Gammastrahlungsastronomie

T.5.2. Gammastrahlungsdetektoren

Gammastrahlen sind so hoch energetisch, dass sie nicht mit aus der Optik bekannten Systemen zu einem Detektor gelenkt oder geleitet werden können. Daher verzichtet man meist ganz darauf und richtet Detektoren als ganzes auf den Bereich des Firmaments aus, der untersucht werden soll und wartet je nach Detektorart was passiert.

a) Passive Detektoren

Figur MAS: 3D-Gammastrahlendetektor (aus FR 2 902 527 A1).

Als Detektoren für Gammaquanten werden oft passive Bauteile verwendet, die beim Auftreffen eines Gammaquants physikalisch mit diesem wechselwirken (z.B. DE 695 26 512 T2). Die möglichen Reaktionen in den Detektoren sind unter dem Namen photoelektrischer Effekt, Compton-Effekt oder Paarbildung bekannt. Lediglich beim photoelektrischen Effekt wird während des Aufpralls eines Gammaquants sein gesamter Energieinhalt auf einmal umgesetzt.

In der Figur MAS aus FR 2 902 527 A1 ist schematisch der Aufbau eines Sensors beschrieben, der sowohl die Energie als auch die Richtung einfallender Gammaquanten detektieren kann.

Hier kommen neben einer Lochmaske (10,12), durch die die Gammaquanten (16) in das Sensorinnere fallen, zwei parallel übereinander angeordnete den Compton-Effekt nützende Detektorschichten (6,8) zum Einsatz. In den Detektorschichten wird durch das Auftreffen der Gammaquanten jeweils ein elektrisches Signal erzeugt, das ausgelesen und anschließend zeitlich und örtlich ausgewertet werden kann.

b) Detektoren aus der Hochenergiephysik

Figur SCI: Wirkprinzip eines Szintillatorszählers (aus US 2008 0 230 862 A1).

Die satellitengestützten Detektoren setzen je nach Zielvorgabe auch Szintillationszähler (z.B. Compton-Observatorium [1991-2000]) oder Technologie ein, die prinzipiell von erdgebundenen Teilchenbeschleunigern her bekannt ist (z.B. Fermi Gamma-ray Space Telescope [Start 2008]).

Bei den häufig genutzten Szintillationszählern trifft ein Gammaquant auf einen Kristall, der als Folge des Zusammenstoßes und der dabei umgesetzten Energie Licht aussendet. Dieses Licht wird mit Fotovervielfachern in ein elektrisches Signal gewandelt, dessen Stärke ein Maß für die Energie des ursprünglichen Gammaquants darstellt und weiterverarbeitet werden kann. Ein Beispiel für einen Szintillationszähler ist etwa US 2008 0 230 862 A1 zu entnehmen (Figur SCI).

c) Tscherenkow-Teleskope

Eine bodengestützte Form der Gammastrahlungsdetektoren stellen die vor allem in den letzten Jahren aufgestellten Tscherenkow-Teleskope dar. Sie registrieren die in der hohen Atmosphäre erzeugten kegelförmigen und blitzlichtartig auftretenden Sekundärteilchenschauer, die durch den Zusammenstoß von Gammaquanten mit Luftteilchen entstehen.

Im Umkehrschluss kann aus den über den Sekundäreffekt gewonnenen Daten auf die physikalischen Parameter des Verursacherteilchens zurückgeschlossen werden. Beispiele für Tscherenkow-Teleskope sind das "High Energy Stereoscopic System" (H.E.S.S.) nahe des Gamsbergs in Namibia und das Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov Telescope (MAGIC) auf La Palma.

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 695 26 512 T2	1995	Strahlungsempfangssystem und Herstellungsverfahren
FR 2 902 527 A1	2006	Dispositif de localisation tridimentionelle de sources de rayonnement
US 2008 0 230 862 A1	2007	Method, Apparatus, Material, and System of Using a High Gain Avalanche Photodetector Transistor

Ergänzungsdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
US 3 714 431 A	1970	Solar flare warning device
WO 98 / 000 731 A1	1998	Directional radiation detector and imager
US 6 528 795 B2	2001	Compton scatter imaging instrument
US 7 323 688 B2	2004	Nuclear imaging system using rotating scintillation bar detectors with slat collimation and method for imaging using the same
US 2007 0 235 656 A1	2007	Gamma ray detector modules

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