert werden, eine schraubenförmige Bahn mit einem bestimmten Radius beschreiben. Zu den hochauflösenden Spektrometern gehören das Halbkreisspektrometer, das doppelfokussierende Spektrometer und das Prismenspektrometer, zu den Spektrometern mit hoher Transmission das Linsenspektrometer und das Toroidspektrometer. Spektrometer mit geringem Untergrund arbeiten entweder mit zweimaliger Doppelfokussierung oder mit einer Kombination aus Flachbahn- und Linsenspektrometer.

Die hier vorgestellten Spektrometertypen werden auch in der Gammaspektrometrie eingesetzt.