Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

52 Mikrokosmos 22 Kristalldetektoren ermöglichen als Kalorimeter die Bestimmung der Energie von elektrisch geladenen Teilchen. Um eine gute Auflösung der bei einer Kol- lision entstehenden Teilchen zu erreichen, werden viele Tausend solcher Detektoren in großen Anlagen eingebaut. n p Ein ionisierendes Teilchen erzeugt Elektronen-Löcher-Paare. Halbleiter(Si)-Diode Zähler Abb. 52.1 Ein Halbleiterdetektor besteht aus einer in Sperr- richtung gepolten Siliziumdiode. Wird eine Spannung von etwa 100 V angelegt, so sind alle beweglichen Ladungsträger aus dem Kristall verschwunden. Tritt ein geladenes Teilchen in den Kristall ein, so entstehen durch Stöße Elektronen und Löcher, die ein Spannungssignal an der Diode verursachen. Das Spannungssig- nal amWiderstand ist proportional zur abgegebenen Energie. Die Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugt im Szintillationskristall einen Lichtblitz ... ... welcher in der Photokathode ein Elektron freisetzt. Der Elektronenstrom wird durch Elektroden verstärkt und ... dies ergibt einen kurzen elektrischen Impuls. Röngten- oder Gammastrahlung Hochspannung Photokathode Anode Zähler Abb. 52.2 Ein Szintillationszähler besteht aus einem Szintil- lationskristall (zB NaI), einer Photokathode und einem Elektro- nenvervielfacher. Abb. 52.3 Kandidat für den Zerfall eines Higgs-Bosons (Atlas-Detektor). Teilchenspurbilder wie dieses werden heute ausschließlich mit Computern aus den Daten, die die Detektoren während eines Streuexperimentes liefern gewonnen. Das „Fil- tern“ der riesigen Datenmengen ist eine gewaltige Herausforde- rung. Dafür werden Rechner in der ganzen Welt eingesetzt. Abb. 52.4 unten: Der Detektor ATLAS (Compact Muon Sole- noid) besteht in seinem Kern aus gewaltigen supraleitenden Magnetspulen, die Magnetfelder von etwa 4 T erzeugen. Um den Kollisionspunkt sind Teilchenspurdetektoren, optische Kristallde- tektoren (Kalorimeter), Myonenkammern und weitere Kalorime- ter angeordnet. Bei einem Durchmesser („Höhe“) von etwa 22 m und einer Länge von mehr als 44 m beträgt die Gesamt- masse des Detektors 7000 t. In einer Tiefe von etwa 100 m unter der Erdoberfläche wird der Detektor auch zur Suche nach dem Higgs-Boson eingesetzt. Beachte: Bei einem Kollisions-Experiment müssen die Detekto- ren sphärisch um den Kollisionspunkt angeordnet werden! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv