Proportionalzählern

Proportionalzähler sind gasgefüllte Ionisationsdetektoren, deren Verstärkungsstufe so betrieben wird, dass die Amplitude der erzeugten Signale proportional zur Energie der eintreffenden Strahlung ist. Sie arbeiten im Proportionalbereich der Gasverstärkung, wodurch sich die Energie der Wechselwirkungen aus dem Zählsignal ableiten lässt.

Aufbau und Funktionsprinzip: Typischer Aufbau ist eine zylindrische Röhre mit einer feinen Anode im Zentrum und einer Mantelkathode. Zwischen Anode und Hülle liegt ein Gasgemisch, häufig Argon mit einem Quencher wie Methan (P-10) oder Isobutan. Bei angelegter Hochspannung driftieren Elektronen zur Anode, und in der Nähe der Anodenspannung kommt es zu einer Lawine von Ladungen (Gasverstärkung). Der Quencher verhindert unkontrollierte Entladungen und senkt Nachentladungen.

Funktionsweise: Die einfallende Strahlung erzeugt Primärionisation, wobei Elektronen und positive Ionen freigesetzt werden. In dem stark elektrischen Feld nahe der Anode verursachen die Elektronen eine signifikante Verdopplung der Ladung, wodurch eine Pulshöhe entsteht, die annähernd proportional zur Energie der ursprünglichen Wechselwirkung ist. Die Signale werden als Zählpulse gemessen.

Merkmale und Leistungsdaten: Proportionalzähler liefern eine bessere Energieauflösung als Geiger-Müller-Zähler und ermöglichen Spektral-Analysen, mit typischen Gasverstärkungen von etwa 10^2 bis 10^4. Sie sind empfindlich gegenüber Zählraten, Temperatur- und Druckänderungen sowie Alterung durch Gasverschmutzung oder Depositionen am oder im Elektrodenbereich.

Anwendungen: Typische Einsatzgebiete sind X- und Gamma-Spektroskopie, Neutronendetektion (z. B. mit Bortrifluorid oder anderen Gasen) und positionserkennende Detektoren wie Multiwire-Proportionalzähler. Historisch spielten proportionalzähler eine wichtige Rolle in Kern- und Teilchenphysik, werden jedoch je nach Anwendung durch andere Detektortypen ergänzt oder ersetzt.