Das β-Spektrometer — Messung der kontinuierlichen ...

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3 Das β-Spektrometer(a)(b)Abb. 3.1.: (a) Schematische Darstellung der Blendenkammer. (1) nicht magnetisierbare Wand;(2) Präparathalterung mit (3) Eintrittsblende; (4) Magnetfeldsondendurchführung; (5)Zählrohrhalterung mit (6) Austrittsblende [29]. (b) Foto der Kammer ohne Deckel.Auf dem Kammerboden ist ein Blendensystem installiert, das aus halbkreisförmigenBleistreifen besteht. Es „blendet“ diejenigen β-Teilchen aus, die von der vorgegebenenKreisbahn abweichen. Außerdem befinden sich in der Eintritts- und Austrittsbohrungder Kammer zwei weitere, kleine Blenden, um Streueffekte bei der Detektion zuverringern. In Abb. 3.1 wird der beschriebene Aufbau und das Blendensystem derKammer schematisch dargestellt.Der Aufbau-Elektromagnet - Erzeugung des MagnetfeldsDas β-Spektrometer wird senkrecht von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt,welches durch einen Aufbau-Elektromagneten erzeugt wird.Abb. 3.2.: Foto des Aufbau-Elektromagneten mit Blendenkammer, Präparat und Zählrohr.28
3.1 Grundsätzliches zum VersuchDazu versieht man einen Schenkel eines U-förmigen Eisenkerns mit einer felderzeugendenSpule (600 Windungen) und steckt darüber die Blendenkammer. Auf den anderenSchenkel des U-Kerns wird ein runder Eisenkern aufgebracht, der die gleiche Höhe wiedie Ablenkkammer besitzt und als Distanzstück dient. Das Joch, ein stabförmiger Eisenkern,wird oben aufgelegt und mit einer zugehörigen Spannvorrichtung fixiert. Durch dengeschlossenen Eisenkern wird das Spulenmagnetfeld optimal verstärkt. Als Spannungsquelledient ein universelles DC-Netzgerät mit digitaler Anzeige.Die Hallsonde - MagnetfeldmessungFür die Messung der magnetischen Flussdichte im Inneren der Ablenkkammer verwendetman eine tangentiale Hallsonde in Verbindung mit einem Mikrovoltmeter. Sie misstFelder, die senkrecht zum Sondenträger orientiert sind und eignet sich wegen ihresextrem schmalen und flexiblen Aufbaus speziell zur Messung von Magnetfeldern inengen Spalten. Die Hallsonde besteht aus einem dünnen Streifen des HalbleitermaterialsIndium-Arsenid (InAs). Wird der Streifen der Dicke d in der Längsrichtung voneinem Steuerstrom I S durchflossen und zusätzlich senkrecht von einem Magnetfeldder Flussdichte B durchsetzt, so entsteht durch die auf die Elektronen wirkendeLorentzkraft eine Spannung U H , die abgegriffen werden kann. Unter Verwendung derKonstanten R H , welche vom jeweiligen Probenmaterial abhängig ist, ergibt sich für diesog. Hallspannung 1 :U H = R HI Sd· B . (3.1)Dieser Zusammenhang ermöglicht die Messung des Magnetfelds über eine Spannungsmessung.Die Proportionalitätskonstante c = R H I S /d zwischen U H und B wird imVorhinein durch Eichung der Hallsonde bestimmt, siehe Abschn. 3.2.1. Die Sonde wirdvorsichtig so weit wie möglich in die vorgesehene Bohrung eingeschoben. Dabei gilt esdarauf zu achten, dass die Sondenfläche parallel zu den Polschuhen des β-Spektrometersausgerichtet ist. Um Beschädigungen der äußerst empfindlichen Sonde zu vermeiden,wird sie in dieser Stellung mit Hilfe von Stativmaterial am Plastik-Griff eingespannt.Abb. 3.3.: Foto der flexiblen Hallsonde.1 Eine Herleitung findet man in den meisten Physik-Lehrbüchern, z.B. [17].29
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