Funkenkammer

Prinzip:

Auch die Funkenkammer zeigt wie eine Nebelkammer eindrucksvoll die Bahnspur ionisierender Teilchen. Die entlang der Bahn gebildeten Ionen des Füllgases ermöglichen eine Funkenentladung die den Verlauf der Bahn aufzeigt. Im einfachsten Fall besteht die Funkenkammer aus einem Stapel von Elektroden die abwechselnd auf Erdpotential und Hochspannung liegen. Allerdings darf die Hochspannung nicht dauernd an den Platten anliegen, da in diesem Fall Funken von unvermeidlichen, kleinen Unebenheiten der Platten ausgehen würden. So wird die Hochspannung nur für einen sehr kurzen Zeitraum unmittelbar nach dem Durchgang des Teilchens angelegt.
Im Gegensatz zur Nebelkammer ist so die Funkenkammer nur für eine sehr kurze Zeit ( ~ 1µs ) empfindlich und muss zum richtigen Zeitpunkt getriggert werden. Dies geschieht normalerweise mit zwei Szintillatorzählern welche über und unter der Kammer angeordnet sind. Ein gleichzeitiges Signal beider Zähler bedeutet, dass ein Teilchen durch beide Szintillatorplatten geflogen ist und somit auch die Kammer durchquert hat. Dieses Koinzidenzsignal wird zur Auslösung der Kammer verwendet.

Aufbau:

Der Probeaufbau der Funkenkammer besteht aus 17 Aluplatten mit einer Fläche von 20 x 20 cm und 3 mm Stärke. Zwischen den neun geerdeten Platten befinden sich acht auf Hochspannung liegende Platten. Die Aluplatten sind an den Kanten abgerundet um Überschläge zu vermeiden und mit M5 Kunststoffgewindestangen und Abstandshaltern aus Plexiglas zu einem Stappel verschraubt. Die Hochspannung zur Ladung der Platten wird in 8 keramischen HV-Kondensatoren (1 nF 20 kV) gespeichert. Zum Betrieb wird eine Glashaube über die Platten gestülpt und mit Helium (Ballongas) geflutet.

Ein Teil der Kammerelektronik ist unter der Bodenplatte befestigt. Ein Schaltnetzteil erzeugt die 10 kV Spannung zur Ladung der Kondensatoren. Eine selbstgebaute Funkenstrecke (unten links) erzeugt den Hochspannungspuls. Neben der Funkenstrecke ist auf einer Lochrasterplatine die zugehörige Triggerelektronik aufgebaut. Die Triggerung arbeitet mit der üblichen Thyristorschaltung und kann mit einem 5V TTL Puls ausgelöst werden.

Betrieb:

Da trotz langer Suche leider keine Szintillatoren aufgetrieben werden konnten musste ein anderer Weg zur Triggerung der Kammer gesucht werden. Erste Versuche die Kammer mit einer Rate von 2 Hertz fortlaufend zu Zünden und so zufällig ein Teilchen zu erwischen führten zu keinem Erfolg. Die Mesonenrate beträgt auf Meereshöhe circa 100 Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde. Auf der Kammerfläche von 20 x 20 cm sind das nur vier Teilchen pro Sekunde. Bei einer Empfindlichkeitsdauer der Kammer von einer Mikrosekunde ist es somit sehr unwahrscheinlich bei dieser Pulsrate einen Durchgang zu treffen.
Ganz gute Ergebnisse wurden jedoch mit Geiger-Müllerzählrohren erzielt. Zu diesem Zweck wurden drei Zählrohre auf die Haube der Kammer gelegt. Die Ausgangspulse der Zählrohre wurden mit einer logischen Oder-Schaltung verküpft und zur Auslösung der Kammer verwendet. Natürlich decken die Zählrohre nur einen kleinen Teil der Kammerfläche ab sodass viele passierende Mesonen nicht erfasst werden. Außerdem liefern die Zählrohre auch Pulse durch die natürliche Umgebungsaktivität welche die Kammer triggern obwohl kein Mesonendurchgang statt gefunden hat. Immerhin wird bei jedem zehnten bis zwangzigsten Ereigniss eine wirkliche Funkenspur aufgezeichnet

Die obigen Bilder wurden aus einer DVD Aufnahme extrahiert. In keinem Fall konnte eine durchgehende Funkenspur beobachtet werden. Stattdessen bildet sich eine Entladung an den Plattenkanten links und rechts und in den Durchgangslöchern der Plexiglasabstandshalter.
Der linke Flashfilm ist aus einzelnen Bildern zusammengesetzt und etwas bereinigt um die Spuren besser zu zeigen