Projektionsfunkenkammer

Prinzip:

Eine Abart der Funkenkammer ist die Projektionskammer die von Fukui erfunden und Charpak weiter entwickelt wurde. Im Gegensatz zu den anderen Funkenkammern verläuft hier die Bahn des Teilchens quer zum elektrischen Feld. Was beobachtet wird ist die Projektion vieler kleiner Entladungen entlang der Teilchenspur. Um die Funken zu sehen muß deshalb mindestens eine der beiden Elektroden durchsichtig sein. Meist wird hierfür ein innenliegendes Drahtnetz oder eine durchsichtige, elektrisch leitende Beschichtung (Zinnoxid) verwendet.
Dieses Prinzip bietet einige Vorteile. Zum einen können hier auch Teilchen mit niedriger Energie untersucht werden da sie nicht durch Elektroden gestoppt werden, zum Anderen ist die Funkenspur unabhängig von der Richtung sodaß auch Kreisbahnen dargestellt werden können falls die Teilchenspur in einem Magnetfeld verläuft. Entsprechende Bilder erinnern an Nebel- oder Blasenkammeraufnahmen.

Der Nachteil der Projektionskammer ist ihre Empfindlichkeit auf Verunreinigungen des Füllgases. Am Besten arbeitet die Kammer mit Neon, ein leiders etwas teures Edelgas (12 Liter kosten 2009 bei Linde Gas etwa 120 Euro). Aufgrund des Preises sollte Kammer wirklich dicht sein um nicht kostbares Neon durch Lecks zu verlieren. Auch billiges Schweiß-Argon eignet sich zur Füllung, gibt aber weniger schöne Spuren und muss bei niedrigem Druck benützt werden. Keinen Erfolg hatte der Verfasser mit Ballongas, offenbar sind hier Verunreinigungen des Heliums mit Luft zu groß. Keinen Erfolg brachte auch die in der Literatur beschriebene Beimengung von Joddampf.

Aufbau:
Der Grundkörper der Kammer ist aus Plexiglas und rund ausgeführt sodass die meisten Teile auf der Drehbank gefertigt werden können und keine Fräse benötigt wird. Die rückwärtige Elektrode ist aus Alu, die vordere aus einem dünnen Drahtnetz. Der Abstand beider Elektroden beträgt 2 cm der über die ganze Fläche konstant sein muß. Wichtig ist dass die Ränder der Elektroden abgedeckt sind um Nebenentladungen zu verhindern. Aus diesem Grund ist auch die Innenwand der Kammer mit einer tiefen Rille ausgedreht, sodass Entladungen entlang der Oberfläche verhindert werden.

Betrieb:

Der Hochspannungspuls wird mit einer Kondensatorentladung erzeugt. Als Schalter dient eine Trigatronfunkenstrecke. Die Triggerung der Kammer verursacht ein Zählrohr unter der Kammer. Wird vom Zählrohr ein Teilchen registiert wir innerhalb einer Mikrosekunde der Hochspannungspuls für die Kammer erzeugt. Mit etwas Glück ist das Teilchen durch die Kammer geflogen bevor es auf das Zählrohr trifft. An den vom Teilchen erzeugten Ionen zünden dann die Funkenentladungen und zeigen die ursprüngliche Bahn des Teilchens an. Die Trefferquote kann mit einem zweiten Zählrohr wesentlich erhöht werden. Das zweite Zählrohr wird über der Kammer angebracht und mit einer Koinzidenzschaltung wird sichergestellt dass nur Teilchen die beide Zählrohre, und damit auch die Kammer, durchfliegen einen Triggerpuls auslösen.


Elektronenspur in Neon bei Atmosphärendruck	Elektronenspur in Argon bei 100 mBar

Wird die Kammer mit Neon gefüllt kann sie bei Atmosphärendruck betrieben werden. Mit dem billigeren Argon konnten bei einem Unterdruck von 200 mBar saubere Entladungen erzeugt werden. Bedingt durch den niedrigen Druck werden aber vom Teilchen weniger Ionen erzeugt sodass weniger Funken auf der Bahn entstehen.

Demo-Aufbau:

Für eine Demonstration wurden Funkenkammer zusammen mit der benötigten Schaltung und einer SR⁹⁰-Quelle in einen Plexiglas Kasten eingebaut.

	An der Rückseite befinden sich der Spannungsvervielfacher zur Erzeugung der Hochspannung und die selbstgebaute Funkenstrecke. Links unten ist der Triggertrafo zu erkennen.

Oben links die in einem Messingblock untergebrachte Strontium ⁹⁰ Quelle. Mittels eines Knopfes kann die Quelle über die Eintrittsöffnung der Kammer gedreht werden.
Oben links ein Blick auf die Unterseite wo die meisten Bauteile untergebracht wurden. Man erkennt das Zählrohr in einer nach oben offenen Bleiabschirmung. Links vom Zählrohr die Platine mit der Triggerschaltung. Darunter die beiden Inverter zur Erzeugung der Hochspannung, der Triggerspannung und der Betriebsspannung für das Zählrohr. Rechts über dem Triggertrafo die Platine zur Konstanthaltung der Trigger und der Zählrohrspannung.

Für den linken Film wurden 56 Aufnahmen aus 150 Einzelaufnahmen ausgesucht. "Fehlzündungen" die hauptsächlich daher rühren dass das Zählrohr natürlich auch auf Teilchen anspricht deren Weg nicht durch die Kammer verlief, wurden nicht aufgenommen. Die Kammerfühlung war Neon bei Atmosphärendruck, die Betriebsspannung 17,5 kV.
Man sieht das nicht alle der 550 keV Elektronen des Strontium 90 gerade durch die Kammer fliegen, sondern einige am Kammergas gestreut werden.