Strahlungssensor

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Die elektromagnetische Strahlung teilt man abhängig von der Wellenlänge in nicht-ionisierende und ionisierende Strahlung ein, letztere beginnend etwa mit dem UV-Licht, also Wellenlängen kleiner als das sichtbare Licht, <400nm.

Mit dem Begriff "Strahlung" meint man im allgemeinen die ionisierende Strahlung, also UV-Licht, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung, dazu noch Teilchenstrahlen wie Alpha- und Betastrahler oder auch Elektronenstrahlen in einer Röhre.

Dementsprechend vielfältig ist auch der Begriff Strahlensensor anzuwenden:

  • UV-Sensoren
  • Geigerzähler
  • Scintillationszähler
  • Dosisleistungs-Messung z. B. durch Schwärzung eines Films
  • Nebelkammer

Geigerzähler

Das Geiger-Müller-Zählrohr wird durch Ionisation beim Durchtritt von Alpha/Beta/Gamma-"Strahlen" kurzzeitig elektrisch leitend. Über einen Vorwiderstand wird eine Gleichspannung von mehreren hundert Volt angelegt und der Impuls am Vorwiderstand verstärkt auf einen Lautsprecher gegeben. Ein Zähler kann die durchschnittliche Pulszahl anzeigen. Andere Anzeigen arbeiten nach dem Prinzip des "Ballistischen Voltmeters", jeder Knacks lädt einen Kondensator ein Stück weit auf, der über einen Widerstand wieder langsam entladen wird.

Scintillationszähler

Ein Scintillationszähler besteht aus einem lichtdicht verpackten Kristall, der beim Durchtritt von Strahlung kleine Lichtblitze abgibt. In einer Fotovervielfacherröhre werden dadurch Elektronen aus einer Fotokathode herausgeschlagen, die lawinenartig verstärkt werden - beim Sprung von einer "Dynode" genannten Elektrode zur nächsten werden immer mehr Elektronen freigesetzt. Nach etwa zehn Dynoden, jede mittels Spannungsteiler etwa 100V positiver als die vorige eingestellt, ist aus einem Elektron ein Strom von mehreren tausend geworden, die über einen Kondensator als Spannungsimpuls an der Anode abgegriffen werden. Die Anode liegt so auf etwa 1000 V gegen Masse - die Fotokathode ist normalerweise mit Masse verbunden. Im Gegensatz zum Geigerzähler "knackst" der Scintillationszähler unterschiedlich laut, je nach verursachendem Teilchen/Strahl. Ein Histogramm der Ereignisse ergibt ein sogenanntes "Gammaspektrum" aus dem man die Zusammensetzung von radioaktivem Material bestimmen kann. Die Schaltung dazu nennt sich "Multi-Channel-Analyzer" MCA.

Halbleiter-Strahlungssensoren

In ähnlicher Weise funktionieren moderne Röntgensensoren, sogenannte flat panel Detektoren. Sie bestehen aus einem typischen CMOS-Bildsensor mit einer lichtempfindlichen Beschichtung, z.B. in aSi-Technologie, welche die vom Szintillator ausgesendeten Photonen auswertet. Eine andere Form sind Sensoren für Teilchenstrahlung. Diese bestehen aus Gitterelementen, die unter Hochspannung stehen und von einem nichtleitenden Gas durchtrömt werden. Vorbeifliegende ionisierende Teilchen erzeugen eine Störung des sich bildenden elektromagnetischen Feldes, die als Stromänderung im Leiter detektiert werden kann.

Nebelkammer

"Heute nur noch von historischer Bedeutung", bereits 1912 erfunden. Ähnlich den Kondensstreifen der Flugzeuge hinterlassen durchfliegende Teilchen eine Spur, die mit bloßem Auge sichtbar ist. Wird noch als Schulversuch vorgeführt. Mit einem Magneten kann man die Flugbahn ablenken. [Wikipedia-Artikel]

Weblinks

  • Geigerzähler

http://www.centronic.co.uk/product-groups/3/geiger-muller-tubes hat diese Produkte von Valvo / Philips 1992 übernommen. Von dort auch diese Applikation: http://qa.ff.up.pt/radioquimica/Bibliografia/Diversos/geiger_tube_theory.pdf

  • Scintillation

Photovervielfacher für Scintillations-Detektoren