Techniklexikon

Gasspurkammer

Teilchenphysik, ein gasgefüllter Detektor zum Nachweis der Bahnspuren geladener Teilchen. Die Wirkungsweise von Gasspurkammern beruht auf einer gesteuerten Erzeugung von Elektronenlawinen aus freien Elektronen einer primären Ionisationsspur, die ein beschleunigtes Teilchen im Gas hinterlässt. Die Auslösung der Gasverstärkung erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Hochspannungsimpulses, der nach dem Durchgang eines Teilchens an die Elektroden gelegt wird.

Man unterscheidet Gasspurkammern mit photographischer (optischer) und filmloser Registrierung der räumlichen Orientierung von Bahnspuren. Zu den optischen Gasspurkammern zählen die Funkenkammer und die Streamerkammer. Bei der filmlosen Registrierung werden entweder die elektrischen Ladungsträger der Elektronenlawinen selbst oder sekundäre Effekte beim Funkenüberschlag, wie Schallwellen oder Magnetfelder, verwendet. Die filmlosen Gasspurkammern, zu denen die Drahtfunkenkammer, die Proportionalkammer, die akustische Funkenkammer und die magnetostriktive Funkenkammer gehören, unterscheiden sich wenig von den gasgefüllten Zählern (Funkenzähler).

In der Funkenkammer wird die Gasentladung durch entsprechende Wahl der Zeitdauer des elektrischen Hochspannungsimpulses erst dann unterbrochen, wenn sich der Entladungskanal zwischen den Elektroden der Kammer ausgebildet hat. Unter bestimmten Bedingungen folgt die Gasentladung der Bahnspur bis zu Winkeln von < 50° zur elektrischen Feldrichtung.

Soll eine Gasspurkammer als Streamerkammer betrieben werden, wird der Hochspannungsimpuls so kurz bemessen, dass die Entwicklung der Elektronenlawinen beim Erreichen einer bestimmten kritischen Grösse unterbrochen wird. Letzteres ist dann der Fall, wenn das Raumladungsfeld im Lawinenkopf mit dem äusseren Feld in der Kammer vergleichbar wird. Durch diese Betriebsweise kommt es nicht zur Ausbildung eines Gasentladungskanals zwischen den Elektroden, vielmehr bleibt die Entladung auf das Anfangsstadium der »Streamer« (Elektronenlawinen, die durch Photoionisation entstehen) begrenzt. Die Atome des Füllgases werden dadurch in unmittelbarer Nähe (etwa ± 1 mm) der primären Ionisationsspur zur Lichtemission angeregt. Die Teilchenspur wird in Form einer doppelten Perlschnur (positive und negative Streamer) sichtbar. Die Lage der Perlschnur ist von der elektrischen Feldrichtung unabhängig. Dadurch gelingt es mit einer Streamerkammer, Bahnspuren mit beliebiger räumlicher Orientierung zu registrieren. Aus der Dichte der Spurpunkte einer Streamerkammer-Filmaufnahme kann man auf die Ionisationseigenschaften der Teilchen bis zu sehr hohen Energien schliessen.

Die akustische Funkenkammer besteht im einfachsten Fall aus einem Parallelplattensystem mit mehreren Mikrophonen für die Registrierung der vom Funkendurchschlagsort ausgehenden Schallwellen. Die Koordinaten der am Teilchendurchgangsort erzwungenen Gasentladung erhält man durch Messung der Laufzeit der Schallwellenfront zu den versetzt angeordneten Mikrophonen.

Die Drahtfunkenkammer (Drahtkammer) arbeitet mit einem Elektrodensystem aus dünnen Drähten, die um 90° verdreht angeordnet sind. Hier erfolgt eine Registrierung der elektrischen Stromimpulse auf den Drähten beim Funkendurchschlag. Betreibt man eine Drahtfunkenkammer im Proportionalbereich der Gasverstärkung, so lässt sich die Arbeitsgeschwindigkeit der Kammer wesentlich erhöhen und ausserdem durch Amplitudenmessungen noch Information über die Ionisationseigenschaften der einfallenden Teilchen gewinnen. Derartige Drahtfunkenkammern heissen Proportionalkammern.

Bei der magnetostriktiven Funkenkammer bestehen die Elektrodendrähte aus ferromagnetischem Material. Durch mechanische Deformation der Drähte infolge des bei der Gasentladung entstehenden starken Magnetfelds (Magnetostriktion) werden akustische Wellen erzeugt, die an den Drahtenden über Spulen gemessen werden können. Die Koordinatenmessung des Teilchendurchgangsorts wird auf eine Zeitmessung zwischen Funkendurchschlag und Spulensignal zurückgeführt.