BP:Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen

Bei diesem Experiment werden die vorkommenden Energien der Strahlungsteilchen verschiedener radioaktiver Proben in einem Diagramm dargestellt und außerdem optional hörbar gemacht. Dadurch können die verschiedenen Energiespektren akustisch und visuell gezeigt und verglichen werden.

Benötigtes Material

• High Voltage Powersupply (bis 3 kV)
• 2 Koaxialkabel, um Powersupply mit Strahlungsdetektor und diesen mit der Soundkarte zu verbinden
• Strahlungsdetektor (ein Gerät) bestehend im Inneren aus: Szintilationsdetektor, Photomultipler, Verstärker
• externe USB-Soundkarte (fungierend als Multi-Channel-Analyzer)
• PC mit dem Programm PRA
• verschiedene radioaktive Proben

für die Aufzeichnung mit Audacity:

• weitere externe Soundkarte
• Kabel mit zwei mal 3,5 mm Klinke

Versuchsaufbau

Schritt 1) Versuchsaufbau

• Strahlungsdetektor mit einem Koaxialkabel an die externe USB-Soundkarte anschließen, diese wiederum an den Laptop (nicht jede USB-Buchse funktitionier einwandfrei! Bspw. beim ThinkPad E470 beide auf der rechten Seite, bevorzugt oberer)
• Strahlungsdetektor über Koaxialkabel mit High Voltage Powersuply bei 1kV verbinden

Versuchsdurchführung

Schritt 2) Settings in PRA

• Data Acquisition and Analysis entsprechend dem Bild 1 angleichen
• Audio Interface entsprechend Bild 2
• Start Pulse Shape Acquisition Hierbei alle nachher verwendeten Proben in die Nähe stellen.

--> Das Programm erkennt nun, wie das Eingangssignal aussehen soll. Nach ca. 100.000 Werte die Messung mit 'S' stoppen.

--> Es öffnet sich ein Fenster Pulse Shape. Die Werte vom Left Channel (Bild 3) kopieren (in eine Excel Tabelle)

• Bei Data Acquisition and Analysis nun ein Haken bei Use shape method setzen!

Schritt 3) Messen

• Einzelne Probe vorsichtig in passende Halterung einspannen
• Messung mit Probe starten (mit Shortcut: A)
• Sound an (Shortcut: Leertaste drücken)
• Messung stoppen (mit Shortcut: S), auf höchsten Peak mit der Maus klicken, dann 'G' drücken. Eine Gauss-Glocke wird markiert und die zugehörigen Parameter im Fenster oben angezeigt.
• Calibration: Die Werte aus der Gaus-Glocke können nun im Left Channel bei Mean/arb.u. und die Standardabweichung bei SD/arb.u. und den Sollwert bei Quantity eintragen (Beispielwerte siehe Bild 4). Es empfiehlt sich für jeden Messung die Kalibrierung neu vorzunehmen, also erst ohne Kalibirierung (Häckchen im Data Acquisition and Analysis-Menü entfernen) zu messen und dann das entsprechende Häckchen im Nachhinein zu setzen.

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  Bild 1, Data Acquisition and Analysis
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  Bild 2, Audio Interface
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  Bild 3, Pulse Shape
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  Bild 4, Calibration, Beispielwerte

Auswertung

Es folgen die Spektren von Co-60, Na-22, Cs-137 und Am-241

Literaturwerte der Präparate

Am-241	Na-22	Cs-137	Co-60
59,6 keV	511 keV	662 keV	1173 keV
-	-	-	1332 keV

Bilder der Spektren

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       Na-22
  

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       Am-241
  

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       Co-60
  

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       Cs-137
  

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

• Audiosignal kommt nicht verlässlich, Programm hängt sich häufig auf -> Neustart des Programmes
• Reihenfolge beim Erstellen der Settings beachten
• Die Messapparatur ist sehr empfindlich, allein die Temperaturschwankung zwischen Vor- und Nachmittag kann zu starken systematischen Abweichungen führen, was sich vor allem in der Verfälschung der Kallibirierung äußert.

Sicherheitshinweise

Da es sich um radioaktiv strahlende Proben handelt, ist es wichtig, dass die 5-A Regeln eingehalten werden!

• Abstand erhöhen!
• Aufenthaltsdauer verkürzen!
• Aktivität vermindern!
• Abschirmung verstärken!
• Aufnahme in den Körper vermeiden !

• Vorschriften des StrlSchG und der StrlSchV beachten.
• Nicht essen, nicht trinken!

Fotos

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       Na-22
  

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       Am-241
  

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       Co-60
  

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       Cs-137
  

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Einordnung in den Bildungsplan

Für Klasse 9/10 unter dem Kapitel 3.3.4 Struktur der Materie steht im Bildungsplan

(2) Kernzerfälle und ionisierende Strahlung beschreiben (Radioaktivität, α‑, β‑, γ-Strahlung, Halbwertszeit)

(3) biologische Wirkungen und gesundheitliche Folgen ionisierender Strahlung beschreiben sowie medizinische und technische Anwendungen nennen

Literatur

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