Mesonen-teleskop
|
Allgemeines:
Mesonen sind Elementarteilchen die vor Allem durch die Höhen-
b.z.w. kosmische Strahlung enstehen. Diese Höhenstrahlung besteht
aus hochenergetischen Protonen, der sogenannten primären Strahlung.
Trifft diese Strahlung auf die Lufthülle der Erde enstehen
durch Kernreaktionen eine große Anzahl weiterer Teilchen,
die sekundäre Strahlung. Diese Sekundärstrahlung besteht
zum großen Teil aus µ-Mesonen.
Diese Mesonenstrahlung hat eine große Durchdringungskraft
und so ist es für die meisten Experimente unwesentlich ob sie
im Freien, im Dachboden oder im Keller eines Hauses durchgeführt
werden. Selbst eine Abschirmung von einigen Zentimetern Blei hat
kaum eine Auswirkung.
Um die Mesonenstrahlung nennenswert abzuschwächen sind mehrere
Hundert Meter Fels oder Wasser notwendig.
Das ist der Grund weshalb Messungen, der noch durchdringenderen
Neutrinostrahlung in ehemaligen Bergwerken (Homestake Mine), Tunneln
(Gran Sasso) oder auf dem Grund tiefer Seen (Baikalsee) unternommen
werden um nicht durch Mesonen gestört zu werden.
Die Mesonenrate auf Meereshöhe beträgt etwa 100 Pro Quadratmeter
und Sekunde.
Mit einer >Zählerteleskop<
kann der Einfallswinkel der Mesonen auf einfache Weise gemessen
werden.
|
|
|
Aufbau:
Als Zähler werden hier zwei Geiger-Müller-Zählrohre
vom Typ ZP 1410 verwendet. Die Zählrohre werden an einem
verstellbaren Querbalken befestigt. Die Lage des Balkens kann
an einer Winkelskala abgelesen werden. Die Zählimpulse
beider Röhren werden mit einer Koinzidenzschaltung verarbeitet.
Dazu wird das
>Countermodul< des Arduino-Messystems verwendet.
Durch die Koinzidenzschaltung werden nur Teilchen registiert
deren Bahn durch beide Zählrohre verläuft. So wird
nur ein bestimmter Winkelbereich erfasst.
Bei einem Durchmesser der Zählrohre von 20 mm, einer Länge
von 37 mm und einem Abstand von 100 mm beträgt der Winkelbereich
etwa 23°, b.z.w. 39°
Messung:
Wegen dem kleinen Winkelbereich von 23° x 39° ist die
Zählrate sehr klein. Um trotzdem eine gute Statistik zu
erhalten wurde eine sehr lange Messzeit von etwa 24 Stunden
gewählt. Für die 10 Messungen der Winkel von 0 bis
90 Grad braucht man demnach 10 Tage. Nachdem man aber während
der Messzeit natürlich nicht zugegen sein muss stellt das
kein Problem dar. Man muss nur jeden Tag die Messwerte ablesen
und einen neuen Winkel einstellen. Die erhaltenen Zählwerte
werden mit der genau gemessenen Messzeit auf die Minutenrate
gerechnet und dann normiert.
Die als Graph aufgetragene Messreihe zeigt eine gute Übereinstimmung
mit der, rot dargestellten, theoretisch zu erwartenden Funktion.
Nur die Werte bei flachen Winkeln weichen stärker ab. |
|
|
|
Elevation |
genaue Messzeit |
Zählimpulse |
Rate (1/min) |
90° |
1403 min |
642 |
0,4576 |
80° |
1568 min |
689 |
0,4390 |
70° |
1563 min |
506 |
0,3877 |
60° |
1384 min |
445 |
0,3222 |
50° |
1499 min |
377 |
0,2515 |
40° |
1439 min |
276 |
0,1918 |
30° |
1446 min |
203 |
0,1404 |
20° |
1472 min |
101 |
0,0686 |
10° |
1443 min |
114 |
0,0795 |
0° |
1893 min |
120 |
0,0634 |
|
|
|
|
|
|
|
|