Kernphysikalische Meßverfahren zum Nachweis für Teilchen und Quanten:
Gespeichert in:
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Karlsruhe
Braun
1966
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| Schriftenreihe: | Wissenschaftliche Bücherei
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WISSENSCHAFTLICHE BUECHEREI
KERNPHYSIKALISCHE MESSVERFAHREN
ZUM NACHWEIS FUER TEILCHEN UND QUANTEN
VON PROF. DR. H U GO N E U E RT DIREKTOR DES I. INSTITUTS FUER
EXPERIMENTALPHYSIK IM PHYSIKALISCHEN STAATSINSTITUT HAMBURG
UNTER MITARBEIT VON
DR. GUNNER ANDERSSON-LINDSTROEM, DR. RUDOLF LANGKAU, DR. GEORG SCHULTZE
UND DR. HANS-JOACHIM STUCKENBERG, HAMBURG
MIT 539 BILDERN UND 35 TABELLEN
ISLI
VERLAG G.BRAUN KARLSRUHE
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
1 IONISATIONSKAMMERN
1.1 EINLEITUNG I
1.2 PRIMAERE IONISATION 2
1.3 BEZIEHUNG ZWISCHEN ENERGIEVERLUST UND IONISATION 4
1.3.1 STATISTISCHE SCHWANKUNGEN IN DER PRIMAEREN IONISATION 6
1.4 SEKUNDAERE PROZESSE 6
1.4.1 ELEKTRONENANLAGERUNG 6
1.4.2 REKOMBINATION 6
1.5 IMPULSIONISATIONSKAMMERN 7
1.5.1 IMPULSFORM 8
* 1.6 PRAKTISCHE AUSFUEHRUNG VON IMPULSKAMMERN 12
A 1.7 GITTERKAMMERN 13
1.8 DOPPELGITTERKAMMER 15
1.9 ERGAENZENDE BEMERKUNGEN 16
J 1.10 STROMKAMMERN 17
1.10.1 STROMKAMMERN FUER A-TEILCHEN 17
1.10.2 STROMKAMMERN FUER SS- UND Y-STRAHLEN 17
1.10.3 KAMMERN ZUR DOSISMESSUNG 20
1.11 LITERATUR 23
2 PROPORTIONALZAEHLER
2.1 EINLEITUNG 26
2.2 BEREICH DER PROPORTIONALEN VERSTAERKUNG DER PRIMAEREN IONISATION 26
2.3 GRUNDLAGEN EINER THEORIE DER GASVERVIELFACHUNG 27
2.4 VERSTAERKUNGSFAKTOR 29
2.5 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG DES PROPORTIONALBEREICHS 30
2.5.1 EDELGASE UND ZWEIATOMIGE GASE 31
2.5.2 GASE MIT DAMPFZUSATZ; MEHRATOMIGE GASE 31
2.5.3 REINE DAMPFFUELLUNG 39
2.6 BESCHRAENKTER PROPORTIONALBEREICH 40
2.7 DIE IMPULSFORM BEIM PROPORTIONALZAEHLER : 41
2.8 UEBERGROSSE IMPULSE IN REINEN DAMPFZAEHLERN ODER ZAEHLERN MIT HOHEM
DAMPFANTEIL; EINE BESONDERE ENTLADUNGSFORM 44
2.9 ZAEHLBEREICH BEI PROPORTIONALZAEHLERN 47
2.9.1 A-STRAHLEN 47
2.9.2 SS-STRAHLEN 47
2.10 AUF LOESUNGSVERMOEGEN UND MESSUNG HOHER STOSSZAHLEN 48
IMAGE 3
VI INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
2.11 LEBENSDAUER VON PROPORTIONALZAEHLERN 49
2.12 SCHWANKUNGEN IN DER IMPULSGROESSE 49
2.13 LITERATUR 60
3 AUSLOESEZAEHLER
3.1 DEFINITION DES AUSLOESEBEREICHS 53
3.2 NICHTSELBSTLOESCHENDE ZAEHLER 53
3.3 SELBSTLOESCHENDE ZAEHLER 56
3.4 ZAEHLROHRCHARAKTERISTIK (PLATEAU, ZAEHLBEREICH) 59
3.5 NACHENTLADUNGEN 60
3.6 EINSATZSPANNUNG DES AUSLOESEBEREICHS 66
3.7 ZAEHLER MIT BESONDERS NIEDRIGER EINSATZSPANNUNG 72
3.8 EINFLUSS DES DAMPFZUSATZES 73
3.9 IMPULSFORM UND IMPULSDAUER 74
3.10 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN UEBER DIE LONENSCHLAUCHAUSBREITUNG 83
3.11 VERZOEGERUNGSZEITEN BEI ZAEHLROHRIMPULSEN 86
3.12 DEAD-TIME UND RECOVERY-TIME 88
3.13 HALOGENZAEHLER 90
3.14 ANSPRECHVERMOEGEN VON ZAEHLROHREN AUF STRAHLUNG 99
3.14.1 KOSMISCHE STRAHLUNG, SEHR SCHNELLE TEILCHEN 99
3.14.2 Y-STRAHLUNG UND HARTE ROENTGENSTRAHLUNG 99
3.14.3 WEICHE ROENTGENSTRAHLUNG 101
A) PHOTOEFFEKTE AN DER KATHODE 101
B) PHOTOEFFEKTE IM GAS 102
3.14.4 LICHTZAEHLER 105
A) UV-ZAEHLER 105
B) ZAEHLER FUER SICHTBARES LICHT 108
3.15 MESSUNG HOHER STOSSZAHLEN 109
3.15.1 INTEGRIERENDE ZAEHLROHRE, STROMMESSUNG 109
3.15.2 GEPULSTE ZAEHLROHRE 110
3.16 LEBENSDAUER VON ZAEHLROHREN 111
3.17 ZAEHLER MIT AEUSSERER KATHODE NACH MAZE 113
3.18 LITERATUR 114
4 FUNKENZAEHLER UND FUNKENKAMMERN
4.1 FUNKENZAEHLER 121
4.2 PLATTENZAEHLER (FUNKENKAMMERN) 124
4.2.1 ZAEHLER IM DAUERBETRIEB 124
4.2.2 KURZE ENTLADUNGSZEITEN 125
4.2.3 GEPULSTE FUNKENKAMMERN 128
4.2.4 LOKALISIERUNG DER TEILCHEN 130
4.2.5 FUNKENKAMMERN MIT EDELGASFUELLUNG, ENTLADUNGSKAMMERN 130
4.2.6 ANSPRECH VERMOEGEN 131
4.3 LITERATUR 133
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
VII
SEITE
5 CERENKOV-ZAEHLER
6.1 DER CERENKOV-EFFEKT 136
5.2 ANWENDUNG DES CERENKOV-EFFEKTS IM CERENKOV-ZAEHLER 139
5.3 DUENNE CSSRENKOV-ZAEHLER 141
5.3.1 EINFACHE CERENKOV-ZAEHLER 141
5.3.2 SCHWELLEN-CERENKOV-ZAEHLER 143
5.3.3 DIFFERENTIELLE CERENKOV-ZAEHLER 145
OPTISCHE SYSTEME 145
5.3.4 BREITE DES RINGBILDES 152
A) DIVERGENZ DES TEILCHENSTRAHLS 152
B) IMPULSBREITE 152
C) STREUUNG IN DER VORDERWAND 152
D) STREUUNG IM RADIATOR 153
E) BEUGUNG 154
F) BREMSUNG 154
G) DISPERSION 155
H) OPTISCHE FEHLER 155
5.3.5 NULLEFFEKT 156
A) ANSTOSSELEKTRONEN 156
B) ANSPRECHEN AUF Y-QUANTEN 158
C) SCHAUERBILDUNG 159
D) KERNWECHSELWIRKUNGEN (STARKE WW) 160
5.3.6 RADIATORMATERIALIEN 160
5.3.7 ZWECKMAESSIGE WAHL DER PARAMETER &, N UND L 165
A) DIFFERENTIELLE CERENKOV-ZAEHLER 165
B) SCHWELLEN-UEERENKOV-ZAEHLER 166
5.4 TOTAL ABSORBIERENDE CERENKOV-ZAEHLER 166
5.5 LITERATUR 169
6 SZINTILLATIONSZAEHLER
6.1 ALLGEMEINES 172
6.2 SZINTILLATOREN 174
6.2.1 BEMERKUNGEN ZUM SZINTILLATIONSMECHANISMUS 1741
6.2.2 ANORGANISCHE SZINTILLATOREN 180
A) ALKALIJODIDE 180 I
B) SONSTIGE ANORGANISCHE SZINTILLATOREN , . 185
C) GLASSZINTILLATOREN 186
D) GASSZINTILLATOREN 187
6.2.3 ORGANISCHE SZINTILLATOREN 189
A) ORGANISCHE KRISTALLE 189
B) FLUESSIGKEITSSZINTILLATOREN 190
C) PLASTIKSZINTILLATOREN 194
6.3 PHOTOVERVIELFACHER 196
6.4 FORM DES AUSGANGSIMPULSES EINES SZINTILLATIONSZAEHLERS 213
6.5 ANWENDUNGEN DES SZINTILLATIONSZAEHLERS 216
6.5.1 ENERGIESPEKTROMETRIE 216
A) LICHTAUSBEUTE ALS FUNKTION DER ABSORBIERTEN ENERGIE 216
B) BEMERKUNGEN, ZUR ENERGIEAUFLOESUNG 221
IMAGE 5
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
C) TEILCHENSPEKTROMETRIE 223
D) GAMMASPEKTROMETRIE 225
E) ANSPRECHVERMOEGEN FUER Y-STRAHLUNG 238
6.5.2 ZEITMESSUNG 242
6.5.3 UNTERSCHEIDUNG VERSCHIEDENER TEILCHENARTEN 243
A) DER SZINTILLATIONSVERLAUF 243
B) UNTERSCHIEDE IM SZINTILLATIONSVERLAUF 245
C) VERFAHREN ZUR TEILCHENTRENNUNG 246
6.6 LITERATUR 256
7 HALBLEITERZAEHLER
7.1 EINLEITUNG 262
A) SEHR GUTE ENERGIEAUFLOESUNG 262
B) ENERGIELINEARE UND TEILCHENUNABHAENGIGE EICHUNG 263
C) GUTE ZEITAUFLOESUNG 263
D) GERINGE Y-STRAHLUNGSEMPFINDLICHKEIT 263
E) GERINGE GROESSE 263
F) EINFACHE ANWENDUNG UND HERSTELLUNG 263
7.2 PRINZIP UND ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN 264
7.2.1 P-N-UEBERGANG 265
7.2.2 OBERFLAECHENSPERRSCHICHT 266
7.2.3 P-I-N-STRUKTUR 266
7.2.4 FELDSTAERKE, SPERRSCHICHTTIEFE UND KAPAZITAET 267
7.2.5 IONISATION IN DER SPERRSCHICHT 270
7.2.6 LADUNGSSAMMLUNG 271
7.2.7 SPERRSTROM UND RAUSCHEN 274
A) DIFFUSIONSSTROM 274
B) VOLUMENSTROM 274
C) OBERFLAECHENLECKSTROM UND DURCHBRUCHSPANNUNG 275
7.2.8 AUSGANGSMATERIAL 276
7.3 HERSTELLUNGSVERFAHREN FUER HALBLEITERZAEHLER 278
7.3.1 OBERFLAECHENSPERRSCHICHTZAEHLER 278
7.3.2 DIFFUNDIERTE SPERRSCHICHTZAEHLER 281
A) GASDIFFUSIONSVERFAHREN 281
B) PASTENVERFAHREN 281
7.3.3 LITHIUMIONENDRIFTZAEHLER 283
7.4 CHARAKTERISTISCHE EIGENSCHAFTEN UND TESTVERFAHREN 285
7.4.1 AUFBAU DER MESSVORRICHTUNG, ERSATZSCHALTBILD 285
A) LICHTDICHTE KAPSELUNG UND GUTE ELEKTRISCHE ABSCHIRMUNG 285
B) LADUNGSEMPFINDLICHE VORVERSTAERKER 286
C) IMPULSHOEHENANALYSE 286
D) ERSATZSCHALTBILD 287
7.4.2 ENERGIEEICHUNG. EINGANGSFENSTER, SPERRSCHICHTTIEFE UND
ENERGIEREICHWEITE KURVEN 287
7.4.3 SPERRSTROMCHARAKTERISTIK 291
7.4.4 ENERGIEAUFLOESUNG 292
A) STATISTIK 292
B) FENSTEREFFEKT 292
C) LADUNGSTRAEGERSAMMLUNG, INHOMOGENITAETEN, *MULTIPLE PEAKING . . . 292
IMAGE 6
INHALTSVERZEICHNIS
IX
SEITE
D) SIGNAL-RAUSCH-VERHAELTNIS 293
E) EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER RAUSCHCHARAKTERISTIK SOWIE DER ENERGIE
AUFLOESUNG 294
7.4.5 IMPULSANSTIEGE UND ZEITAUFLOESUNG 297
7.4.6 DURCH TEMPERATUR, LICHT UND MAGNETISCHE FELDER BEDINGTE EFFEKTE.
STRAH LUNGSSCHAEDIGUNG 299
A) TEMPERATUREFFEKTE 299
B) LICHTEINWIRKUNG 300
C) MAGNETISCHE FELDER 300
D) STRAHLUNGSSCHAEDIGUNG 300
7.4.7 WAHL DES HALBLEITERZAEHLERS 300
7.5 SPEZIELLE ANWENDUNGEN 301
7.5.1 TEILCHENDISKRIMINIERUNG 302
A) WAHL DER SPERRSCHICHTTIEFE 302
B) IMPULSFORMANALYSE 303
C) DB/DA;-ZAEHLER 303
7.5.2 ORTSDISKRIMINIERUNG 304
7.5.3 WINKELVERTEILUNGS- UND POLARISATIONSMESSUNGEN 304
7.5.4 SPALTUNGSEXPERIMENTE 305
7.5.5 SS- UND Y-SPEKTROSKOPIE 306
A) SS- SPEKTROSKOPIE 306
B) Y-SPEKTROSKOPIE 307
7.5.6 ANWENDUNG IN DER HOCHENERGIEPHYSIK 311
7.6 LITERATUR 313
8 DETEKTOREN FUER BESONDERE ZWECKE
8.1 DUENNWANDIGE BETAZAEHLER 321
8.2 GLOCKENZAEHLER (ENDFENSTERZAEHLER) 321
8.3 FLUESSIGKEITSZAEHLER 324
8.4 BESONDERS ENGE ZAEHLER 325
8.5 GM-ZAEHLER MIT NICHTZYLINDRISCHER KATHODE 327
8.6 VIELDRAHTZAEHLER 327
8.7 ZAEHLER BEI ATMOSPHAERENDRUCK, DURCHFLUSSZAEHLER 329
8.8 C 14- UND H3-ZAEHLER M IT GERINGEM NULLEFFEKT 330
8.8.1 PROPORTIONALZAEHLER UND GEIGER-MUELLER-ZAEHLROHRE 331
8.8.2 SZINTILLATIONSZAEHLER 331
8.9 2 N-SS-, 4 *-SS-, 4 N-SS-Y-Z&HLER (MESSUNG ABSOLUTER PRAEPARATSTAERKEN)
331
8.9.1 2 N-SS- UND 4 *-SS-GASZAEHLER 331
8.9.2 DIE 4 JI-^-Y-KOINZIDENZMETHODE 332
8.9.3 ERFORDERLICHE KORREKTUREN BEI DER MESSUNG VON BETAPRAEPARATSTAERKEN
MIT ZAEHLROHREN 333
A) RUECKSTREUUNG 333
B) ABSORPTION 335
8.9.4 4 JC-SZINTILLATIONSZAEHLER 336
8.10 BOHRLOCHSZINTILLATIONSZAEHLER 337
8.11 LITERATUR 342
IMAGE 7
X INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
9 NEUTRONENZAEHLER
9.1 EINLEITUNG 346
9.2 RUECKSTOSSZAEHLER 346
9.2.1 GASZAEHLER 349
9.2.2 SZINTILLATIONSZAEHLER 351
9.3 ORGANISCHE SZINTILLATOREN 353
9.4 NEUTRONENNACHWEIS DURCH INDUZIERTE KERNREAKTIONEN 359
9.4.1 B 10-ZAEHLER 360
9.4.2 LONG COUNTER 363
9.4.3 SZINTILLATOREN MIT B-ZUSATZ 364
9.4.4 LI-HALTIGE SZINTILLATOREN 365
9.4.5 LIJ(EU)-SZINTILLATIONSZAEHLER 365
9.4.6 LI 6-GLASSZINTILLATOR 367
9.4.7 DETEKTOREN MIT ANWENDUNG DER KERNSPALTUNG 369
9.5 VERWENDUNG VON HALBLEITERDETEKTOREN FUER NEUTRONENSPEKTROMETER 370
9.6 HE 3-ZAEHLER 373
9.7 NEUTRONENNACHWEIS NACH DER AKTIVIERUNGSMETHODE 374
9.7.1 AKTIVIERUNG VON FOLIEN 374
9.7.2 SCHWELLENWERTDETEKTOREN 375
9.8 NEUTRONENSPEKTROMETER UND -TELESKOPE 377
9.9 ABSOLUTE MESSUNG VON NEUTRONENFLUESSEN UND DOSISMESSUNGEN 382
9.10 LITERATUR 385
10 ZAEHLERSTATISTIK
10.1 STATISTISCHE VERTEILUNG DER IMPULSE 392
10.1.1 GAUSS-VERTEILUNG UND POISSON-VERTEILUNG 393
10.2 MESSUNG RADIOAKTIVER STOFFE 395
10.3 ZAEHLVERLUSTE IM DETEKTOR UND BEI DER REGISTRIERUNG 396
10.3.1 IMPULSVERLUSTE IM DETEKTOR UND VERSTAERKER MIT REGISTRIERKREIS 398
10.3.2 ZAEHLVERLUSTE IM REGISTRIERKREIS, DER MIT IMPULSEN AUS EINEM
UNTERSETZER BELIEFERT WIRD 398
10.3.3 INTERVALLAUSGLEICHENDE WIRKUNG DES UNTERSETZERS 399
10.4 STATISTISCHER FEHLER UNTER BERUECKSICHTIGUNG DES NULLEFFEKTS 401
10.5 GUETEFAKTOR EINER MESSUNG UND MESSUNG SCHWACHER AKTIVITAETEN 402
10.6 X 2-TEST 403
10.7 STATISTIK DES IMPULSHAEUFIGKEITSMESSERS (COUNTING RATE METER) 404
10.8 HAEUFIGKEIT ZUFAELLIGER KOINZIDENZEN 405
A) ZWEIFACH-KOINZIDENZEN 405
B) DREIFACH-KOINZIDENZEN 406
C) M-FACH-KOINZIDENZEN 406
10.9 LITERATUR 407
11 SCHALTUNGEN
11.1 EINLEITUNG 408
11.2 EINGANGSKREISE FUER STRAHLUNGSDETEKTOREN 409
IMAGE 8
INHALTSVERZEICHNIS XI
SEITE
11.2.1 ALLGEMEINES 409
11.2.2 ZAEHLROHRE . . 410
11.2.3 PHOTOMULTIPLIER 412
11.2.4 HALBLEITERDETEKTOREN 416
11.2.5 IMPULSVERHALTEN AUF KABELN, SHAPEN MIT KABELN 417
11.3 DIGITALE SCHALTUNGEN 419
11.3.1 KOINZIDENZ- UND ANTIKOINZIDENZANLAGEN 419
11.3.2 BINAERE UND DEKADISCHE UNTERSETZER 438
A) BINAERE UNTERSETZERSTUFEN 439
B) DEKADISCHE UNTERSETZERSTUFEN 448
11.3.3 GATE-SCHALTUNGEN 450
11.3.4 IMPULSFORMER MIT UNIVIBRATOREN 454
11.3.5 AUSGANGSSTUFEN FUER MECHANISCHE ZAEHLWERKE 459
11.3.6 INTEGRIERSCHALTUNGEN 460
11.3.7 ZEITDIFFERENZ-IMPULSHOEHEN-UMWANDLUNG 461
11.4 ANALOGE SCHALTUNGEN 465
11.4.1 LINEARVERSTAERKER 465
11.4.2 INTEGRALDISKRIMINATOREN 470
11.4.3 IMPULSHOEHENANALYSATOREN 475
11.4.4 LINEARE GATE-SCHALTUNGEN 480
11.5 DATENVERARBEITUNG FUER HOCHENERGIEEXPERIMENTE 484
11.5.1 AUSWERTUNG VON ZAEHLEREXPERIMENTEN 484
11.5.2 AUSWERTUNG VON EXPERIMENTEN MIT BAHNDETEKTOREN 486
11.6 LITERATUR 491
ANHANG
12.1 REICHWEITE VON A-TEILCHEN IN LUFT 495
12.1.1 SPEZIFISCHE IONISATION 496
12.2 REICHWEITE UND BREMSVERMOEGEN IN ANDEREN GASEN UND IN FESTEN
SUBSTANZEN . . 496 12.3 REICHWEITE VON PROTONEN 497
12.4 ENERGIE ZUR BILDUNG EINES IONENPAARES 501
12.5 REICHWEITE VON ELEKTRONEN IN ALUMINIUM 502
12.6 BEWEGLICHKEIT POSITIVER IONEN IN GASEN BEI KLEINEN FELDSTAERKEN 507
12.7 ELEKTRONENBEWEGLICHKEIT IN GASEN 508
12.8 ABSORPTION VON Y-STRAHLEN 510
12.8.1 PHOTOEFFEKT 510
12.8.2 COMPTON-EFFEKT 511
12.8.3 PAARBILDUNG 511
12.9 LITERATUR 513
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