EXP:Digitale Nebelkammer mit einer offenen Webcam: Unterschied zwischen den Versionen

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Bei diesem Experiment soll, wie in einer Nebelkammer, ionisierende Strahlung sichtbar gemacht werden. Dafür wird bei diesem Aufbau eine Webcam verwendet.
Bei diesem Experiment soll, wie in einer Nebelkammer, ionisierende Strahlung sichtbar gemacht werden. Dafür wird bei diesem Aufbau eine Webcam, deren CCD-Sensor freiliegt, verwendet.


__INHALTSVERZEICHNIS__
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= Versuchsaufbau =
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[[Datei:EXP_Materie_Versuchsaufbau.JPG|600px|thumb|Die Webcam wird mit einer Probe ionisierender Strahlung bestrahlt. Zur Verdunkelung ist diese mit lichtundurchlässigem Stoff abgedeckt.]]
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== Benötigtes Material ==
== Benötigtes Material ==


 
* USB-Kamera, deren Sensor freiliegt
* USB-Kamera, deren CCD freiliegt
* [[HW:Radioaktive Isotope|Radioaktive Isotope]]
* [[HW:Radioaktive Isotope|Radioaktive Isotope]]
* Laptop/PC mit z.B. MATLAB
* Laptop/PC mit MATLAB oder "Theremino Particle Detector"
* Code, um Kamera auszulesen
* Abdunklungsmöglichkeit
* Abdunklungsmöglichkeit
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[[Datei:EXP_Materie_Webcam_Probe.JPG|300px|thumb|Die Webcam wird mit einer Probe ionisierender Strahlung bestrahlt. Zur Verdunkelung ist diese noch mit lichtundurchlässigem Stoff abgedeckt.]]
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== Versuchsaufbau ==
== Versuchsaufbau ==


Auf dem verwendeten Laptop sollte MATLAB mit Uni-Lizenz installiert werden. Die Anleitung dafür findet sich auf der Webseite der Universität Stuttgart.
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Um die Bilder der Kamera besser auswerten zu können, bietet es sich an, die Messung mit geeigneter Software durchzuführen.
Auf dem verwendeten Laptop sollte MATLAB mit Uni-Lizenz installiert werden. Die Anleitung dafür findet sich auf der Webseite der Universität Stuttgart. Neben der Auswertung mit MATLAB steht auch noch eine freie Software zur Verfügung.<ref>[https://physicsopenlab.org/2016/05/18/diy-webcam-particle-detector/ ''DIY Particle Detector von PhysicsOpenLab''] Abgerufen am 05.09.2021</ref>
 
Zur Versuchsdurchführung, wird das Präparat auf die Webcam gestellt. Der Aufbau wird anschließend abgedunkelt. Nun kann man das Programm starten, welches ein fertiges Bild erstellt.


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[[Datei:EXP_Materie_Webcam.JPG|300px|thumb|Erkennbar ist der freiliegende Sensor der Webcam. Typischerweise werden die Webcams zum Ausmessen von Laserstrahlung verwendet.]]
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Zur Versuchsdurchführung, wird das Präparat auf die Webcam gestellt. Der Aufbau wird anschließend abgedunkelt. Nun kann man das Programm starten, welches die Bilder addiert. Dadurch ensteht ein Bild das dem einer klassischen Photoplatte, wie z.B. Becquerel sie verwendet hat, ähnelt.


== Auswertung ==
== Auswertung ==


Die Auswertung der Bilder erfolgt durch einen Vergleich der Spuren, den die unterschiedlichen Strahlungsarten verursachen.


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Zentral sind dabei folgende Fragen:
* Welche Spuren verursachen die unterschiedlichen Strahlungsarten?
* Wie häufig lösen die jeweiligen Strahlungsarten überhaupt Spuren aus?
* Wie lassen sich die Eigenschaften der Spur mit der Ionisationsfähigkeit der jeweiligen Strahlung deuten?
* Welche Rolle spielt der Aufbau des Sensors bei dessen Empfindlichkeit für bestimmte Strahlungsarten?
* Welche Möglichkeit bietet sich zum Beispiel bei der Betrachtung kosmischer Strahlung mit Hilfe der Webcam?


== Mögliche Probleme und ihre Lösungen ==
== Mögliche Probleme und ihre Lösungen ==
Um sicherzugehen, dass nur ionisierende Strahlung gemessen wird, empfiehlt es sich, die Apparatur abzudecken. Dafür kann man sie z.B. in eine Box stellen oder vorsichtig abdecken. Es sollte allerdings sichergestellt werden, dass die Probe nicht umfallen kann.
Um sicherzugehen, dass nur ionisierende Strahlung gemessen wird, empfiehlt es sich, die Apparatur abzudecken. Dafür kann man sie z.B. in eine Box stellen oder vorsichtig abdecken.  


Man kann mehrere Einstellungen im Programm wählen. Es bietet sich deshalb an, selber auszuprobieren, wie die besten Bilder entstehen.
Die Auswahl der passenden Parameter sowohl für die Auswertung mit MATLAB als auch mit der direkt arbeitenden Software müssen geeignet eingestellt werden. Die Einstellungen können auch Einfluss auf die beobachtbare Spurlänge haben. Zu große Verstärkungen sorgen für ein verrauschtes Bild. Bei der Verwendung radioaktiver Proben ist die Beobachtungszeit ausreichend klein zu wählen um zwischen verschiedenen Ereignissen noch angemessen differenzieren zu können.  


Für die Ausführung des Programms sind noch Add-ons zu installieren. MATLAB liefert in diesem Fall eine automatische Fehlermeldung und bietet an, die fehlenden Add-ons zu installieren. Es kann ein paar Durchläufe brauchen bis alles, was benötigt wird, installiert ist.
Für die Ausführung des MATLAB-Programms sind noch Add-ons zu installieren. MATLAB liefert in diesem Fall eine automatische Fehlermeldung und bietet an, die fehlenden Add-ons zu installieren. Es kann ein paar Durchläufe brauchen bis alles, was benötigt wird, installiert ist.


== Sicherheitshinweise ==
== Sicherheitshinweise ==
Strahlenschutz [[BA:Bauartzugelassene radioaktive Präparate|Bauartzugelassene radioaktive Präparate]]
[[BA:Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze|Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze]]


== Fotos ==
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     [[Datei:EXP_Materie_Webcam.JPG|slide 1]]
     [[Datei:EXP_Materie_Webcam_Probe.JPG|slide 1]]
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       Webcam welche für das Experiment genutzt wird.
       Prinzipieller Versuchsaufbau
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     [[datei:EXP_Materie_Webcam_Probe.JPG|slide 1]]
     [[datei:EXP_Materie_Webcam.JPG|slide 2]]
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      Webcam mit freiliegendem Sensorzur Versuchsdurchführung.
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  </li>
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    [[Datei:EXP_Materie_Am241v2.jpg|slide 3]]
    <div class="orbit-caption">
      Am-241
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  </li>
<li class="active">
    [[Datei:EXP_Materie_Co60v2.jpg|slide 4]]
    <div class="orbit-caption">
      Co-60
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  </li>
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    [[Datei:EXP_Materie_Na22v2.jpg|slide 5]]
     <div class="orbit-caption">
     <div class="orbit-caption">
       Webcam mit Probe zur Versuchsdurchführung.
       Na-22
     </div>
  </div>
  </li>
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    [[Datei:EXP_Materie_Sr90v2.jpg|slide 6]]
    <div class="orbit-caption">
     Sr-90
  </div>
   </li>
   </li>
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== Literatur ==
= Literatur =
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https://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/3.0/de/88x31.png
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Dieses Werk ist lizenziert unter einer [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de Creative Commons  Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.]
Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de CC BY-NC-SA 4.0]
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Aktuelle Version vom 16. Oktober 2025, 09:32 Uhr


Bei diesem Experiment soll, wie in einer Nebelkammer, ionisierende Strahlung sichtbar gemacht werden. Dafür wird bei diesem Aufbau eine Webcam, deren CCD-Sensor freiliegt, verwendet.

Versuchsaufbau

Benötigtes Material

  • USB-Kamera, deren Sensor freiliegt
  • Radioaktive Isotope
  • Laptop/PC mit MATLAB oder "Theremino Particle Detector"
  • Abdunklungsmöglichkeit
Die Webcam wird mit einer Probe ionisierender Strahlung bestrahlt. Zur Verdunkelung ist diese noch mit lichtundurchlässigem Stoff abgedeckt.

Versuchsaufbau

Auf dem verwendeten Laptop sollte MATLAB mit Uni-Lizenz installiert werden. Die Anleitung dafür findet sich auf der Webseite der Universität Stuttgart. Neben der Auswertung mit MATLAB steht auch noch eine freie Software zur Verfügung.[1]

Erkennbar ist der freiliegende Sensor der Webcam. Typischerweise werden die Webcams zum Ausmessen von Laserstrahlung verwendet.

Zur Versuchsdurchführung, wird das Präparat auf die Webcam gestellt. Der Aufbau wird anschließend abgedunkelt. Nun kann man das Programm starten, welches die Bilder addiert. Dadurch ensteht ein Bild das dem einer klassischen Photoplatte, wie z.B. Becquerel sie verwendet hat, ähnelt.

Auswertung

Die Auswertung der Bilder erfolgt durch einen Vergleich der Spuren, den die unterschiedlichen Strahlungsarten verursachen.

  • slide 1 
         Am-241
  • slide 2 
         Co-60
  • slide 3 
         Na-22
  • [[slide 5 
        Sr-90

Zentral sind dabei folgende Fragen:

  • Welche Spuren verursachen die unterschiedlichen Strahlungsarten?
  • Wie häufig lösen die jeweiligen Strahlungsarten überhaupt Spuren aus?
  • Wie lassen sich die Eigenschaften der Spur mit der Ionisationsfähigkeit der jeweiligen Strahlung deuten?
  • Welche Rolle spielt der Aufbau des Sensors bei dessen Empfindlichkeit für bestimmte Strahlungsarten?
  • Welche Möglichkeit bietet sich zum Beispiel bei der Betrachtung kosmischer Strahlung mit Hilfe der Webcam?

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Um sicherzugehen, dass nur ionisierende Strahlung gemessen wird, empfiehlt es sich, die Apparatur abzudecken. Dafür kann man sie z.B. in eine Box stellen oder vorsichtig abdecken.

Die Auswahl der passenden Parameter sowohl für die Auswertung mit MATLAB als auch mit der direkt arbeitenden Software müssen geeignet eingestellt werden. Die Einstellungen können auch Einfluss auf die beobachtbare Spurlänge haben. Zu große Verstärkungen sorgen für ein verrauschtes Bild. Bei der Verwendung radioaktiver Proben ist die Beobachtungszeit ausreichend klein zu wählen um zwischen verschiedenen Ereignissen noch angemessen differenzieren zu können.

Für die Ausführung des MATLAB-Programms sind noch Add-ons zu installieren. MATLAB liefert in diesem Fall eine automatische Fehlermeldung und bietet an, die fehlenden Add-ons zu installieren. Es kann ein paar Durchläufe brauchen bis alles, was benötigt wird, installiert ist.

Sicherheitshinweise

Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze

Fotos

Literatur

  1. ↑ DIY Particle Detector von PhysicsOpenLab Abgerufen am 05.09.2021
88x31.png Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0
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