Der Abschnitt über die Blasenkammer hat uns gezeigt, daß Messgeräte ziemlich groß werden können. Doch die „Big European Bubble Chamber” war noch ein Zwerg, verglichen mit den Detektoren, die heute in der Teilchenphysik eingesetzt werden - zum Beispiel bei der Erforschung von Quarks. Man nutzt sie in der Regel bei Kollisionsexperimenten, bei denen größere Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden und aufeinander prallen. Dabei entstehen neue Teilchen und Strahlung, die man mit den gewaltigen Detektoren vermisst.

Einer der größten Detektoren hat im September 2008 am CERN in Genf in den Betrieb aufgenommen: ATLAS. Ein anderer, ZEUS, arbeitet seit Jahren am Deutschen Elektronensynchrotron DESY in Hamburg. In beiden steckt eine ganze Reihe von Messgeräten. Zu den heute verwendeten Messgeräten gehören Szintillationszähler, Halbleiterzähler und anderes mehr. Oft werden diese Detektoren aus hunderten oder sogar tausenden kleiner gleichartiger Nachweisinstrumente für Strahlung zusammengesetzt. 

Aktuell wird in einem Tunnel tief unterirdisch in der Nähe von Genf ein gewaltiges Experiment durchgeführt, ATLAS. In ihm prallen Protonen aufeinander und man will so den Ursprung der Masse erforschen, das Quark-Gluon-Plasma untersuchen und neue Teilchen jenseits der Supersymmetrie finden.

Die Abbildung ist ein Querschnitt eines solchen Großdetektors. Bei genauer Betrachtung lassen sich zwei Menschen erkennen, die davor stehen. Ganz schön groß...

Bildquelle: Max-Planck-Gesellschaft

Kombiniert man einen solchen Kristall mit einer Photodiode, dann löst jeder Blitz einen kurzen Stromstoß aus. So kann man zählen, wie viele Teilchen eingefallen sind.

Ein einzelner Szintillationszähler ist ungefähr so groß wie eine Hand. Doch die Detektoren werden nicht einzeln verwendet, sondern in Massen: Man bedeckt damit zum Beispiel Halbkugeln. Mit solchen „Insektenaugen” kann man nicht nur viele Teilchen einfangen, sondern auch bestimmen, wo die Teilchen durch die Kugelschale getreten sind.

Schon bald, nachdem der Halbleiter-Transistor erfunden war, entstanden die ersten Halbleiterzähler: Im Prinzip nichts anderes als Dioden mit einem p-n-Übergang, also zwei Halbleiterschichten mit unterschiedlicher Dotierung. In der p-Schicht befinden sich „Löcher” und in der n-Schicht überzählige Ladungsträger; im Übergang zwischen beiden gleichen sich die Ladungen aus. Fällt hier aber ionisierende Strahlung ein, dann kann sie Elektron-Loch-Paare erzeugen, die als Stromfluss nachweisbar sind.

Halbleiterzähler sind viel empfindlicher als zum Beispiel Geiger-Müller-Zählrohre, weil die Strahlung im Halbleiter keine Gasmoleküle ionisieren muss; die Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares braucht viel weniger Energie.

Es gibt noch Dutzende andere Detektortypen und -abwandlungen. Wer das Modul über Energieumwandlung bereits durchgelesen hat, kennt zum Beispiel schon das blaue Tscherenkov-Leuchten im Kernreaktor. Es tritt auf, wenn sehr schnelle elektrisch geladene Teilchen im Wasser abgebremst werden und Energie loswerden müssen. Diesen Effekt kann man auch für den Bau von Detektoren nutzen - sie funktionieren dann so ähnlich wie ein Szintillationszähler.

Oder man kann das Geiger-Müller-Zählrohr, das gleich behandelt wird, abwandeln: In einer flachen Kammer kann man hunderte Drähte parallel spannen, und mehrere solcher „Drahtkammern” hintereinander anordnen. Je nachdem, welche Drähte einen elektrischen Impuls melden, weiß man, auf welchem Weg ein Teilchen durch die Kammern gesaust sein muss.

Natürlich messen Geiger-Müller- oder Halbleiterzähler ständig, wie viel Strahlung in der Umgebung eines Kernkraftwerks oder radiologischen Forschungslabors freigesetzt wird. Doch für die Angestellten im Kernkraftwerk ist vor allem wichtig, wie viel Strahlung sie über die Dauer ihrer Tätigkeit hinweg ausgesetzt waren - denn für diese so genannte Dosis gibt es gesetzliche Grenzwerte.

Aus diesem Grund trägt jeder, der mit Radioaktivität zu tun hat, ein Dosimeter mit sich herum - ein kleines Gerät, mit dem man die Strahlenexposition des jeweiligen Menschen bestimmen kann. Für Dosimeter gibt es verschiedene Bauformen; am weitesten verbreitet sind Film-, sehr viel seltener Stabdosimeter. Über die Werte, die die Dosimeter anzeigen, wird genau Buch geführt.

Schon Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte, dass energiereiche Strahlung auch Filme belichten kann - Grundlage heutiger Röntgenaufnahmen. Das gleiche klappt auch bei anderen Wellenlängen als bei Röntgenstrahlung, zum Beispiel mit Gammastrahlung. Wie geht das vor sich? Die Strahlung ionisiert - genau wie das sichtbare Licht - eine Schicht aus Silberbromid im Film; bei der Entwicklung des Filmes entstehen an dieser Stelle Silberkörnchen und der Film wird an dieser Stelle dunkel.

Diese Tatsache wird in einem Filmdosimeter ausgenutzt: In einem kleinen Kästchen wird lichtdicht ein Film untergebracht, der obendrein von verschieden dicken Metallplättchen abgedeckt wird. Je höher die Energie der einfallenden Strahlung, desto mehr Plättchen werden durchdrungen und desto mehr Felder werden geschwärzt.

Das letzte Feld wird mit zwei Bleiplättchen abgedeckt, und zwar versetzt, so dass man bestimmen kann, aus welcher Richtung die Strahlung kam.

Von außen sieht es aus wie ein Füllfederhalter; innen verbirgt sich eine Metallkammer, in der sich ein Metalldrähtchen befindet. Die Kammer wird elektrisch aufgeladen. Dadurch wird das Drähtchen vom Rand abgestoßen - das Prinzip des Elektroskopes. Ionisierende Strahlung, die in die Kammer einfällt, entlädt dieses Elektroskop. Folge: Das Drähtchen, das man wie einen Zeiger durch ein Glasfenster mit Skala sehen kann, wandert in Richtung Kammerrand. Ohne Strahlung entlädt sich das Elektroskop dagegen nur sehr langsam.

Dosimeter werden meistens so geeicht, dass sie gleich die Dosis in Sievert anzeigen.