Hallo liebe Leute,

Ich hab mal wieder ein kleines Eigenbauprojekt vorzustellen.
Diesmal ist es ein Muonen-Detektor geworden, basierend auf zwei 15x15x3 cm³ Plastikszintis, die ich vor Jahren mal aus einem größeren Block geschnitten habe, zusammen mit einem Paar alter RCA PMTs. Dazu gibt es eine kleine Box mit Eletronik und einen mechanischen Aufbau, der alles zusammen hält.
Die Elektronik besteht aus zwei gleichen Pfaden, jeweils einem Vorverstärker, Shaper / Amp und einem Komparator, danach werden die beiden in ein Logik-"UND" geworfen um zu schauen, wann beide Detektoren gleichzeitig einen Puls geben. Als Ausgang gebe ich beide Komparator-Ausgänge, so wie natürlich das "Und". Passend dazu sind noch eine Hochspannungsquelle für die PMTs und 5 V für die Elektronik mit dabei.
Zur Auswertung hab ich erstmal einen einfachen Zähler gebaut, der für fünf Sekunden Pulse sammelt und die dann per USB raus wirft, wo das dann dargestellt wird.
Die Mechanik nutzt eine Lochplatte um alles zusammen zu halten, darauf hab ich  - von unten nach oben - einen Detektor gestapelt, gefolgt von 20 mm Stahl, etwas Luft, dem zweiten Detektor und einer zweiten Platte Stahl, die den Stapel nach oben abschließt. So werden beide Detektoren sicher übereinander gehalten und die Platten wirken als Absorber dazwischen. Hochenergetische Betas schaffen was nicht durch beide Platten, zumindest nicht unter 200 MeV. Gammas interagieren kaum in dem Plastik, und durch die Geometrie ist die Chance, dass ein Gamma interagiert, streut und dann im zweiten interagiert praktisch null. Das selbe gilt für Neutronen, Alphas schaffen es nicht mal durch die Lichtabschirmung bis ins Plastik rein. Damit bleiben nur noch hochenergetische Kosmische Teilchen, die es glatt durch 100 km Atmosphäre und 40 mm Stahl schaffen. Klar, es gibt entsprechend Hochenergetische Elektronen in Showers, aber die sind relativ selten, damit bleiben nur noch Muonen. Hier kommt auch der Komparator ins Spiel, denn selbst ein MIP Muon - also ein Teilchen, das so wenig Energie wie möglich auf seiner Strecke verliert, gibt in den Plastikszintis knapp 6 MeV ab, das gibt schön viel Signal auf das man Triggern kann.
Als ersten kleinen Versuch habe ich die Zählrate aller drei Ausgänge nur geplotted und nach einer gewissen Zeit einen der Detektoren aus seinem Halter genommen, danach wieder rein gesteckt. Man sieht klar, dass beide Detektoren circa die gleiche Zählrate sehen und sich daraus eine schöne Koinzidenzrate ergibt. Sind nichtmehr beide übereinander steigt sogar die Rate von dem, der nichtmehr von 15 kg Stahl umgeben ist, aber die Koinzidenzrate geht praktisch auf null runter. Stellt man den Detektor zurück sinkt seine rate wieder, dafür gibts aber auch wieder viel mehr Koinzidenz. Mein Messwert ergibt knapp 0.4 Muonen per cm² * Minute, mit der Faustregel von 1 Muon per cm²*min*sr passt das ganz gut, durch den Abstand meiner Detektoren decke ich eben nur einen Bruchteil der ganzen Kugel ab.
Als nächster Schritt kommt noch eine tragbare Stromversorgung, dann schau ich mal, was man so an der Oberfläche versus unten in der Ubahn oder so an unterschiedlichen Raten messen kann. Zwischen den Detektoren habe ich auch bewusst Platz gelassen, dort kann man weitere Detektoren einbauen, um z.B. die Strecke von einzelnen Muonen zu rekonstruieren. Ich werde euch auf dem laufenden halten mit weiteren Experimenten 

Wer den Detektor (oder mich) mal live erleben will, ich werde ihn und einiges weitere im August auf der Makerfaire Hannover vorstellen: https://maker-faire.de/maker/mal-wieder-kern-und-teilchenmesstechnik/

Wie immer freu ich mich über Fragen und Anregungen!

Lukas

Das ist aufwändig gebaut!
Ich möchte so etwas aus Platzgründen gerne mit SIPM´s machen, anstatt PMT´s.
Habe aber noch nicht alle Teile beisammen.2 Stück 3-Zoll Plastikszintillatoren (BC-412) und die SIPM´s habe ich schon.
Es fehlt die Elektronik und die Auswerteschaltung.
Gruß, Rainer

Cool! SiPMs sind hier sicher eine bessere Wahl als PMTs, aber die besten Detektoren sind die, die man schon hat 
Was meinst du mit 3 Zoll? Sind das so typische Zylindrische? Damit hat man leider etwas weniger spaß als mit platten, da es am ende um die Fläche geht, weniger ums volumen. Zumindest für Muonen, beim Mineralien suchen oder so ist das Volumen auch nicht unpraktisch. Aber auch hier wieder: Was man hat hat man!
Ich bin auf dein Ergebnis gespannt.

Hallo, ja genau die großen Zylinder aus Plastik.
Ich könnte ja auch von einem der großen Zylinder 2 dünnere Scheiben mit ca.10mm dicke absägen.
An anderer Stelle wurde das Muonen-Projekt aus den USA ja schon vorgestellt.
Bei mir wird es noch etwas dauern. Ich habe zu viele "Baustellen" parallel.

Ja, mit mehreren Scheiben kannst du dann auch noch ein paar interessante Versuche machen, z.B. einen Detektor oben und mehrere unten, um grob den Winkel vom Muon abzuschätzen! Schau beim schneiden nur, dass das plastik schön kalt bleibt, sonst macht das schnell keinen spaß mehr.
Das mit den vielen baustellen kenn ich, da bin ich absolut auch "schuldig" 
Die Platten mit PMT dran lagen jetzt drei oder vier jahre rum, bevor ich mich dazu bewegen konnte den detektor zu bauen... die Makerfaire ist da immer eine gute Motivation etwas fertig zu machen!

Kosmische Strahlung

Karlheinz Meier


Zauberhafte Physik: Kosmische Strahlung in der Kamiokanne

Universität Göttingen


Cosmic Ray Spark Chamber

Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations

Ich dachte eher an diese Seite: http://cosmicwatch.lns.mit.edu/
Ist zwar eher ein Studenten oder Schülerprojekt, aber auch in meinem Alter lerne ich gerne noch dazu
Schade das es aktuell keine Bausätze mehr zu kaufen gibt.