Spitzenzähler

Allgemeines:
Der Spitzenzähler wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Geiger und Greinacher entwickelt. Der Zähler erlaubte erstmals die Detektion einzelner Teilchen auf elektrischem Weg. Einzelne Teilchen konnten bislang nur sehr mühsam mit dem Spinthariskop bestehend aus Szintillationsschirm und Mikroskop gemessen werden.

Der Spitzenzähler arbeitet wie das später entwickelte >>Geiger-Müller-Zählrohr<< mit Gasverstärkung. Wie bei einer einfachen >>Ionisationskammer<< werden durch die einfallenden Teilchen Ladungsträger erzeugt. Durch das hohe elektrische Feld werden diese Ladungsträger so beschleunigt dass sie wiederum weitere Ladungsträger aus dem Füllgas erzeugen.
So entsteht eine Ladungsträgerlawine die an den Messelektroden einen gut messbaren Spannungsimpuls erzeugt. Das benötigte hohe elektrische Feld wird beim Spitzenzähler durch die scharfe Spitze erzeugt. Der kleine Krümmungsradius der Spitze ergibt schon bei vergleichsweise niedrigen Spannungen hohe Felder.

Der Aufbau eines einfachen Spitzenzählers ist nicht schwer. Im einfachsten Fall genügt ein Aludöschen und eine Nähnadel. Die Nadel wird auf eine geeignete Buchse gelötet. Die Buchse muss für die anliegenden Spannungen geeignet sein, z.B. MHV oder SHV Buchse. Auch eine normale BNC-Buchse kann ausreichen sofern der Isolator sehr sauber ist damit keine Störpulse erzeugt werden.
Als Betriebsgas ist normale Luft bei Atmosphärendruck ausreichend, man sollte aber darauf achten das kein Staub in die Anordnung kommt, da auch dieser Störpulse auslösen könnte.
Verschiedene Autoren empfehlen eine Behandlung der Spitze, z.B. Ausglühen, um die Empfindlichkeit zu steigern


Mit einer unbehandelten Nähnadel beginnt die Zähltätigkeit bei etwa 2000 V Spannung und erreicht ein Plateau bei etwa 3000 V	Die Alpha-Teilchen einer Americiumquelle ergeben eine Mikrosekunde lange Impulse die eine Amplitude von 130 Millivolt haben.

Demoaufbau:
Für Demonsstrationszwecke wurde der Spitzenzähler samt Netzteil und einer Quelle (Am²⁴² ca. 30 kBeq) in ein Plexiglasgehäuse eingebaut. Diese Gehäuse schützt sowohl vor der Hochspannung und verhindert auch ein Austreten der Alpha-Strahlung der Quelle. Die Quelle ist drehbar gelagert sodass sie auch vom Zähler weg gedreht werden kann. Die Hochspannungsquelle arbeitet mit einem Inverter für Kaltkathodenlampen. Diese Inverter gibt's als Zubehör zum Computer Modding. Mit Ihnen lassen sich auf einfachste Weise HV-Netzgeräte für kleine Leistung (< 10W) und Spannungen von einigen 10 Kilovolt aufbauen. Je nach gewünschtem Ausgangsspannungsbereich wird die Vervielfacherkette bemessen, in diesem Fall 4-stufig. Die genaue Aussgangsspannung wird über die Betriebsspannung des Inverters eingestellt. Dazu wird die Betriebsspannung von einem Emitterfolger erzeugt. An der Basis des hier verwendeten Transistor liegt eine, mittels Wendelpoti einstellbare Spannung. Die eingestellte Hochspannung kann mit einem eingebautem Vorwiderstand und einem extern angeschlossenem Vielfachmessgerät gemessen werden. Dabei entspricht ein Strom von 100 µA einer Spannung von 10 kV
Links unten ein Schaltplan des Geräts im PDF-Format und rechts ein Video das den Messvorgang zeigt.