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Experimentiervorschläge
• Untersuchen der Hintergrundstrahlung: Selbst wenn der Sensor weit von radioak-
tiven Quellen entfernt ist, wird er gelegentlich Zerfallsereignisse messen. Der Grund dafür
besteht in der sogenannten Hintergrundstrahlung, diese ist ein Ergebnis aus mehreren
Komponenten: der natü r lichen, der kosmischen, der geophysikalischen und der von der
jeweiligen Umgebung bestimmten Materiestrahlung. Die Größenordnung der Hintergrund-
strahlung ist grundsätzlich sehr gering, variiert aber von Ort zu Ort. Bestimmende Faktoren
sind beispielsweise die Meereshöhe oder die im Boden enthaltenen Mineralien. Da die
Hintergrundstrahlung bei praktisch jedem Experiment auftritt, empfiehlt es sich, die
Hintergrundstrahlung zu messen und von der Aktivität der jeweiligen Probe abzuziehen.
• Untersuchen der Radioaktivität von alltäglichen Stoffen: Verwenden Sie bei-
spielsweise Kaliumsalz, Betoneinfassungen oder alte Fliesenglasuren, um natürliche
Radioaktivität nachzuweisen. Zeigen Sie auf diese Weise den Zufallscharakter der
Radioaktivität.
• Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit: Mit dem Strahlungssensor ist es möglich,
durch Messen der Aktivität die Halbwertszeit eines Elements zu bestimmen. Der radioaktive
Zerfall folgt dem exponentiellen Zerfallsgesetz:
λ wird als Zerfallskonstante bezeichnet und ist charakteristisch fü r radioaktive Isotope. Mit
Hilfe einer Aktivitätsmessung kann λ berechnet werden, um die Halbwertszeit des bei der
Messung verwendeten Isotops zu bestimmen. Unter der Halbwertszeit versteht man jene
Zeit, in der die Hälfte der vorhandenen Atome zerfällt. Durch Logarithmieren auf beiden
Seiten der Gleichung und nachfolgende Äquivalenzumformungen erhält man:
Für t = (Halbwertszeit) gilt: N( ) = N 0 /2. Mit ln(1/2) = ln(1) - ln(2) und ln(1) = 0 folgt aus
obiger Gleichung:
Für derartige Experimente eignet sich besonders ein Protactinium erzeugendes Isotop
(HWZ = 72 s) bzw. Barium-137 (HWZ = 153 s)
• Auswirkung von Abschirmungen auf die Strahlenbelastung: Bei diesem
Experiment werden unterschiedliche Absorbermaterialien zischen der Isotopenquelle und
dem Strahlungssensor platziert, um die abschirmende Wirkung unterschiedlicher Materialien
zu untersuchen. Als Absorber können Aluminiumbleche fü r Beta-Strahlung oder Bleiplatten
fü r Gammastrahlung verwendet werden. Testen Sie die unterschiedliche Wirkung von ver-
schiedenen Materialien auf alle drei Strahlungsarten. Die Intensität der Strahlung I nimmt
exponentiell mit der Dicke des Absorbers ab und folgt dem Absorptionsgesetz
Die Variable d ist die Dicke des Absorbers und μ die vom jeweiligen Material abhängige
Absorptionskonstante. Messen Sie für die drei Strahlungsarten die Strahlenbelastung bei
variierender Absorberdicke und unterschiedlichen Absorbermaterialien.
• Einfluss der Entfernung von der Strahlungsquelle auf die Strahlenbelastung:
Platzieren Sie den Sensor in unterschiedlichen Entfernungen von der Strahlungsquelle und
tragen Sie die gemessenen Aktivitätswerte in einem Entfernungs-Aktivitäts-Diagramm auf.
N(t) = N0 · e −λt
ln(N(t)/N0) = - λt
ln (1/2) = - λ ·
- ln 2 = - λ ·
= ln(2)/λ
I(d) = I 0 · e -µ·d
Handhabung
Das vordere Ende des Zählrohres ist durch eine dünne Glimmer-Scheibe begrenzt. Dadurch
wird es Alpha-Teilchen ermöglicht, in das Zählrohr zu gelangen und einen
Ionisationsprozess auszulösen. Energiearme Beta-Teilchen und Gammastrahlung, die von
anderen Materialien abgeschirmt werden, können ebenfalls durch dieses Fenster ins
Zählrohr eindringen.
Geiger-Müller-Zählrohre besitzen eine sogenannte Totzeit. Darunter versteht man jene Zeit,
in der aufgrund eines soeben ausgelösten Zählereignisses ein gerade eintretendes Partikel
keinen Zählimpuls auslösen kann. Der Strahlungssensor besitzt eine maximale Totzeit von
90 µs.
Richten Sie den Sensor auf die Strahlungsquelle aus. Handelt es sich um einen
Alphastrahler, halten Sie das Zählrohr so nahe wie möglich an die Strahlungsquelle (Alpha-
Teilchen besitzen in Luft eine maximale Reichweite von wenigen Zentimetern).
Kalibrierung
Bei diesem Sensor handelt es sich um einen intelligenten Sensor. Dieser verfügt über einen
integrierten Speicherchip (EEPROM), der Informationen über den Sensor enthält und über
ein einfaches Protokoll (I²C) die Daten (Name, Menge, Einheit und Kalibrierung) an das ver-
wendete Programm weitergibt. Der Sensor wird somit vom Interface automatisch erkannt.
Falls nicht, wählen Sie bitte zur Initialisierung den Sensor aus der Coach Sensorenbibliothek
aus.
ACHTUNG: Der Name des Sensors in der Datenbank der Coach-Software ist:
Strahlungssensor (0666i) (CMA) (0..1000)
Der Sensor ist bei Auslieferung bereits kalibriert. Die Software „Coach" kann daher die kali-
brierten Werte automatisch anzeigen. Mit Hilfe der Software können Sie wählen, ob Sie die
auf dem Sensor direkt gespeicherte Kalibrierung, oder jene von der Coach Sensorenbiblio-
thek verwenden wollen. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann die vordefinierte Kalibrierung
verändert werden.
Die Interfaces VinciLab, ULAB, CoachLab II+ und EuroLab sind mit dem Sensor kompatibel.
Um Messwerte aufzuzeichnen, stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:
1. Verwendung der Kalibrierung des EEPROM Speicherchips am Sensor.
Dabei handelt es sich um eine einfache Zählkalibrierung.
2. Verwendung der Kalibrierung aus der Coach Sensorenbibliothek.
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