Nachweisgeräte für Ionisierende Strahlung

Fotoplatte

Der Nachweis mittels der Fotoplatte beruht auf der Eigenschaft der ionisierenden Strahlung Fotoplatten unter Lichtabschluss zu schwärzen. Eine besondere Art der Fotoplatte stellt die Kernspurplatte dar. Sie weist gegenüber einer herkömmlichen fotografischen Platte einen sehr hohen Bromsilbergehalt bei einem sehr feinen Korn auf. Zur Abbildung von ionisierender Strahlung wird die Platte unter Lichtabschluss einer Spannungsquelle ausgesetzt. Durchdringt ionisierende Strahlung die fotografische Schicht, so hinterlässt sie Spuren, welche nach der Entwicklung abgebildet werden. Die Anzahl der Spuren richtet sich nach der Stärke der Radioquelle, sowie der "Belichtungszeit".

Nebelkammer

Die Nebelkammer, welche auch Wilsonkammer genannt wird, wurde von dem englischen Physiker C. T. R. Wilson 1912 entwickelt. Die Nebelkammer ist ein Apparat zum Sichtbarmachen von Spuren ionisierender Teilchen, sowie für Kernreaktionen. Die Nebelkammer ist ein zylindrisches Gefäß mit staubfreier Luft. Diese Luft ist ständig mit Wasserdampf gesättigt. Die Wirkungsweise der Nebelkammer beruht auf dem Prinzip der Bildung von Kondensationskeimen beim Durchgang geladener Teilchen.

Expansionsnebelkammer:

Durch Zurückziehen eines Kolbens wird in der -Kammer ein plötzlicher Unterdruck erzeugt. Dadurch kühlt sich die Kammerluft ab und die Temperatur sinkt unter den Taupunkt, womit der Wasserdampf übersättigt ist. Bedingt dadurch das die Luft staub- und ionenfrei ist (ionenfrei durch Anlage eines elektrischen Feldes) kann der Dampf nicht kondensieren, da keine Kondensationskeime vorhanden sind. In die Nebelkammer eindringende Teilchen bilden entlang ihrer Flugbahn Ionen, welche als Kondensationskeime wirken. An diesen ionisierten Gasatomen kann nun Kondensation eintreten, wodurch eine sichtbare "Kondensationsspur" entsteht. Die Bahnen der Teilchen können nun, bei seitlicher Beleuchtung beobachtet bzw. fotografiert werden. Die Spuren sind nur unmittelbar nach dem Expansionsvorgang zu sehen, da sie wieder verwischen und verschwinden. Aus Länge, Stärke und Richtung der Bahnen kann auf Masse und Geschwindigkeit der Teilchen geschlossen werden. Aus der Ablenkung im Magnetfeld ist es möglich Größe und Vorzeichen der Ladung zu bestimmen.

Diffusionsnebelkammer:

Hierbei wird die Diffusion von Dampf, welche durch ein großes Temperaturgefälle erzeugt wird, für die Erzeugung einer Zone gesättigten Wasserdampfes genutzt. Dies hat den Vorteil, das der Prozess kontinuierlich ist, daher ist die Diffusionsnebelkammer im Unterschied zur Expansionsnebelkammer über längere Zeit zum Nachweis ionisierender Teilchen fähig.

Blasenkammer

Die Blasenkammer funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip wie die Nebelkammer. Eine Blasenkammer besteht aus einem großen, mit einer überhitzten Flüssigkeit gefüllten Gefäß. Beim Durchgang eines elektrisch geladenen Teilchens bilden sich an den Ionen Dampfbläschen, welche als Teilchenspur ähnlich der Expansionsnebelkammer sichtbar sind. Der Unterschied zur Expansionsnebelkammer besteht darin, das die Teilchen in der Flüssigkeit stärker gebremst werden und folglich die Teilchenspuren kürzer und folglich besser auswertbar sind. Wie bei der Expansionsnebelkammer sind die Teilchenspuren nur für einen kurzen Zeitraum (0,01 - 0,1 s) nachweisbar.

Szintillationszähler

Das einfachste Gerät zum Strahlennachweis (Alphastrahlung) ist das 1903 von William Crookes erfundene Spinthariskop. Dabei befindet sich auf dem Boden einer Blechhülse eine mit Leuchtstoff belegte Scheibe (bei Crookes aktiviertes Zinksulfit). Über diesem Leuchtstoff ist eine radioaktive Quelle angebracht. Am oberen Ende der Blechhülse befindet sich eine Lupe. Durch die Lupe ist das Aufblitzen kleiner Fünkchen zu sehen. Dieses Aufblitzen wird ausgelöst durch gegen den Leuchtschirm prallende Teilchen. Heute ist eine große Anzahl von Stoffen bekannt, welche bei der Einwirkung von ionisierender Strahlung Szintillationen erzeugen. Die Registrierung der Lichtblitze geschieht heute ausschließlich elektronisch. Dabei werden die Lichtblitze von einem Sekundärelektronenvervielfältiger in elektrische Impulse umgewandelt. Die Amplitude dieser Impulse ist zu der Intensität der Lichtblitze proportional. Die Impulszahl kann nun an einem Zähler direkt gezählt werden. Es kann jedoch auch noch ein Impulshöheanalysator dazwischengeschaltet werden. Durch die Trennung nach Impulsen gleicher Amplitude kann damit z. B. das Ursprungsradionuklid bestimmt werden.
Durch den Austausch verschiedener Szintillatoren (Leuchtstoffe) kann der Szintillationsmeßkopf den verschiedenen Strahlungsarten und Messbedingungen angepasst werden. Ein Vorteil des Szintillationzählers ist die hohe Empfindlichkeit, die trägheitslose Arbeitsweise, sowie die Möglichkeit die Strahlungsenergie zu messen.

Zählrohr

Ein Zählrohr ist ein Gerät welches durch Stoßionisation erzeugte Elektronenlawinen in zählbare Stromimpulse umwandelt. Das wohl bekannteste Gerät dieser Art ist das 1928 erfundene Geiger-Müller-Zählrohr. Dieses besteht im Prinzip aus einer Glas- oder Metallröhre, in deren Längsachse ein dünner Draht (Anode) verläuft. Als Katode dient eine leitende Schicht der Röhrenwand. Das Rohr ist mit Gas gefüllt (z. B. Argon mit einem Zusatz von Alkoholdampf). Zwischen Katode und Anode liegt eine Gleichspannung an (1000 -1300 Volt). Eindringende Elementarteilchen ionisieren einige Atome des Füllgases, wodurch Elektronen und Ionen entstehen, welche im elektrischen Feld beschleunigt werden. Diese ionisieren nun ihrerseits weitere Atome, wodurch eine Elektronenlawine ausgelöst wird. Der kurzzeitige Stromstoß führt zu einem Spannungsstoß am Widerstand. Dieser Spannungsstoß kann durch einen Verstärker hörbar gemacht werden bzw. über ein Zählgerät gezählt werden. Das Zählrohr besitzt eine Totzeit von 10-4 s. Dies ist die Zeit die das Gas benötigt, um die ursprünglichen Ladungszustände wiederherzustellen, um eine erneute radioaktive Einwirkung zu registrieren.

Weitere Messgeräte und Methoden zum Nachweis ionisierender Strahlung sind: