Techniklexikon

Detektor

einfacher Empfänger für HFSignale, der aus der Antenne, dem Schwingkreis zur HFSelektion und dem HFGleichrichter zur Demodulation besteht. Der D. ist eine relativ unempfindliche Empfängerschaltung, die nicht zur Femsteuerung der Modelle genutzt werden kann. Hauptanwendung: im Feldstärkemeßgerät; mit angeschlossenem Kopfhörer zur Senderkontrolle (Modulation). Atom- und MolekülphysikTeilchenphysikAstronomie und Astrophysik, Gerät bzw. Einrichtung zum Nachweis und zur Bestimmung der Eigenschaften meist hochenergetischer Teilchen. Die Wirkungsweise von Detektoren beruht auf Wechselwirkungen der Partikel mit dem sensitiven Material des Zählers; die Partikel werden also nicht direkt, sondern über Sekundärstrahlung oder -partikel nachgewiesen.

Die hauptsächlichen Wechselwirkungen geladener Partikel mit Materie sind Ionisation und Anregung (Bethe-Bloch-Formel); bei relativistischen Energien tritt noch Bremsstrahlung hinzu. Neutrale Teilchen (z.B. Neutronen, Photonen oder Neutrinos) müssen erst in Wechselwirkungen geladene Teilchen erzeugen, die dann nachgewiesen werden können. Bei Photonen sind die entsprechenden Mechanismen der Photoeffekt, der Compton-Effekt und die Paarbildung von Elektronen und Positronen.

Als erster Einsatz eines Teilchendetektors kann H. Becquerels Beobachtung der Schwärzung photoempfindlicher Emulsionen durch radioaktive Strahlung (1896) gelten; für eine längere Periode blieben solche und ähnliche, wenn auch verfeinerte Methoden der Teilchenmessung mit optischen Nachweisgeräten dominierend. In den letzten Jahrzehnten verlagert sich der Trend jedoch immer stärker hin zu den rein elektronisch auslesbaren Detektoren, hauptsächlich, da diese um Grössenordnungen höhere Datenraten verarbeiten können (Datenerfassung). Die wichtigsten heute gebräuchlichen Detektortypen sind, klassifiziert nach ihrem hauptsächlichen Messziel, in der Tabelle aufgeführt.

Detektor: Klassifizierung der wichtigsten Detektortypen nach ihrem hauptsächlichen Messziel.

bottom:solid black 1.1pt;mso-border-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt: solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Messziel	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Detektoren
Orts- und Ionisationsmessung	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Auslösezähler (Geiger-Müller-Zähler), Driftkammern, Funkenkammern, Ionisationskammern, Nebelkammern, Kernemulsionen, Plastikdetektoren, Proportionalzähler, Mikrokanalplatten, Streamer-Kammern, Streamer-Rohre, Thermoluminiszenz-Detektoren, Vieldraht-Proportionalkammern, Zeit-Projektionskammern (TPC)
Zeitmessung	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> planare Funkenzähler, Sekundärelektronenvervielfacher, Szintillatoren,
Teilchenidenidifizierung	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Flugzeitzähler, Tscherenkow-Zähler, Übergangsstrahlungsdetektoren
Energiemessung	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Halbleiterzähler, Kalorimeter
Impulsmessung	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Magnetspektrometer

 

Zu den klassischen Detektoren gehören Kernemulsionen, in denen photographisch empfindliche Schichten der Teilchenstrahlung ausgesetzt werden. Die Partikel ionisieren die Photoschicht, die nach der Entwicklung ein Bild der Teilchenspur zeigt. Durch Stapeln vieler Schichten ist eine räumliche Auswertung der Spuren möglich, die einen Hinweis auf die Energie des Teilchens liefert. Allerdings gehen durch den Entwicklungsprozess die Zeitinformationen des Ereignisses verloren. Ionisationszähler, z.B. der Geiger-Müller-Zähler, registrieren den Ionisationsstrom, der vom Durchgang eines geladenen Partikels durch das Zählergas verursacht wird. Halbleiterdetektoren nutzen die Stösse der eindringenden Teilchen mit dem Halbleitermaterial aus. Die dadurch verursachten Änderungen der Ladungsverteilung (Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren) im Material führen zu einer kurzfristigen Erhöhung der Leitfähigkeit, die in den angeschlossenen Messgeräten einen Stromstoss bewirkt. Mit Halbleiterdetektoren können hohe Energieauflösungen von etwa 0,1% erreicht werden. Szintillationszähler bestehen aus einem Szintillatormaterial in fester oder flüssiger Form und einem Sekundärelektronenvervielfacher (SEV). Das eindringende Teilchen regt die Elektronen des Materials an, die bei der Rückkehr in ihren Grundzustand Photonen emittieren. Der SEV wandelt diesen Lichtblitz in ein elektronisches Signal um und verstärkt es, wobei die Impulshöhe zur Energie des Teilchens proportional ist. Bei Szintillatormaterialien sollte daher der angeregte Zustand eine kurze Lebensdauer besitzen und das Absorptionsspektrum des Materials nicht identisch mit dem Emissionsspektrum sein, da sonst die Autoabsorption eine sinnvolle Auswertung der Lichtblitze unmöglich macht. In Spurdetektoren nutzt man die Wechselwirkung der eindringenden Teilchen mit einer Füllsubstanz, welche die Teilchenbahn sichtbar macht, etwa in Nebel-, Blasen- oder Streamer-Kammern oder in Zeit-Projektionskammern. Durchsetzt ein homogenes Magnetfeld den Detektor, so werden geladene Teilchen abgelenkt, so dass aus der Bahnform des Teilchens Aussagen über die Ladung möglich sind, während die Länge der Bahn Aussagen über die Teilchenenergie ermöglicht. Bei Drahtkammern (Proportionalzähler bzw. -kammer, Driftkammer) befinden sich die Hülle und ein oder mehrere Zähldrähte auf einem unterschiedlichen Potential. Sie sind mit einem Gas gefüllt, das von einem eindringenden Teilchen ionisiert wird. Die freigesetzten Elektronen werden von der Anode abgezogen und bewirken einen Stromstoss in der Messapparatur, der einen Hinweis auf die Energie des Teilchens liefert.

In der Atomphysik setzt man zum ortsempfindlichen Nachweis von Strahlung und Teilchen meist Mikrokanalplatten (MKP) ein; zur besseren Verstärkung werden oft mehrere MKP hintereinander angeordnet.

Die Astronomie verwendet eine Reihe von Detektoren zum Empfangen der Strahlung aus allen Wellenlängenbereichen. Der klassische Detektor für den optischen Bereich ist die Astroplatte. Hier, wie auch im infraroten Spektralbereich, werden heutzutage überwiegend CCDs eingesetzt. Radiodetektoren dienen zum Empfang von Radiostrahlung. Im kurzwelligen Spektralbereich reicht die Palette von Photozellen bis CCDs, im ultravioletten Spektralbereich bis hin zu Teilchendetektoren wie Proportionalzählern, die auf Satelliten zum Empfang von Röntgen- und Gammastrahlung eingesetzt werden. (astronomische Instrumente)