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Korona Zähler

Allgemeines:
Koronazähler sind wie Geiger- oder Proportionalzähler aufgebaut arbeiten aber in einem anderen Betriebsbereich. Wird die Betriebsspannung an einem Zählrohr von Null an erhöht befindet sich man erst im

>Ionisationskammerbereich< einfallende, ionisierende Strahlung erzeugt in der Gasfüllung Ionen die durch die am Rohr anliegende Spannung zu den Elektroden wandern und einen messbaren Strom erzeugen. Aber einer bestimmten Spannung (Sättigungsspannung) werden die Ionen quantitativ erfasst
>Proportionalbereich< wird die Spannung weiter erhöht gewinnen die Ionen genug Energie weitere Gasatome zu ionisieren, d.h. es wird eine Ladungslawine in Gang gesetzt, die den Ausgangsstrom stark erhöht, der aber immer noch proportional zur zur Eingangsionisation ist.
>Geiger-Müller Bereich< bei weiterer Spannungserhöhung kann schon ein ionisierendes Teilchen eine Lawine auslösung die die gesamte Gasfüllung des Rohres ionisiert. Die Amplitude der Ausgangspulse werden somit unabhängig von der Energie des auslösenden Teilchens.
Korana Bereich: wird die Spannung noch weiter erhöht zündet eine selbstständige Entladung. Bei üblichen Zählrohren wird dieser Bereich vermieden da die Entladung u.U. die Röhre beschädigen kann. Koronazähler sind aber für diese Betriebsart gebaut. Ein großer Arbeitswiderstand verhindert zu hohe Ströme und damit eine Beschädigung der Elektrodenstruktur. Die Ströme im Koronabetrieb bewegen sich im Bereich von einigen 10 Mikroampere bei Spannungen von 1000 bis 2000V. Koronaröhren sind ziemlich unempfindlich, nur stark ionisierende Teilchen (z.B. Protonen) können registiert werden, in dieser Hinsicht ähneln sie den >Funkenzähler< und tatsächlich wurden sie auch auf deren Basis entwickelt.
Bei bestimmten Anwendungen ist die geringe Empfindlichkeit gegenüber Beta- und Gammastrahlung ein Vorteil.
So werden Koronazähler hauptsächlich zur Messung von Neutronen benützt. Die Neutronen lösen im Wandmaterial oder der Gasfüllung (Bor, Helium3, Uran) Kernreaktionen aus bei denen stark ionisierende Teilchen entstehen. Diese Teilchen können als Impulse am Arbeitswiderstand gemessen werden.
Russische He3 Korana-Neutronen-Zähler können z.Z. (August 2014) recht günstig, für weniger als 50€ bei Ebay erworben werden. Getestet wurden die Röhren CHM32 und CHM 42.
Betriebsspannungsbereich 1500V .. 3000 V
Startspannung Koronabetrieb 600V..700V
Plateaulänge min 1500V
max. Koronastrom 25µA
Nulleffekt 1/min
Gamma-Strahlungsimmunität 1500 rad/h
Ausgangskapazität 6 pF
Isolationswiderstand 1010 Ohm
Ein wichtiger Wert, die Empfindlichkeit gegenüber Neutronen ist leider nur als Vergleichswert angegeben: Sensitivität gegen Neutronen im Verhältniss zur Referenzprobe = 0,8.
Die gemessene Gleichspannungs-Kennlinie entspricht den Angaben im Datenblatt, die Koronaentladung setzt bei etwa 700 V ein.
Zur Strahlungsmessung wird das Zählrohr über einen sehr großen Arbeitwiderstand von 1 Gigaohm an die Betriebsspannung angeschlossen, das Signal über einen kleinen, hochspannungsfesten Kondensator 47pF abgenommen. Bei Einsetzen der Koronaentladung erscheint am Ausgang des Zählrohrs ein Rauschen.
Helium3-Detektoren sind vor Allem für langsame, thermische Neutronen empfindlich. Die statt findende Kernreaktion
              n + He3 > H3 + p + 0,764 MeV
hat für langsame Neutronen einen sehr großen Wirkungsquerschnitt von über 5000 barn. Das bei der Reaktion enstehende Proton ionisiert die Gasfüllung des Zählers und löst so den Impuls aus.

Um auch schnelle Neutronen, wie sie zum Beispiel ein Beschleuniger oder Fusor erzeugt, detektieren zu können muss das Zählrohr mit einem Moderator versehen werden. Als Moderator wird wieder Paraffin verwendet. Das Paraffin wurde in eine 34 cm lange Kuststoffröhre mit 13 cm Durchmesser gegossen und das Zählrohr in eine zentrale Bohrung gesteckt.
Die folgenden Messungen wurden mit der >Neutronenquelle< mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen gemacht. Die Betriebsspannung des Zählrohrs betrug 2,1 kV. Die durch die Neutronen ausgelösten Zählpulse heben sich deutlich vom Rauschen ab.