Das β-Spektrometer — Messung der kontinuierlichen ...

2 Physikalische GrundlagenMechanischer AufbauEin Zählrohr ist ein Kondensator, bestehend aus einem zylindrischen Metallgehäusevon einigen Zentimetern Durchmesser und einem dünnen Draht, der entlang der Achsedes Zylinders und isoliert von der Außenwand angeordnet ist. Er wird über einen10 MΩ-Widerstand nach außen geführt und mit dem positiven Pol der Spannungsquelleverbunden. Der negative Pol liegt am Gehäuse an. An der Stirnseite befindetsich ein extrem dünnwandiges Glimmerfenster, durch das die zu messende Strahlungeintritt. Im luftdicht abgeschlossenen Rohr befindet sich ein unter geringem Druck 20stehendes Gas (Neon-Argon-Halogen-Gemisch), das neben der Vervielfachung vonElektronen-Ionen-Paare auch für die Löschung von Nachentladungen verantwortlich ist.Abb. 2.12.: Schematische Darstellung eines Zählrohrs.WirkungsweiseZum Betrieb des Zählrohrs wird der Zähldraht gegen das geerdete Gehäuse mit etwa500 V Spannung positiv geladen. Die elektrische Feldstärke in einem solchen Zylinderkondensatorim Abstand r von Draht beträgt [27]⃗E(r) =Ur · ln(a/b) ˆ⃗r ,wobei a den Radius des zylindrischen Rohres und b den des dünnen Drahtes darstellt.Tritt ein geladenes, schnelles Teilchen in das Zählrohr ein, so wird das im Innerenbefindliche Gas durch Stöße längs der Teilchenbahn ionisiert. Die dabei freigesetztenElektronen werden aufgrund der elektrischen Feldkraft zum Zähldraht, wo dieelektrische Feldstärke am größten ist, beschleunigt. Sie gewinnen auf ihrem Weg zurElektrode genügend kinetische Energie um viele weitere Edelgasatome zu ionisieren.Die Zahl der Ladungsträger vermehrt sich in Drahtnähe lawinenartig. Es kommt zueiner Gasentladung, die sich längs des ganzen Drahtes ausbreitet. Die Ionisation wirddabei um einen Faktor von 10 8 bis 10 10 verstärkt [23].20 Der Druck des Gases beträgt in der Regel ca. 200 hPa [26]. Dadurch verlängert man bei vergleichsweiseniedriger Zählrohrspannung die mittlere freie Weglänge der Teilchen, so dass sie vor demStoß mit Gasatomen genügend beschleunigt werden, um die Mindestenergie für eine Stoßionisationin Form von kinetischer Energie aufzubauen.24