EXP:Abschirmung von Gammastrahlung
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.
Benötigtes Material
- Unterschiedliche Abschirmmaterialien verschiedener Dicken
- passende Halterung für Absorber
- Zählrohr
- Holzklötze
- 3D-gedruckte Halterungen für die Präparate
- passendes Post, Postholder und Base für die kleinere Präparathalterung
- Gamma- und Betastrahler (hier: Cs-137 und Sr-90)
Versuchsaufbau
- Teil 1 - Abschirmung von Gammastrahlung
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. Danach wird der Gammastrahler in die Probehalterung eingesetzt. Hierfür wird das Cs-137 Präparat des sich in der Sammlung befindenden Isotopengenerators verwendet.
- 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!
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. 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
- 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.
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.
- 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.
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.
Allgemein ist zu beachten: Je kleiner die Aktivität des Präparats, desto höher wähle deine Messzeit!
Sicherheitshinweise
Fotos
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