Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

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Teleskope, Detektoren, Meßgeräte
Energie von E ≥ 0.
233 MeV nachweisen. Auf diese Weise erfaßt man Neutrinos, die hauptsächlich aus
der Reaktion
2 +
p+ p → He + e + ν
e
stammen. Das sind immerhin rund 90% der von der Sonne emittierten Neutrinos. Aufgrund der hohen
Kosten des quecksilberähnlichen Metalls Gallium können sich nur wenige Länder ein
„Neutrinoteleskop“ auf Gallium-Basis leisten.
Eine der ersten „Gallium-Teleskope“ ist in einem Autobahntunnel unterhalb des Gran-Sasso-Massivs
in den italienischen Alpen aufgebaut worden und wird als GALLEX (= „GALLium-Experiment“)
bezeichnet. In einem Seitentunnel mit den Maßen 92x17x18 m befindet sich ein 80000 Liter fassender
Tank, der mit konzentrierter GaCl −HCl-Lösung
gefüllt ist. Die Methode der Extraktion der
3
entstehenden radioaktiven Germanium-Atome entspricht in etwa der schon erläuterten Methode zum
Nachweis radioaktiven Argons aus dem C 2Cl 4 -Tank in der Homestake-Mine. Nur wird an Stelle von
Helium Stickstoff verwendet, um die entstehenden GeCl4 -Moleküle aus dem Detektor auszuwaschen.
Diese Moleküle werden wiederum in GeH 4 umgewandelt, das als Zählgas verwendet wird. Der
eigentliche Nachweis erfolgt mit Hilfe von rauscharmen Proportionalzählrohren, mit deren Hilfe die
Rückreaktion
+
Ge → Ga + e + ν beobachtet wird. Das Nachfolgeprojekt von GALLEX ist
71 71
e
BOREXINO. Dieser Detektor dient in erster Linie dem Nachweis von solaren Neutrinos aus dem Be-
Zweig des pp-Zyklus (E=862 keV) und verwendet dafür die Neutrino-Elektron-Streuung. Da zum
Nachweis der dabei beschleunigten Elektronen organische Szintillatoren verwendet werden, sind
Echtzeitmessungen bis zu Neutrino-Energien von ca. 450 keV möglich.
Die überraschende Beobachtung eines Defizits an Sonnenneutrinos (d.h. es wurden weniger
nachgewiesen als nach dem Standardmodell der Sonne erwartet wurde), die mit diesen
Neutrinoteleskopen gemessen wurde, beschäftigte Astronomen wie Physiker lange Zeit, bis es
schließlich gelang, dieses „Sonnenneutrinoproblem“ durch den experimentellen Nachweis der
sogenannten Neutrinooszillationen zu erklären.
Detektoranordnungen, die auf kernchemischen Prinzipien beruhen, können keine
Richtungsinformationen und nur begrenzt Aussagen über die Energie der detektierten Neutrinos
liefern. Sie erlauben damit lediglich eine integrale Messung des Neutrinoflusses oberhalb einer durch
das Detektormaterial festgelegten Energieschwelle.
Um auch Richtungs- und Zeitinformationen zu erhalten (was ja für die Beobachtung von nichtsolaren
Neutrinoquellen durchaus wichtig ist), muß ein anderes Meßprinzip zur Anwendung kommen. Hierzu
bietet sich die Neutrino-Elektronenstreuung an:
ν
− ' −'
+ e →ν
+ e
Dabei werden die Elektronen so stark beschleunigt, daß sie innerhalb eines Kegels (dessen
Öffnungswinkel von der Energie des Elektrons abhängt) Cerenkov-Strahlung emittieren, die mit
empfindlichen Photomultipliern in Echtzeit registriert werden kann. In dem man diese Lichtblitze mit
mehreren Geräten dieser Art verfolgt, können aus den gemeinsamen Daten Richtungsinformationen