hiukkasmittareilla

Hiukkasmittarit ovat laitteita, joita käytetään hiukkasten ja säteilyn havaitsemiseen sekä näiden ominaisuuksien mittaamiseen. Niiden avulla voidaan selvittää hiukkasten energia, liikemäärä, kulkureitti sekä identiteetti (esimerkiksi elektronit, positronit, protonit, fotonit). Hiukkasmittarit perustuvat vuorovaikutukseen aineen kanssa: hiukkanen voi ionisoida kaasua, saada aikaan scintillaatiota kiinteässä aineessa, tai aiheuttaa Cherenkov-säteilyä. Näin syntyneet signaalit muunnetaan sähköisiksi ja usein vahvistetaan sekä mitataan.

Päätyypit ja toimintaperiaatteet. Kaasupohjaiset ionisointimittarit (kuten Geiger–Müller-putket ja proportional counters) havaitsevat ionisaatiota kaasussa. Puolijohdemittarit, kuten piin ja germaniumin detektorit, tuottavat signaalin, kun hiukkanen luovuttaa energiaa puolijohteeseen. Scintillaatioon perustuvat mittarit käyttävät litteitä tai kiteisiä scintillaattoreita (esim. NaI(Tl), CsI(Tl)) sekä fotomultiplierien tai suoraan moderneja LYSO- tai PbWO4-detektoreita signaalin muuntamiseen valoiksi. Cherenkov-detektoreissa aineen läpi kulkevä hiukkanen ylittää valon nopeuden ja tuottaa Cherenkov-säteilyä. Kalorimet mittaavat hiukkasen kokonaisenergian ja jakavat sen sähköiseen signaaliksi. Toisaalta Time-of-Flight- ja seurantamittarit kuten drift-kammiot ja piin rekisteröivät hiukkasen reitin sekä ajoituksen.

Käyttökohteet. Näitä mittareita käytetään laajasti hiukkasfysiikassa (esim. suurten kokeiden kuten LHC:n detektorit), lääketieteellisessä kuvannuksessa (PET, gammakamera), säteilyturvassa sekä astro- ja materiaalitutkimuksessa.

Ominaisuudet. Suorituskykyyn vaikuttavat energian ja paikan resaluutio, aikakäyrä, mittausnopeus sekä säteilykestävyys. Valinta riippuu tutkittavasta ilmiöstä ja vaadituista mittauksista.