EXP:Abschirmung von Gammastrahlung: Unterschied zwischen den Versionen

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Mithilfe von Gamma- und Betastrahlern soll das Abschirmungsgesetz von ionisierender Strahlung experimentell nachgewiesen werden. Dabei wird die Zählrate des jeweiligen Präparats mithilfe eines Zählrohrs gemessen und die Absorberdicke nach jeder Messung verändert.  
Mithilfe von Gamma- und Betastrahlern soll das Abschirmungsgesetz von ionisierender Strahlung experimentell nachgewiesen werden. Dabei wird die Zählrate des jeweiligen Präparats mithilfe eines Zählrohrs gemessen und die Absorberdicke nach jeder Messung verändert.  


__INHALTSVERZEICHNIS__
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[[Datei:EXP_Materie_Abschirmungsgesetz_Ranger.jpg|400px|thumb|right|Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung]]
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= Versuchsanleitung =
   
   
=== Benötigtes Material ===
== Benötigtes Material ==


* Unterschiedliche Abschirmmaterialien verschiedener Dicken
* 3-D-gedruckte Halterung für Bleiplatten
* passende Halterung für Absorber
* [[HW:Geiger-Müller-Zählrohr (Ranger)|Zählrohr]]
* Zählrohr
* Holzklötze
* 3D-gedruckte Halterungen für die Präparate
* 3D-gedruckte Halterungen für die Präparate
* passendes Post, Postholder und Base für die kleinere Präparathalterung
* passendes Post, Postholder und Base für die kleinere Präparathalterung
* Gamma- und Betastrahler (hier: Cs-137 und Sr-90)
* [[HW:Isotopengenerator|Gammastrahler (hier: Cs-137)]]
 
=== Versuchsaufbau ===


; Teil 1 - Abschirmung von Gammastrahlung:
== Versuchsaufbau ==


Zum ersten Versuchsteil, der Abschirmung von Gammastrahlung, wird das Experiment wie in der Abbildung unten erkennbar aufgebaut. Dabei werden zunächst der Probenhalter, die Bleihalterung und das Zählrohr in einer Linie aufgebaut. Danach werden der Probenhalter und die Bleihalterung mit Holzklötzen so erhöht, damit das Loch der Probenhalterung mittig auf die Zählrohröffnung und die Bleistücke ausgerichtet ist.
Zum ersten Versuchsteil, der Abschirmung von Gammastrahlung, wird das Experiment wie in der Abbildung oben erkennbar aufgebaut. Dabei werden zunächst der Probenhalter, die Bleihalterung und das Zählrohr in einer Linie aufgebaut. Dabei ist darauf zu achten, dass die Gammastrahlung direkt auf das Zählrohr ausgerichtet ist.
Danach wird der Gammastrahler in die Probehalterung eingesetzt. Hierfür wird das Cs-137 Präparat des sich in der Sammlung befindenden Isotopengenerators verwendet.
Danach wird der Gammastrahler in die Probehalterung eingesetzt. Hierfür wird das Cs-137 Präparat des sich in der Sammlung befindenden Isotopengenerators verwendet.


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== Versuchsdurchführung ==
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[[Datei:Experiment_Materie_Versuchsaufbau Gammaabschirmung.jpg|400px|thumb|right|Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung]]
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; Teil 2 - Abschirmung von Betastrahlung:
Zur Abschirmung von Gammastrahlung muss eine andere Halterung für die Abschirmproben gewählt werden. Wie diese aussieht kann der Abbildung unten entnommen werden. Wie im ersten Versuchsteil die Absorberplatten so weit mit Holzklötzen o.Ä. erhöhen, damit das Präparat, der Absorber und die Zählrohröffnung möglichst genau auf derselben Höhe liegen.
Die Sr-90 Probe erst in die Halterung einbauen, wenn der restliche Versuchsaufbau bereits aufgebaut ist!
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[[Datei:Experiment_Materie_Versuchsaufbau Betaabschirmung.jpg|400px|thumb|right|Versuchsaufbau: Abschirmung von Betastrahlung]]
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=== Durchführung ===
; Teil 1 - Abschirmung von Gammastrahlung :


Die Zählrate des Gammastrahlers wird für die folgenden Bleidicken gemessen: 0,5 cm, 1 cm, 1,5 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 4,5 cm.
Die Zählrate des Gammastrahlers wird für die folgenden Bleidicken gemessen: 0,5 cm, 1 cm, 1,5 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 4,5 cm.
In diesem Versuchsteil wurde mit dem digitalen Zählrohr "Radiation Alert Ranger" die Zählrate des Präparats gemessen. Das Zählrohr wird durch das Drücken auf die mittlere Taste eingeschaltet. Danach muss so lange auf die Taste "Mode" gedrückt werden, bis am Display schließlich "0 counts" zu lesen ist. Durch einen Klick auf die Taste "Count" kann die Messzeit durch das Drücken auf die "+"-, bzw. "-"-Tasten eingestellt werden. In der folgenden Auswertung wurde für jede Messung eine Messzeit von 5 min eingestellt.
In diesem Versuchsteil wurde mit dem digitalen Zählrohr "Radiation Alert Ranger" die Zählrate des Präparats gemessen. Das Zählrohr wird durch das Drücken auf die mittlere Taste eingeschaltet. Danach muss so lange auf die Taste "Mode" gedrückt werden, bis am Display schließlich "0 counts" zu lesen ist. Durch einen Klick auf die Taste "Count" kann die Messzeit durch das Drücken auf die "+"-, bzw. "-"-Tasten eingestellt werden. In der folgenden Auswertung wurde für jede Messung eine Messzeit von 5 min eingestellt.


; Teil 2 - Abschirmung von Betastrahlung :


Die Betastrahlung kann mithilfe von unterschiedlichen Materialien abgeschirmt werden. Hier wurde Aluminium und Plexiglas verwendet. Dafür wurde die Zählrate bei unterschiedlich vielen Platten über eine Messdauer von jeweils 5 Minuten gemessen. Selbstverständlich können auch andere Materialien verwendet werden.
== Auswertung ==


=== Auswertung ===
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; Teil 1 - Abschirmung von Gammastrahlung :


Von den gemessenen Zählraten wurde jeweils die Nullrate von 33 Counts pro min abgezogen. Die Messwerte sind in der Abbildung unten zusammengetragen.  Wie erwartet nimmt die Zählrate mit zunehmender Absorberdicke exponentiell ab.  
Die Nullrate wurde bei den folgenden Darstellungen bereits berücksichtigt. Die Messwerte sind in der Abbildung unten zusammengetragen.  Wie erwartet nimmt die Zählrate mit zunehmender Absorberdicke exponentiell ab.  


Außerdem wurde ein exponentieller Fit der Form f(x) = A*exp(-B*x) an die Messwerte angepasst. Dabei ergab sich als Fitparameter B: B = 0,7417 cm^-1, was dem linearen Abschwächungskoeffizienten für Blei entspricht.
Außerdem wurde ein exponentieller Fit der Form <math>f(x) = A \cdot e^{-B \cdot x} </math> an die Messwerte angepasst. Dabei ergab sich als Fitparameter <math>B: B = 0,7417 \text{ cm}^-1 </math>, was dem linearen Abschwächungskoeffizienten für Blei entspricht.


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[[Datei:Experiment_Materie_Abschirmung Gammastrahlung.jpg|200px|thumb|right|In dieser Abbildung ist die Zählrate des 137-Cs Präparats über den unterschiedlichen Bleidicken aufgetragen. In rot ist ein exponentieller Fit der Form f(x) = A*exp(-x*B) durch die Messwerte gelegt. Bemerkung: Von den Messwerten in der Abbildung ist die Nullrate bereits abgezogen.]]
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[[Datei:EXP_Materie_Abschirmung Gammastrahlung.jpg|400px|thumb|right|In dieser Abbildung ist die Zählrate des 137-Cs Präparats über den unterschiedlichen Bleidicken aufgetragen. In rot ist ein exponentieller Fit der Form <math>f(x) = A \cdot e^{-B \cdot x} </math> durch die Messwerte gelegt. Bemerkung: Von den Messwerten in der Abbildung ist die Nullrate bereits abgezogen.]]
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; Teil 2 - Abschirmung von Betastrahlung :
Wie im vorherigen Versuchsteil wurde zunächst die Nullrate von 20 Counts pro min von allen anderen gemessenen Zählraten abgezogen. Die Messwerte für die Abschirmung mit Aluminium und die Abschirmung mit Plexiglas sind in den Abbildungen unten eingezeichnet. 
Wie erwartet nehmen die Zählraten mit zunehmender Absorberdicke exponentiell ab. Daher wurden die beiden Messreihen wieder mit einer Fitfunktion der Form f(x) = A*exp(-B*x) gefittet.
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[[Datei:Experiment_Materie_Abschirmung Betastrahlung Aluminium.jpg|200px|thumb|right|In dieser Abbildung ist die Zählrate des 90-Sr Präparats über den unterschiedlichen Aluminiumdicken aufgetragen. In rot ist ein exponentieller Fit der Form f(x) = A*exp(-x*B) durch die Messwerte gelegt.]]
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[[Datei:Experiment_Materie_Abschirmung Betastrahlung Plexiglas.jpg|200px|thumb|right|In dieser Abbildung ist die Zählrate des 90-Sr Präparats über den unterschiedlichen Plexiglasdicken aufgetragen. In rot ist ein exponentieller Fit der Form f(x) = A*exp(-x*B) durch die Messwerte gelegt.]]
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== Mögliche Probleme und ihre Lösungen ==
== Mögliche Probleme und ihre Lösungen ==
Tipp zur Versuchsdurchführung: Benutzt ein Präparat mit höherer Aktivität, da der exponentiell fallende Zusammenhang sonst nicht richtig gemessen werden kann.
Die Nutzung eines Präparats mit höherer Aktivität verringert die notwendige Messzeit.
 
Allgemein ist zu beachten: Je kleiner die Aktivität des Präparats, desto höher wähle deine Messzeit!


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


=== Fotos ===
= Fotos =
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   <div class="large-8 large-centered columns">
   <div class="large-4 large-centered columns">
<ul class="example-orbit" data-orbit>
<ul class="example-orbit" data-orbit>
   <li class="active">
   <li class="active">
     [[Datei:Experiment_Materie_Versuchsaufbau Gammaabschirmung.jpg|slide 1]]
     [[Datei:EXP_Materie_Abschirmungsgesetz_Ranger.jpg|slide 1]]
     <div class="orbit-caption">
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     Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung
     Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung
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   </li>   
  <li class="active">
    [[Datei:Experiment_Materie_Versuchsaufbau Betaabschirmung.jpg|slide 2]]
    <div class="orbit-caption">
      Versuchsaufbau: Abschirmung von Betastrahlung
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  <li class="active">
  <li class="active">
[[Datei:Experiment_Materie_Abschirmung Gammastrahlung.jpg|slide 3]]
[[Datei:EXP_Materie_Abschirmung Gammastrahlung.jpg|slide 2]]
     <div class="orbit-caption">
     <div class="orbit-caption">
     Auswertung: Abschirmung von Gammastrahlung
     Auswertung: Abschirmung von Gammastrahlung
    </div>
  </li>
<li class="active">
  [[Datei:Experiment_Materie_Abschirmung Betastrahlung Aluminium.jpg|slide 4]]
    <div class="orbit-caption">
        Auswertung: Abschirmung von Betastrahlung (Aluminium)   
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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


Mithilfe von Gamma- und Betastrahlern soll das Abschirmungsgesetz von ionisierender Strahlung experimentell nachgewiesen werden. Dabei wird die Zählrate des jeweiligen Präparats mithilfe eines Zählrohrs gemessen und die Absorberdicke nach jeder Messung verändert.

Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

  • 3-D-gedruckte Halterung für Bleiplatten
  • Zählrohr
  • 3D-gedruckte Halterungen für die Präparate
  • passendes Post, Postholder und Base für die kleinere Präparathalterung
  • Gammastrahler (hier: Cs-137)

Versuchsaufbau

Zum ersten Versuchsteil, der Abschirmung von Gammastrahlung, wird das Experiment wie in der Abbildung oben erkennbar aufgebaut. Dabei werden zunächst der Probenhalter, die Bleihalterung und das Zählrohr in einer Linie aufgebaut. Dabei ist darauf zu achten, dass die Gammastrahlung direkt auf das Zählrohr ausgerichtet ist. Danach wird der Gammastrahler in die Probehalterung eingesetzt. Hierfür wird das Cs-137 Präparat des sich in der Sammlung befindenden Isotopengenerators verwendet.

Versuchsdurchführung

Die Zählrate des Gammastrahlers wird für die folgenden Bleidicken gemessen: 0,5 cm, 1 cm, 1,5 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 4,5 cm. In diesem Versuchsteil wurde mit dem digitalen Zählrohr "Radiation Alert Ranger" die Zählrate des Präparats gemessen. Das Zählrohr wird durch das Drücken auf die mittlere Taste eingeschaltet. Danach muss so lange auf die Taste "Mode" gedrückt werden, bis am Display schließlich "0 counts" zu lesen ist. Durch einen Klick auf die Taste "Count" kann die Messzeit durch das Drücken auf die "+"-, bzw. "-"-Tasten eingestellt werden. In der folgenden Auswertung wurde für jede Messung eine Messzeit von 5 min eingestellt.


Auswertung

Die Nullrate wurde bei den folgenden Darstellungen bereits berücksichtigt. Die Messwerte sind in der Abbildung unten zusammengetragen. Wie erwartet nimmt die Zählrate mit zunehmender Absorberdicke exponentiell ab.

Außerdem wurde ein exponentieller Fit der Form f(x)=A⋅e−B⋅x an die Messwerte angepasst. Dabei ergab sich als Fitparameter B:B=0,7417 cm−1, was dem linearen Abschwächungskoeffizienten für Blei entspricht.

In dieser Abbildung ist die Zählrate des 137-Cs Präparats über den unterschiedlichen Bleidicken aufgetragen. In rot ist ein exponentieller Fit der Form f(x)=A⋅e−B⋅x durch die Messwerte gelegt. Bemerkung: Von den Messwerten in der Abbildung ist die Nullrate bereits abgezogen.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Die Nutzung eines Präparats mit höherer Aktivität verringert die notwendige Messzeit.

Sicherheitshinweise

Fotos

  • slide 1 
        Versuchsaufbau: Abschirmung von Gammastrahlung
  • slide 2 
        Auswertung: Abschirmung von Gammastrahlung
88x31.png Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0
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