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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
1893 min 120 0,0634
 
 
 
 
 
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