Proportional Zähler

Allgemeines:
Der mechanische Aufbau eines Proportionalzählers entspricht dem eines >Geiger-Müller-Zählrohrs<. Der Unterschied liegt in der Betriebsart. Im Vergleich zum GM-Rohr wirder der Proportionalzähler mit kleinerer Spannung betrieben.
Während beim GM-Rohr jedes detektierte Teilchen eine vollständige Ladungsträgerlawine auslöst wird beim Proportionalzähler die Gasverstärkung kleiner gewählt, was zur Folge hat das der Spannungspuls am Anodendraht eine zur Energie des auslösenden Teilchen proportionale Amplitude hat. Beim GM-Rohr ist diese Amplitude immer gleich, unabhängig von der Energie oder Art des Teilchens.

So kann der Proportionalzähler in Verbindung mit einem Vielkanalanalysator zur Energiemessung radioaktiver Strahlung benützt werden. Besonders nützlich ist das bei der Messung von Röntgenstrahlung da deren Energie bekanntlich von der Art des Stoffes der zur Erzeugung der Strahlung verwendet wird, abhängt.

Aufbau:
Wie das GM-Rohr besteht der Proportionalzähler aus einer rohrförmigen Kathode und einem in Inneren der Kathode zentral gespanntem, feinem Anodendraht. Für die Detektion von Röntgenstrahlung wird oft eine Mischung von Argon und Methan (90% Ar, 10% CH₄, P10-Gas) unter Atmosphärendruck verwendet, aber auch andere Mischungen sind brauchbar, z.B. Ar<> Kohlendioxid, oder Ar<> Butan. Käufliche Röhren verwenden auch Krypton und Xenon mit einem organischem Löschzusatz.
Durch den Betrieb bei oder nahe dem atmosphärischem Druck wird der Aufbau erleichtert da kaum Dichtungsprobleme auftreten, vor Allem wenn das Zählrohr im Durchflussbetrieb arbeitet, d.h. ständig neues Gas durch das Rohr geleitet wird.
Proportionalrohre zur Röntgenanalyse besitzen meist ein spezielles Fenster zu Eintritt der Strahlung. Viele Elemente emittieren eine Röntgenstrahlung mit niedriger Energie, z.B. Kupfer K-Alpha 8 keV und die dicke Rohrwandung würde die Strahlung stark schwächen. Passende Fenstermaterialien sind Glimmer, dünne Alufolie, Kunststofffolien und dünne Berylliumfolie, außer Beryllium leicht erhältliche Materialien.
Die Ausgangspulse eines Proportionalzählers sind im Gegensatz zu denen eines GM-Rohrs sehr klein, im Millivoltbereich, deswegen ist auch auf eine gute elektrische Abschirmung zu achten.
Eine weitere Schwierigkeit ist die durch den hohen Betriebsdruck notwendige hohe Betriebsspannung im Bereich von 2000 bis 4000 V die zudem sehr gut stabilisiert sein muss da die Gasverstärkung überproportional von der Betriebsspannung abhängt. Außerdem muss die Restwelligkeit der Spannung sehr klein sein, da die Ausgangsimpulse hoch verstärkt werden müssen.

Für das Zählrohr wurde ein Messingrohr mit 25 mm Innendurchmesser und 1,5 mm Wandstärke verwendet. Der Anodendraht ist aus Wolfram und hat eine Stärke von 0,06 mm und wird durch eine Feder straff gespannt. Die Rohrverschlüsse sind aus Plexiglas und mit UHU-Plus und Heißkleber abgedichtet. Die Fenster bestehen aus Alufolie, b.z.w. dünnen Glimmerscheiben.
Die Messungen mit dem Zählrohr werden mit dem >Vielkanal-Analysator< unternommen. Da die Signale des Zählrohrs aber ziemlich klein sind wird noch ein Vorverstärker benötigt.

	Zum ersten Test wurde eine kleine Röntgenröhre verwendet. Mit nur 10 µA Strahlstrom werden Zählraten von ca. 3000 C/s erreicht. Die erforderliche Zählrohrspannung liegt zwischen 2500 und 2550 V. Zum Test der Energieauflösung wurde der Zähler neu gefüllt, mit Argon und einem "Schuss" Butan. Da heißt es wurde die Mischung so eingestellt das gute Zählpulse erhalten werden. Besser wäre natürlich ein definiertes Gasgemisch z.B. Mischgas (80%Ar, 20% CO₂) oder P10 (90% Ar, 10% CH₄). Zur Messung wurden verschiedene Materialen bestrahlt und die >Fluoreszensstrahlung< mit dem Zählrohr gemessen. Die benötigen Ströme in der Röntgenröhre sind sehr klein zwischen 5 und 20 µA, damit werden Zählraten von circa 100 c/s erreicht. Die Zählrohrspannung betrug 1800 V..Die erreicht Energieauflösung ist deutlich besser als die des >Halbleiterzählers<. Für die Manganlinie beträgt die Halbwertsbreite 1,5 keV entsprechend 28%, ein kommerzielles Zählrohr (>Valvo ZP 1610<) hat hier auch nur 22%.
	Für die Darstellung wurden die einzelnen Spektren auf gleich Countrate normiert. Alle Messwertebis auf den Ausreißer Brom liegen wie erwartet auf einer Linie

Der Messbereich reicht von Titan bis Molybdän. Elemente mit niedrigerer Energie als Titan können wegen der Absorption der langwelligen Strahlung durch Luft nicht gemessen werden, so verlief ein Versuch mit Calcium (3,7 keV) negativ. Die K-Fluoreszens von Elementen die schwerer sind als Molybdän können auf Grund der niedrigen Röhrenspannung von 25 kV nicht angeregt werden.
Sehr schwere Elemente, der L-Strahlung wieder im Messbereich ( 4,5 bis 18 keV) liegt können dagegen gemessen werden.