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Nachweis von

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by

Robin Geiger

on 23 March 2014

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Transcript of Nachweis von

inhaltlicher Aufbau
Radioaktivität/Kernstrahlung (Einführung ins Thema)
Nachweis von radioaktiver Strahlung
Arten und Eigenschaften von Kernstrahlung
Geiger-Müller-Zählrohr (Aufbau, Funktion)
Nebelkammer (Aufbau, Funktion)
Szintillationszähler (Aufbau, Funktion)
Quellenverzeichnis

Radioaktivität/Kernstrahlung
Kernstrahlung entsteht durch Radioaktivität - aber worum handelt es sich dabei?
Arten und Eigenschaften von Kernstrahlung
Wie zuvor erwähnt gibt es verschiedene Arten von ionisierender Strahlung. Es wird unterschieden zwischen:
Alphastrahlung
Betastrahlung
Gammastrahlung
Nachweis von
Kernstrahlung

Radioaktivität ist die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan in andere Atomkerne umzuwandeln und dabei ionisierende Strahlung auszusenden.
Dieser Umwandlungsprozess wird auch "radioaktiver Zerfall" oder "Kernzerfall" genannt.
Man beachte: Kernstrahlung = ionisierende Strahlung (von radioaktiven Stoffen)
Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung, die in der Lage ist, Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu entfernen, sodass positiv geladene Ionen zurückbleiben.
Manche ionisierenden Strahlungen gehen von radioaktiven Stoffen aus und senden bei der Umwandlung dieser Atomkerne Radioaktivität aus.
Nachweis von radioaktiver Strahlung
Radioaktivität kann nicht direkt gemessen/nachgewiesen werden. Zum Nachweis und zur Messung der Kernstrahlung werden ihre Auswirkungen ausgenutzt:
Ionisation
Erzeugen von Lichtblitzen
Schwärzen von Fotofilmen
Erzeugung von Wärme
Radioaktive Strahlung lässt sich nicht von den menschlichen Sinnesorganen nachweisen.
Zum Nachweis müssen die Wirkungen ihrer verschiedenen Strahlenarten mit technischen Geräten gemessen werden.
Bekannte Beispiele für diese Messgeräte bilden:
Nebelkammer
Geiger-Müller-Zählrohr
Szintillationszähler
Alphastrahlung ist eine Teilchenstrahlung.
Es handelt sich bei Alphateilchen um doppelt positiv geladene Heliumkerne.
Betastrahlung ist (ebenfalls) eine Teilchenstrahlung.
Dabei handelt es sich um Elektronen oder um Positronen.
Die Betastrahlung, bei der Elektronen abgegeben werden, bezeichnet man auch als Elektronenstrahlung.
Die Betastrahlung, bei der Positronen abgegeben werden, bezeichnet man auch als Positronenstrahlung.
Anm.: Positronen sind Teilchen, die im Gegensatz zu Elektronen keine negative Ladung, sondern eine gleich große positive Ladung haben.
Gammastrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung.
Im Gegensatz zu Alpha- und Betastrahlung verändert sich bei Gammastrahlung die Zusammensetzung des Atomkerns nicht.
Allerdings gelangt der Kern aber von einem energiereichen, also angeregten, Zustand in einen energetisch niedrigeren und damit meist auch stabileren Zustand.
Geiger-Müller-Zählrohr
Ist ein Teilchendetektor, der zum Nachweis der ionisierenden Wirkung von radioaktiver Strahlung dient.
Allgemeines:
Dieser wurde im Jahr 1928 von den deutschen Physikern Hans Geiger und Walther Müller entwickelt.
Er beruht auf der ionisierenden Wirkung radioaktiver Strahlung und auf den Vorgängen, die bei einer Gasentladung vonstatten gehen.
Er eignet sich sowohl zum Nachweis von Alphastrahlung, als auch von Betastrahlung, jedoch nur in beschränktem Umfang von Gammastrahlung.
Aufbau:
Der Geiger-Zähler ist so aufgebaut, dass zwischen einem metallischen Zylinder als Kathode und einem als Anode funktionierender Draht Gleichspannung angelegt wird. Dabei befindet sich der Draht in der Achse des Zylinders und wird an einem Ende durch einen Isolator (Glas/Fenster) aus dem Zählrohr herausgeführt.
Das Rohr ist mit einer Kombination verschiedener Gase gefüllt.
Häufig wird Argon, Xenon oder Methan verwendet.
Funktion:
Wenn ionisierende Strahlung einfällt, erzeugt sie in der Gasfüllung freie Elektronen, die im elektrischen Feld zur Anode wandern.
Durch die darauffolgende Gasentladung entsteht ein Stromstoß im Zählrohr, der mithilfe eines äußeren Widerstands in einen Spannungsimpuls umgeformt und elektronisch weiterverarbeitet wird.
In der akustischen Darstellung werden die einzelnen radioaktiven Teilchen durch einen Lautsprecher als "Knacken" wahrgenommen, sodass durch die Frequenz des "Knackens" die Intensität der Strahlung bestimmt werden kann.
Hier noch ein Diagramm zur Veranschaulichung des Aufbaus des Geiger-Müller-Zählrohrs.
Nebelkammer
Teilchendetektor zum Nachweis von ionisierender Strahlung und Darlegung der Bahn mancher Teilchen
Allgemeines:
Sie wurde im Jahr 1911 von dem schottischen Physiker Charles Thomson Rees Wilson entwickelt und wird daher auch Wilsonsche Nebelkammer genannt.
Mit ihr erfolgte einer der ersten Nachweise von Radioaktivität.
Sie ist besonders geeignet zum Nachweis von Alpha- und Betastrahlung, da das Ionisationsvermögen dieser beiden Strahlungsarten sehr groß ist.
Aufbau:
Die Nebelkammer wird gebildet aus einem luftdicht abgeschlossenen Raum mit einem Plexiglasdeckel.
Der Boden besteht aus einer elastischen Membran.
In diesen Raum werden durch eine Öffnung einige Tropfen einer Wasser-Ethanol-Lösung eingeleitet. Die Nebelkammer enthält also mit Wasserdampf gesättigte Luft.
Ein radioaktives Präparat befindet sich an einem Rand der Kammer und wird seitlich angestrahlt.
Eine anliegende Spannung saugt die durch radioaktive Strahlung entstandenen Ionen ab.
Funktion:
Durch Herunterziehen der elastischen Membran kommt es zu einer plötzlichen Volumenvergrößerung. Mit der einhergehenden Verringerung des Drucks kühlt die Luft etwas ab und es bildet sich ein übersättigter Dampf.
Der Wasserdampf kondensiert an den von der Strahlung erzeugten Ionen längs der Bahn der radioaktiven Strahlung.
Es bilden sich kleine Nebeltröpfchen, die als Spuren zusammengenommen in Form eines Kondensstreifens sichtbar werden.
Durch diese Spuren wird der Weg der radioaktiven Strahlung erkennbar.
Die Länge des kurzzeitig sichtbaren Streifens zeigt das Maß an Energie, die die betreffende radioaktive Strahlung besitzt.
Hier noch ein Diagramm zur Veranschaulichung des entstehenden Unterdrucks bei Herunterziehen der elastischen Membran.
Dieses Diagramm ist zur Darstellung der einfließenden Tröpfchen und des dadurch entstehenden Dampfes, der sich zu einem Kondensstreifen auf dem Boden bildet.
Szintillationsdetektor
Der Szintillationszähler, oder auch -detektor, ist ein auf Szintillation basierendes Messgerät zur Bestimmung von Strahlungsintensitäten.
Und was bedeutet Szintillation?
Ein Szintillator ist ein Körper, dessen Moleküle angeregt werden, wenn sie von energiereichen Photonen oder geladenen Teilchen durchdrungen werden.
Diese Anregung erzeugt Energie, die in Form von Licht abgegeben wird.
Dieser Vorgang wird als Szintillation bezeichnet.
Allgemeines:
Die im Jahr 1903 durch William Crookes entwickelte Szintillationsmessung gilt als eine der ersten und auch simpelsten Methoden, um ionisierende Strahlung zu messen.
Es gibt verschiedene Arten von Szintillatoren, die sich jeweils besser eignen zur Messung von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung.
Hierfür gibt es organische und anorganische Szintillatoren.
Anorganische Szintillatoren eignen sich besser zur Messung von Gammastrahlung.
Der Vorteil eines Szintillationszählers ist, dass sich im Gegensatz zu einem Geiger-Müller-Zählrohr und einer Nebelkammer mit ihm Gammaspektren aufnehmen lassen.
Hierbei wird das Spektrum der Gammastrahlung einer radioaktiven Strahlungsquelle gemessen. --> Gammaspektroskopie
Aufbau:
Auf dem Boden einer Blechhülse befindet sich eine mit Leuchtstoff belegte Scheibe.
Über diesem Leuchtstoff ist eine radioaktive Quelle angebracht.
Am oberen Rand der Blechhülse ist eine Lupe befestigt.
Je nach zu messender Strahlung variiert die Materialbeschaffenheit und Dicke des Szintillators.
Funktion:
Zunächst trifft einfallende Strahlung auf den Szintillator.
Durch die zuvor genannte Lupe wird das Aufblitzen kleiner Fünkchen ersichtlich, wenn Teilchen gegen den Leuchtschirm prallen.
Diese Lichtblitze werden in elektrische Impulse umgewandelt. Die Amplitude dieser Impulse ist zu der Intensität der auftretenden Lichtblitze proportional.
Die Stromstöße werden von einem Gerät gezählt, sodass auf die Anzahl der Strahlungen geschlossen werden kann.
Die hohe Empfindlichkeit bei dieser Messung ist ein weiterer Vorteil des Szintillationszählers.
Dies ist eine sehr vereinfachte, aber daher auch leicht zu verstehende Darstellung der Funktion eines Szintillators.
Einfallende Strahlung trifft auf den Szintillator, sodass am Leuchtschirm Funken aufblitzen und diese in elektromagnetische Impulse umgewandelt werden.
Vielen Dank für das Interesse und Durchlesen meiner ersten Prezi-Präsentation!
Ich hoffe, sie war interessant und aufschlussreich!
Quellenverzeichnis:
http://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktivit%C3%A4t#Messger.C3.A4te_f.C3.BCr_Radioaktivit.C3.A4t
http://de.wikipedia.org/wiki/Szintillationsz%C3%A4hler
http://m.schuelerlexikon.de/phy_abi2011/Nachweismethoden_fuer_radioaktive_Strahlung.htm
http://m.schuelerlexikon.de/phy_abi2011/Radioaktiver_Strahlung_Arten_und_Eigenschaften.htm
http://radioaktivitaet.npage.de/messung-nachweis.html
http://www.uni-potsdam.de/u/phys_gprakt/html/projekte/kernstrahlung/kernstrahlung_21.pdf
http://goerdeler.lspb.de/cms/gghtml/oetzi/oetzi_5/image008.jpg
http://www.google.de/imgres?sa=X&rlz=1C1EODB_enDE572DE572&espvd=2&es_sm=93&biw=1680&bih=949&tbm=isch&tbnid=60R3RNyRvsL_UM%3A&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.rapp-instruments.de%2FRadioaktivitaet%2Fcloud-chambers%2Fexpansion-chambers%2Fwilson.htm&docid=Yf1uMOcP8C4Z7M&imgurl=http%3A%2F%2Fwww.rapp-instruments.de%2FRadioaktivitaet%2Fcloud-chambers%2Fexpansion-chambers%2Fimages%2Fkammer.jpg&w=363&h=275&ei=1VwtU5CPKofBtQbr74HgAg&zoom=1&iact=rc&dur=677&page=1&start=0&ndsp=37&ved=0CIUBEK0DMA4
http://www-user.tu-chemnitz.de/~leda/images/nebelkammeraufbau.gif
http://de.wikipedia.org/wiki/Charles_Thomson_Rees_Wilson
http://www.pausenhof.de/referat/physik/nachweis-und-anwendungsmoeglichkeiten-radioaktiver-strahlung/743
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