Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

5.1. DAS NAHE ERDUMFELD 237
Abbildung 5.10: Pulshöhenmatrix:
Mittlerer Energieverlust der Teilchen
in Detektor 1 in Abhängigkeit von der
Restenergie der Teilchen in Detektor
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Geschwindigkeit wie ein Proton eine größere Energie ab. Darin liegt auch der Schlüssel zur
Trennung der verschiedenen Teilchensorten. Die entscheidende Rolle hat dabei der erste Detektor.
Der Detektor ist sehr dünn gewählt, so dass für eine vorgegebene Teilchensorte die
Energieabgabe relativ definiert erfolgt. Elektronen geben nur wenig Energie ab (hohe Geschwindigkeit
nahe c, minimalionisierende Teilchen), d.h. der Energieverlust eines Elektrons
in Detektor 1 ist gering verglichen mit den Energieverlusten anderer Teilchen. Daher kann
man in Detektor 1 eine Schwelle einführen: Teilchen, die weniger Energie abgeben, werden als
Elektronen betrachtet, Teilchen, die mehr Energie abgeben, als Nukleonen. In diesem Beispiel
liegt die Schwelle bei 180 keV. Um Protonen und Helium zu trennen, hat der erste Detektor
eine zweite Schwelle: Helium gibt bei gleicher Geschwindigkeit (gleiche Energie/nucl) mehr
Energie ab als ein Proton (doppelte Ladung, geht quadratisch in die Bethe–Bloch-Formel
(5.2) ein). Damit lässt sich eine zweite Schwelle bei 3.9 MeV einführen: Protonen mit höherer
Energie würden den Detektor durchsetzen und in Detektor 2 ein Signal erzeugen, der maximale
Energieverlust für Protonen liegt also unterhalb dieser Schwelle; Helium dagegen gibt
mehr Energie ab und liegt oberhalb dieser Schwelle. Schwerere Kerne sind sehr selten, im
Rahmen von Zählkanälen werden sie zusammen mit dem Helium gezählt. Sie können erst in
der Impulshöhenanalyse identifiziert werden.
§ 777 Durch Vergleich der einzelnen Detektoren und dem Ansprechen der Schwellen in Detektor
1 lassen sich entsprechend der Koinzidenzbedingungen die in Tab. 5.1 gegebenen
Zählkanäle definieren. Dabei bedeutet i jeweils, dass der Detektor i angesprochen hat, i,
dass er nicht angesprochen hat und i, dass die obere Schwelle des Detektors angesprochen
hat.
§ 778 Bisher haben wir, abgesehen von den Schwellen in Detektor 1, nur die Information ,ob
ein Detektor angesprochen hat verwendet, nicht jedoch die Restenergien oder Energieverluste
in den einzelnen Detektoren. Betrachten wir nur die beiden letzten Detektoren, die ein Teilchen
getroffen hat, so erhalten wir eine Information über den Energieverlust im vorletzten
und die Restenergie im letzten Detektor. Trägt man diese gegeneinander auf, so ergibt sich
eine Linie, die als die Ortskurve in der Pulshöhenmatrix bezeichnet wird. Abbildung 5.10
zeigt diesen Zusammenhang für verschiedene Teilchensorten. Teilchen mit größerer Energie
würden auch den zweiten Detektor durchdringen, der Energieverlust im zweiten Detektor
nimmt dann wieder ab (größere Geschwindigkeit entspricht geringerer Ionisation), d.h. die
Ortskurve in Abb. 5.10 würde für höhere Energien hin nach links unten abknicken.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008