Hiukkastunnistin
Hiukkanen ilmaisin on osa tai mittauslaite havaitsemiseksi ilmaiseksi, liikkuvat molekyylejä , atomeja tai alkeishiukkasia . Koska hiukkasilmaisimilla havaitaan hiukkasia, joilla on hyvin erilaiset ominaisuudet, on olemassa monia erilaisia hiukkas- ja säteilyilmaisimia, joilla on erilaiset toimintaperiaatteet. Useimmissa ilmaisimissa niitä osuvat hiukkaset rekisteröidään yksittäisiksi tapahtumiksi; keskimääräistä tapahtumamäärää aikayksikköä kohti kutsutaan sitten laskentanopeudeksi .
Todisteet sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta aineen kanssa
Kaasulla täytetyt ionisaatiotunnistimet
- Ionisointikammio : Tässä mitataan ionisoivan säteilyn tuottama sähkövaraus joko yksittäisinä virtapulsseina tai joissakin sovelluksissa integroituna virtana.
- Suhteellinen laskuri
- Geiger-Müller -laskuputki : Laskee yksittäiset ionisoivat hiukkaset niiden tyypistä ja energiasta riippumatta. Sopii erilaisille hiukkasille rakenteen (sisääntuloaukko) ja täyttökaasun mukaan
- Kipinälaskuri (virtaussäiliö)
- Multi-lanka verrannollinen kammion (lyhyen viiran kammio, Eng. Multi-lanka verrannollinen kammion , MWPC)
- Aika uloke kammion (Engl. Aika projektio kammio TPC)
- Resistiivinen levykammio (engl. Resistive plate chamber , RPC)
-
Mikrorakenteiset kaasunilmaisimet (. Englanninkielinen mikrokuvioinen kaasunilmaisin , MPGD), jotka on saavutettu vähentämällä lukurakenteita paremmalla paikkatarkkuudella kuin 'perinteiset' kaasunilmaisimet, ja edustavat siksi aktiivista tutkimusaluetta alla:
- Kaasuelektronikerroin (lyhyt: GEM)
- MicroMegas (englanniksi mikromesh- kaasumainen rakenne )
Puolijohdetunnistimet
In puolijohdeilmaisimia , ionisoiva säteily tuottaa vapaa sähkövaraukset samanlainen kuin ionisaatiokammioita (katso edellä). Nämä pulssit vahvistetaan sopivilla piireillä (esimerkiksi transistoreilla), jotka voidaan koota suoraan ilmaisimen kanssa.
Tuikeilmaisimet
Tuikeilmaisinta on ilmaisin, joka käyttää ominaisuus eri materiaalien muuntaa heräte syntyy, kun ionisoiva partikkelit kulkevat sen läpi valoa. Tuotettu valo on hiukkasen lähettämän energian funktio. Tuloksena oleva valonsalama havaitaan esimerkiksi valokennolla, jossa on myötävirtaan oleva sekundäärinen elektronikerroin .
Kaistailmaisimet
Cherenkov-ilmaisimet
Cherenkov-ilmaisin on ilmaisin, joka käyttää Cherenkov-vaikutusta hiukkasten havaitsemiseen. On olemassa erilaisia versioita, valon lähettämisen mittaamisesta (kynnysilmaisin) valokartion suunnan ja avautumiskulman ( esim. RICH ja DIRC) määrittämiseen.
Cherenkov-ilmaisimet voivat olla erittäin suuria ja sopivat siksi neutriinodetektoriksi .
Muut menettelyt
- Siirtymäsäteilyn ilmaisin (engl. Transition Radiation Detector, short TRD): Nämä ilmaisimet koostuvat tyypillisesti arkkipinosta kohtisuorassa Teilchendurchgangin suuntaan. Havaitsemalla siirtymäsäteily on mahdollista tunnistaa läpi kulkevat hiukkaset.
- Hiukkasetunnistimet, jotka havaitsevat hitaat elektronit tai ionit: Hiukkaset vapauttavat yhden tai useampia elektroneja sopivalla pinnalla , ne kerrotaan toissijaisessa elektronikerrostimessa ( esim. Channeltron ) ja havaitaan
- Sähkömagneettinen kalorimetri
Varautumattomien hiukkasten havaitseminen
-
Neutroni-ilmaisimet :
- Nopeat neutronit havaitaan elastisesti iskeytyneiden varautuneiden hiukkasten (enimmäkseen protonien ) kautta.
- Hitaat ja termiset neutronit havaitaan sopivilla ydinreaktioilla (esimerkiksi 10 boorin kanssa ) ja havaitsemalla tuloksena olevat varautuneet hiukkaset.
- Neutrino-ilmaisimet
- Hadroninen kalorimetri
- Vaihemuutoslämpömittari
Ilmaisinteleskooppi
Kokeellisessa ydinfysiikassa teleskooppi on järjestely kahdesta tai useammasta ilmaisimesta, jotka sijaitsevat toistensa takana tietyllä etäisyydellä. Nimeä ei ole tarkoitettu osoittamaan suurennustoimintoa kuten optisissa teleskoopeissa, vaan se valittiin ulkoisen samankaltaisuuden vuoksi kaukoputken linssien linssien kanssa . Ilmaisimia käytetään sattumalta , mikä tarkoittaa, että hiukkanen rekisteröidään vain, jos se aiheuttaa pulsseja molemmissa tai kaikissa ilmaisimissa. Tätä varten partikkelin on tunkeuduttava ilmaisimiin (lukuun ottamatta viimeistä), joten sen kantaman ilmaisimateriaalissa on oltava suurempi kuin näiden ilmaisimien yhteenlaskettu paksuus. Jos hiukkasen energia halutaan mitata, takimmaisen ilmaisimen on oltava riittävän paksu hiukkasen pysäyttämiseksi.
Teleskooppijärjestelyn tarkoitus voi olla suunnan valitseminen esimerkiksi sivulta putoavien ei-mielenkiintoisten hiukkasten poissulkemiseksi.
Toinen sovellus on varattujen hiukkastyyppien, kuten protonien ja alfa-hiukkasten, erottelu niiden erilaisen jarrutuskyvyn perusteella . Kahdesta puolijohdetunnistimesta (aiemmin myös suhteelliset laskurit) koostuvassa teleskoopissa etuosa, ohut ilmaisin rekisteröi murto-osan hiukkasenergiasta , takaosa, paksu ilmaisin jäljellä olevan energian . Hiukkasenergia syntyy kahden pulssin korkeuden summasta; samalla suhde antaa tietoa hiukkastyypistä.
Nämä kaksi teleskooppijärjestelyn toimintoa ovat tärkeitä myös korkean energian fysiikan yhdistelmäilmaisimille, neutriinoteleskoopeille jne.
Ilmaisimet korkean energian fysiikassa
Suurenergisen fysiikan kokeissa, ts. Kokeellisessa hiukkasfysiikassa , ilmaisin on yleensä yhdistelmä monista yksittäisistä samantyyppisistä tai erityyppisistä ilmaisimista. Tämä on hyödyllistä ja välttämätöntä, koska havaittavilla hiukkasilla on pitkiä ainealueita ja koska monet partikkelit yhdestä ja samasta törmäysprosessista on tunnistettava ja mitattava samanaikaisesti. Esimerkkejä ovat ATLAS- , ALICE- ja Compact Muon -magneettianturit tällä hetkellä suurimmalla kiihdytyslaitoksella, Large Hadron Colliderilla .
kirjallisuus
- Glenn F. Knoll: Säteilyn havaitseminen ja mittaaminen. 2. painos New York: Wiley, 1989. ISBN 0-471-81504-7 .
- C. Grupen: hiukkasilmaisimet , spektriakatemia. Verlag, 1993, ISBN 978-3411165711 .
- WR Leo: Tekniikat ydin- ja hiukkasfysiikan kokeille , Springer-Verlag, 1987, ISBN 3-540-17386-2 .
- K. Kleinknecht: Hiukkassäteilyn ilmaisimet . 4. painos, Teubner 2005, ISBN 978-3-8351-0058-9 .