Osakeste loendur

Osakeste loendur ehk osakeste detektor on seade vabade liikuvate molekulide, aatomite ja elementaarosakeste registreerimiseks (detekteerimiseks, loendamiseks, mõõtmiseks) selle järgi, milliseid optilisi või elektrilisi impulsse nad esile kutsuvad. Esimesed mikroosakestele reageerivad mõõteseadmed olid mõeldud ainult osakeste detekteerimiseks (nende olemasolu kindlakstegemiseks) ja loendamiseks. Loenduriteks (detektoriteks) nimetatakse aga ka nendest edasiarendatud seadmeid, mis on lisaks detekteerimisele võimelised ka registreerima osakest iseloomustavaid suurusi, nagu selle ilmumise aega, kiirust ja energiat. Loenduri töö põhineb enamasti teda läbivate mikroosakeste või kiirguste (näiteks kosmilise kiirguse) ioniseerival toimel: piisavalt suure energiaga osake või kiirgus eraldab loenduris sisalduva vaheaine (näiteks gaasi) aatomist elektroni, muutes seega aatomi iooniks. Vabanenud elektron kui negatiivne elektrilaeng liigub loendurile rakendatud elektriväljas positiivsele elektroodile, kutsudes esile registreeritava elektriimpulsi. Elektrivälja loomiseks rakendatakse gaasloenduri elektroodidele olenevalt selle liigist kuni tuhande voldi suurune või isegi kõrgem pinge. Osakeste loendureid kasutatakse füüsika alusuuringuutes, samuti kiirguskaitse eesmärgil kiirgusdoosi ja kiirgustugevuse mõõtmiseks (vastavalt dosimeetri ja Geigeri loenduri abil). Gaastäidisega ionisatsiooniloendurid registreerivad osakesi vastavalt nende ionisatsioonile loendurile rakendatud elektriväljas. Gaastäidisega torus paneb elektriväli tekkinud ioonid ja elektronid liikuma ja põhjustab ionisatsioonivoolu. Mõõdetakse kas ionisatsioonivoolu impulsse loenduri vooluringis või pingeimpulsse vooluringi takistil. Kui elektriväli gaastäidisega toru elektroodide vahel on küllalt tugev, siis rakendatava pinge teatavas vahemikus toimub põrkeionisatsioon, mille tagajärjel tekkivate sekundaarelektronide arv on võrdeline ehk proportsionaalne pingega. Sellist loendurit nimetatakse ka proportsionaalloenduriks.  Pikemalt artiklis Geigeri loendur Geigeri loendur ehk Geigeri-Mülleri loendur on mõeldud ioniseeritud osakeste loendamiseks, kuid mitte nende kiiruse või energia mõõtmiseks. Loendur koosneb heeliumi, argooni või muu gaasi või gaaside seguga täidetud klaas- või metallballoonist ja selles asetsevatest elektroodidest – anoodist ja katoodist. Elektroodid võivad olla erisugused, näiteks anoodiks metallplaat ja katoodiks metallteravik, anoodiks metalltoru ja katoodiks peenike traat (või mitu traati) selle sees. Sõltuvalt kasutusotstarbest (detekteeritavate osakeste liigist) on kasutusel mitmesuguse ehituse ja täidisgaasiga loendureid: traatkamber (lühend MWPC inglise keele sõnadest multi-wire proportional chamber); triivkamber ehk ajaprojektsioonkamber (TPC, time projection chamber); takistusplaatkamber (RPC, resistive plate chamber); mikrostruktuurne gaasdetektor (MPGD, micro-pattern gas detector), eritüüp gaaselektronkordisti (GEM, gas electron multiplier); need loendurid on suure lahutusvõimega ja seetõttu uurimistöös kasutusel. Gaasloendurit kirjeldas esimesena Saksa füüsik Hans Geiger 1913. aastal. Koos oma kaastöölise Walter Mülleriga töötasid nad 1928. aastaks välja üldiselt kasutatava Geigeri-Mülleri loenduri. Proportsionaalloendurid ja muud edasiarendused jõudsid üldisemalt kasutusele alates 1950. aastatest seoses tuumafüüsika ja elementaarosakeste füüsika vajadustega. Pooljuhtloenduris tekitab ioniseeriv kiirgus vabu laengukandjaid nii nagu ionisatsioonikambris.Loenduri elektroodidele jõudnud laengukandja tekitab vooluimpulsi ülitundliku elektronvõimendi sisendahelas. See võimendi on harilikult impulsidetektoriga kokku ehitatud. Seda tüüpi loenduris kasutatakse mõnede tahkiste või vedelike omadust helendada laetud osakese või footoni toimel. Iga osakese sattumisel niisugusesse ainesse (stsintillaatorisse) põhjustab valgussähvatuse, mida varem vaadeldi visuaalselt, tänapäeval registreeritakse näiteks laviinfotodioodil põhineva elektronvõimendi abil. Valgussähvatus on seda tugevam, mida suurem on stsintilaatorile langeva osakese energia. Vastavalt nimetusele põhineb see loendur Tšerenkovi kiirguse registreerimisel. Niisugune elementaarosakeste detektor võimaldab kaudsel teel määrata osakeste massi, samuti eraldada kergemaid osakesi (mis tekitavad Tšerenkovi kiirgust) raskematest, mittekiirgavatest osakestest. Tšerenkovi kiirguse impulsid muundab elektrisignaaliks fotoelektronkordisti. Niisuguseid loendureid kasutatakse näiteks tuumafüüsikas ja astrofüüsikas. Kiirgusdetektor ENE 5. köide, 1990 Tõnu Laas. Eksperimentaalfüüsika konspekt – 8.3. Kiirguse registreerimise vahendid Kiirendid ja osakeste detektorid