Alpha-Gamma-Spektroskopie. Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene

Inhaltsverzeichnis

1. Zielstellung des Versuches

2. Fragen zur Vorbereitung

3. Versuchsaufbau und Messtechniken

4. Messprotokoll

5. Auswertung

6. Fazit

7. Quellenverzeichnis

1. Zielstellung des Versuches

Radioaktivität ist allgegenwärtig. Auch ohne künstliche Quelle (wie diesem Versuch), enthalten zahlreiche Stoffe radioaktive Nuklide. Diese Radioaktivität führt zu immerhin 9000 Zerfällen im menschlichen Körper pro Sekunde, sprich 9 Kilobecquerel.1

Es treten verschiedene Arten von Radioaktivität auf. Während bei Betastrahlung die Energieniveaus kontinuierlich sind, werden bei diesem Versuch die diskreten Energiespektren von Alpha- und Gammastrahlung verwendet.

Die Anwendung von Radioaktivität beispielsweise in der Szintigrafie, bietet die Möglichkeit der Darstellung von bestimmten Geweben. Hierzu wird beispielsweise ein radioaktives Isotop des Elements Jod verabreicht. Diese Substanz reichert sich in einigen Regionen an und kann dort durch spezielle Instrumente sichtbar gemacht werden.

Doch Radioaktivität birgt auch Gefahren, wie beispielsweise Zellschäden. Deshalb wurde auch eine Strahlenschutzeinführung erforderlich.

Wir führen bei diesem Versuch diverse Messungen mit Alphastrahlern und Gammastrahlern durch, beispielsweise für die Abschirmung.

2. Fragen zur Vorbereitung

a) "Welche Prozesse tragen zum totalen Schwächungskoeffizienten von Gammastrahlen in Materie bei? Wie hängen die verschiedenen Prozesse von der Energie der Gammaquanten ab? Wie hängt die Schwächung vom Material ab?"

Der totale Schwächungskoeffizient besteht aus drei Phänomenen. Es gilt die Gleichung Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Der erste Summand bezeichnet die Photoabsorption, der zweite stellt die Streuung dar, der dritte Summand ist die Paarbildung. All diese Prozesse tragen zur Abschwächung der Gammastrahlung bei.

Die Photoabsorption beschreibt das Phänomen, dass ein Gammaquant ein Elektron aus der Atomhülle herausschlägt, die Wahrscheinlichkeit hängt hierbei vom Wirkungsquerschnitt ab, es besteht für den Wirkungsquerschnitt und damit für die Eintretenswahrscheinlichkeit ein Zusammenhang mitAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Dies ist die sogenannte Born-Näherung.2

Die Streuung ist in diesem Fall der Comptoneffekt, der die Streuung eines Photons an einem Elektron beschreibt. Die Wahrscheinlichkeit dieses Effekts muss wieder durch den Wirkungsquerschnitt beschrieben werden. Dieser Querschnitt wird hier durch die Klein-Nishina-Formel beschrieben. Es besteht ein relativ komplizierter Zusammenhang mit der absoluten Photonenenergie. Dieser lautet3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- steht hier für das Verhältnis zwischen Energie und Masse.

Der letzte Teil, die Paarbildung bezeichnet die Bildung eines Systems aus einem Elektron und einem Positron. Hierbei muss das Photon zumindest die Ruheenergie von Positron und Elektron besitzen, also 1,022 MeV. Danach steigt die Wahrscheinlichkeit logarithmisch mit der Energie der Gammastrahlung.

Die Schwächung hängt vom Wirkungsquerschnitt und damit der Kernladungszahl des abschirmenden Materials ab, außerdem noch von der Dichte. Angegeben wird meist die Halbwertsdicke, die analog zur Halbwertszeit bis auf einen Vorfaktor ln 2 der inverse Schwächungskoeffizient ist. Dieser Wert steigt mit der Energie der Gammaquanten. Besonders gut schützt Blei, was durch eine niedrige Halbwertsdicke erkennbar ist. Luft hingegen schirmt hingegen nur schwach ab, was intuitiv klar ist.

b) "Wie kommt die Compton-Kante im Gammaspektrum zustande (s. Anhang A)?"

Diese Kante entsteht durch die Abhängigkeit des Energieübertrags vom Streuwinkel beim Comptoneffekt. Bei einem Winkel von 180 Grad wird die maximale Energie übertragen, das bedeutet, dass die Energie am meisten sinkt. Bei diesem durch Streuung maximal reduzierten Energiewert liegt im Energiespektrum die Compton-Kante. Diese äußert sich durch einen Abfall der Intensität bei der entsprechenden Energie.

c) "Wie wechselwirken α -Teilchen mit Materie?"

Das hauptsächliche Phänomen, das hier auftritt, ist die Ionisation. Das bedeutet, dass ein Alphateilchen mit genug Energie ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms herausschlägt. Dieses Elektron kann weitere Elektronen aus anderen Atomhüllen herausschlagen. Weiterhin sieht man diese Reaktion in Nebelkammern oder durch die Schwärzung von Photoplatten. Wichtig ist hierbei, dass hier auf einer kurzen Strecke im Target viele Ionisierungen erfolgen, was zu einer schnellen Energieabgabe führt, sodass nach einigen Zentimetern Luft die Strahlung keine Auswirkung mehr hat, also auch nicht mehr schädlich ist, da die gesamte Energie schon abgegeben ist, also das Ionisierungsvermögen von Alphastrahlung hoch ist.

d) "Wie funktionieren ein Halbleiter-Detektor, ein Proportionalzählrohr und ein Szintillationszähler? Warum und mit welchen Einschränkungen sind diese Detektoren für spektroskopische Zwecke, d.h. für eine Energieanalyse der Gammastrahlen geeignet? Wie unterscheiden sich die wichtigsten Daten (Energieauflösung, Ansprechempfindlichkeit, zeitliche Auflösung)?"

Ein Halbleiter-Detektor besteht aus einer Diode und benutzt die ionisierende Wirkung von Strahlung. Werden Elektronen herausgeschlagen, entstehen Paare aus Elektronen und Leerstellen, die dazu führen, dass durch das angelegte Feld ein Strom fließt, der gemessen werden kann. Je höher die Energie ist, desto mehr Sekundärionisationen treten auf. Durch eine höhere Zahl der erzeugten Ladungsträger ist der relative statistische Fehler geringer, was zu einer Energieauflösung von etwa 1% bei Alphateilchen führt. Die zeitliche Auflösung hierbei ist aufgrund des schnellen Herausschlagens von Elektronen im Pikosekundenbereich von anderen Bauteilen wie dem Verstärker abhängig (ca 105 Detektionen pro Sekunde sind möglich, wobei 1012 aus der Ionisation allein möglich wären). Die Ansprechempfindlichkeit hängt hier von der Ionisierungsenergie ab. Teilchen, die zu wenig Energie haben, um zu ionisieren, werden nicht detektiert. Für eine Detektion von Gammastrahlen muss der Detektor relativ groß sein, da Gammastrahlung nicht sehr stark ionisiert.

Bei einem Proportionalzählrohr kann ebenfalls Gammastrahlung durch die Ionisation detektiert werden. Hier werden verschieden große Elektronenlawinen ausgelöst. Jedoch unterliegt auch dieser Prozess statistischen Fluktuationen. Diese erhöhen sich durch die Verstärkung des Elektronenflusses im Gas. Daher ist die Energieauflösung mäßig. Mit der Zeit für eine Entladung von etwa einer Mikrosekunde ergibt sich eine zeitliche Auflösung von etwa 106 Teilchen pro Sekunde. Auch hier ist die Ionisierungsenergie der maßgebliche Faktor für die Ansprechempfindlichkeit.

Im Szintillationszähler wird die energetische Anregung durch Radioaktivität ausgenutzt. Durch den Energieübergang auf das ursprüngliche Niveau werden Photonen ausgesandt, diese elektromagnetische Strahlung kann verstärkt und schließlich detektiert werden. Hierbei ist eine Auflösung der Energie gut möglich, weil die Impulsstärke von der Energie der einfallenden Gammaquanten abhängt. Die Energieauflösung wird hierbei durch Rauschen bestimmt, es ist wichtig, nur die reinen Impulse zu bestimmen. Diese Impulse müssen möglichst genau gemessen werden. Prinzipiell besteht aber ein linearer Zusammenhang zwischen Energieabgabe der Alphateilchen und der Impulshöhe. Für die Zeitauflösung sind hier die Anregung und der Abklingprozess relevant, es ergibt sich eine sehr hohe Detektionsrate um 109 Teilchen pro Sekunde. Das Ansprechvermögen hier ist sehr gut.4

e) "Wie funktioniert ein Vielkanalanalysator?"

Das Prinzip ist, die verschiedenen Intensitäten der einzelnen Impulse auf verschiedene Kanäle umzuleiten. Dies geschieht über die Pulshöhenanalyse. Die Impulshöhen entsprechen in diesem Fall Spannungen von 0-10 Volt. Diese werden linear auf eine bestimmte Anzahl von Kanälen, die meist eine Zweierpotenz ist, umgeleitet. Der Vielkanalanalysator sortiert die Eingangssignale nach den Pulshöhen und leitet sie auf den passenden Kanal um. Man sieht dann die Anzeige der Impulse mit der entsprechenden Intensität. Dies geschieht durch einen Analog-Digital-Wandler. Dieses Gerät wird an einen Detektor angeschlossen, beispielsweise an ein Zählrohr.

f) "Was versteht man unter der Totzeit bei einem Geiger-Müller-Zählrohr und bei einem Gamma-Spektrometer? Wodurch wird sie bei der Praktikumsapparatur bestimmt?"

Die Totzeit bezeichnet bei einem Geiger-Müller-Zählrohr die Mindestzeit zwischen der Detektion zweier radioaktiver Teilchen. Sie wird dadurch ausgelöst, dass durch Stoßionisation Teilchen positiv geladen sind, und sich erst wieder an der Kathode neutralisieren müssen, zudem muss die entstandene Elektonenwolke gelöscht werden. das führt dazu, dass das Zählrohr eine Weile braucht, um weitere Teilchen zu registrieren. Bei einem Gamma-Spektrometer bezeichnet man mit der Totzeit die kürzeste Zeitspanne zwischen zwei Detektionen auf dem Vielkanalanalysator, welche maßgeblich von der Rekombination der Elektron-Loch-Paare abhängt. Bei unserer Apparatur hängt sie von der Kanalnummer und dem Verstärker ab und liegt bei etwa 10 Nanosekunden, was zum Großteil vom Verstärker abhängt.

g) "Warum ist bei den Absorptionsmessungen eine Berücksichtigung der Totzeit notwendig?"

Die Berücksichtigung der Totzeit ist deshalb erforderlich, weil hier die absolute Zahl der Impulse entscheidend ist und verhältnismäßig viele Impulse zu erwarten sind, bei dem nach jedem eine Totzeit folgt.

Während der Totzeit ist der Detektor nämlich nicht in der Lage, weitere Zerfälle zu detektieren. Bei der Nichtberücksichtigung träte ein systematischer Fehler auf.

h) "Durch Überlagerung von Pulsen ergeben sich Fehler bei der Pulshöhenanalyse. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich 2 Pulse teilweise überlagern, wenn die Pulsdauer tp und die Zahl der Pulse pro Zeiteinheit z beträgt? Wodurch wird tp bei der vorliegenden Apparatur bestimmt: durch die Gammaemission, durch die Detektorzeitkonstante, durch die Zeitkonstante von Verstärker oder Vorverstärker oder durch die A/D-Wandlung?"

Radioaktive Zerfälle unterliegen der Poisson-Statistik, sofern die Messzeit wesentlich kürzer ist als die Halbwertszeit. In diesem Fall gilt Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten, wobei Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten der entsprechende Parameter der Poissonverteilung ist. Damit lässt sich die Wahrscheinlichkeit für mindestens zwei Impulse im entsprechenden Zeitraum bestimmen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

i) "Während einer bestimmten Zeit werden N Impulse registriert. Wie groß ist der statistische Fehler dieser Zahl? Lässt sich dieser Fehler verkleinern, wenn man die Gesamtereignisse N auf n kürzere Einzelintervalle aufteilt und den Standardfehler für diese n Messreihen ermittelt?"

Die Zählraten unterliegen der Poisson-Statistik. Nach dieser Statistik ist der Erwartungswert einer Zufallsgröße gleich Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Die Varianz ist gleich dem Erwartungswert. Damit ist die Standardabweichung Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Der statistische Fehler meint das Verhältnis von Standardabweichung zu dem Erwartungswert, das bedeutet

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist der Kehrwert der obigen Größe.

Damit folgt, da der Erwartungswert die zu erwartende Zahl der zu registrierenden Impulse ist, dass der statistische Fehler Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenbeträgt. Wenn man die Messreihen splittet, folgt für den Standardfehler

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hierbei ist n der Standardfehler der kleineren Messreihen. Der Fehler der Messreihen sinkt zwar, aber der Mittelwert ebenfalls, und damit erhöht sich der relative Fehler genau um das Maß, das als Fehler zu erwarten wäre, wenn gleich alle Messungen in einer Messreihe durchgeführt werden. Durch das Splitten der Messreihe wird also keine neue oder bessere Information gewonnen, es bringt also nichts um den Fehler zu reduzieren.

j) "Welches sind die biologischen Wirkungen von ionisierender Strahlung (Radioaktivität, Röntgenstrahlen etc.)?"

Der Schaden, der durch ionisierende Strahlung verursacht wird, hängt maßgeblich von der Dosis der Strahlung ab. Zunächst einmal bilden sich freie Radikale. Zudem muss zwischen kurzfristigen und langfristigen Symptomen unterschieden werden. Zunächst zu den kurzfristigen Symptomen Je nach Dosis sind zunächst Haarausfall, Änderungen im Blutbild oder Übelkeit möglich. Bei höheren Dosen sind Schäden am Knochenmark denkbar. Ist die Dosis noch höher, wird der Darmtrakt oder die Leber angegriffen.

Die Überlebenswahrscheinlichkeit sinkt mit steigender Strahlendosis. Diese Akutschäden sind einige Beispiele für mögliche Wirkungen.

Auch wenn die Strahlung zunächst einmal ohne Akutschäden überstanden wird, können jedoch Langzeitfolgen auftreten, wie statistische Schäden, beispielsweise Krebs.5 Daher ist es enorm wichtig, die erhaltene Dosis so gering wie möglich zu halten.

k) "Wie ist die biologisch wirksame Strahlendosis definiert? Welches ist ihre Einheit?"

Zunächst wird die Äquivalentdosis Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten berechnet, die die Energiedosis D mit einem Gewichtungsfaktor Q für die Strahlungsart multipliziert (z.B. 20 für Alphastrahlung). Die Organdosis schließlich berechnet die Energiedosis, die auf ein bestimmtes Organ wirkt, mit der Gewichtung der Strahlungsart. Hier wird für D nur die Energie auf ein bestimmtes Organ berechnet Es gilt die Formel Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. O bezeichnet das betroffene Organ. Diese Organdosis muss noch mit sogenannten Gewebewichtungsfaktoren multipliziert werden, die angeben, wie empfindlich die einzelnen Gewebe auf ionisierende Strahlung reagieren. Die Gewebe mit hohen Zellteilungsraten sind hier die mit den höchsten Faktoren, da sich ein Schaden hier am schnellsten ausbreitet. Werden verschiedene Organe bestrahlt, müssen die effektiven Dosen aufsummiert werden. Es gilt also

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dabei ist w der Gewebewichtungsfaktor. Die Einheit lautet auch hier Sievert (Sv).

l) "Was sind die Hauptunterschiede zwischen einem Alpha und einem Gammaspektrum? Wie ändert sich jeweils das Spektrum bei Einbringen zusätzlicher Absorberfolien in den Strahlengang?"

Alphastrahlung hat ein diskretes Energiespektrum. Im Idealfall sieht man also einen scharfen Peak bei der Energie, die durch den Massendefekt bestimmt wird. Allerdings können noch Störungen durch Wechselwirkungen der Alphastrahlung mit der Probe stattfinden, was dazu führt, dass einige Messungen bei niedrigerer Energie stattfinden werden. Bei Gammastrahlung ist die Energie ebenfalls diskret, allerdings sind hier mehrere Linien aufgrund der verschiedenen Energieniveaus möglich. Die einzige Verbreiterung tritt hier aufgrund der Energie-Zeit-Unschärfe-Relation auf.

Beim Einbringen von Absorberfolien wird Gammastrahlung kaum abgeschwächt, da diese Strahlung auf wenigen Millimetern kaum ionisiert. Das Gammaspektrum verliert also an Intensität, dieser Effekt ist aber nur bei dicken Folien sichtbar.

Alphastrahlung wird allerdings schon von einer Folie (fast) komplett abgeschirmt, was das Spektrum wertlos macht, da dann keine Peaks mehr erkannt werden können. Da diese Strahlung schon auf wenigen Zentimetern sehr viel Energie abgibt, verschiebt sich das Spektrum zu niedrigeren Energien hin. So können aber Alpha- und Gammastrahlung unterschieden werden.

m) "Was sagt die Geiger-Nuttall-Regel aus? Von welchem physikalischen Effekt geht ihre Herleitung aus?"

Die Geiger-Nuttall-Regel liefert eine grobe Abschätzung der Halbwertszeiten von Alphastrahlern. Diese Abschätzung benötigt die Energie der Alphateilchen und die Kernladungszahl der Atomkerne. Die Formel lautet in der einfachsten Form

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Sie ist jedoch gerade bei Nukliden mit sehr kurzen oder langen Halbwertszeiten recht ungenau, liefert aber eine erste Abschätzung.6 Die Formel baut auf dem Tunneleffekt und seiner Wahrscheinlichkeit auf.

n) "Wie lautet die Bethe-Bloch-Formel für Alphateilchen? Auf welchen Näherungen beruht sie? Welche Abhängigkeit liefert sie für die Energie E(x) von Alphateilchen beim Durchtritt durch Materie der Dicke x?"

Diese Formel gibt die Abhängigkeit des Energieverlustes durch Ionisation auf einer definierten Weglänge. Sie lautet7

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese Formel kann für Alphateilchen nichtrelativistisch genähert werden. Damit ergibt sich5

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Um den Energieverlust und damit die Energie zu errechnen, muss diese Gleichung nach x integriert werden, und berücksichtigt werden, dass die Geschwindigkeit und die Energie nicht unabhängig sind, was zu einer Differentialgleichung der Form

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

führt. Diese Gleichung ist nichtlinear. Benutzen wir allerdings die Näherung, dass die Energieabgabe klein ist, können wir obige Gleichung nach x integrieren und die Energiedifferenz von der Ausgangsenergie abziehen, das liefert

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten,

wobei x die Dicke der zu behandelnden Schicht ist. Ohne diese Näherung bringt die Integration auch analytische Algebrasysteme wie WolframAlpha an ihre Grenzen.

o) "Wie viele (und welche) radioaktive Zerfallsreihen gibt es prinzipiell? Welche davon kommen in der Natur vor?"

Zerfallsreihen beschreiben, welche Nuklide in andere zerfallen und führen von einem Ausgangsnuklid über mehrere Zwischenprodukte zum stabilen Endprodukt. Da hauptsächlich Alphazerfälle auftreten, ist der Rest der Massenzahl bei einer Division durch vier wichtig. Man unterscheidet hierbei vier Zerfallsreihen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Neptunium-Reihe kommt als einzige so nicht (mehr) in der Natur vor. Der letzte Zerfall hat eine Halbwertszeit von Trillionen von Jahren, daher endet die Zerfallsreihe in der praktischen Beobachtung bei Bismut-209.

3. Versuchsaufbau und Messtechniken

Die Gammastrahlung wird mithilfe eines Germaniumkristalls gemessen. Das Germanium dient als Halbleiter im Halbleiterdetektor, dessen Funktionsweise bereits bei einer der zahlreichen Fragen zur Vorbereitung beschrieben wurde. Der Detektor hat die Größe einer Faust und benötigt das Volumen, um genügend Wechselwirkungen mit der Gammastrahlung zu erreichen.

Alphastrahlung wird mithilfe einer Siliziumphotodiode nachgewiesen. Hierbei wird das hohe Ionisierungsvermögen genutzt. Hier ist die Größe der Fläche der Photodiode ausschlaggebend. Die abgegebene Energie kann im Idealfall der Gesamtenergie der Teilchen entsprechen, weil Alphastrahlung sehr stark mit dem Target wechselwirkt. Das Ausgangssignal ist hiermit proportional zur Energiemenge. Eine dünne Sperrschicht wird verwendet, weiterhin kann eine Lochblende verwendet werden, um Störstrahlung oder Licht abzublocken. Anschließend werden die Signale an einem Computer und den damit verbundenen Vielkanalanalysator angeschlossen. Wichtig ist während des gesamten Versuchs der Strahlenschutz.

Der Gamma-Detektor muss zunächst mit Flüssigstickstoff heruntergekühlt werden.

Als Erstes soll das Spektrum von Cobalt-60 bei verschiedenen Auflösungen betrachtet werden. Die Halbwertsbreite einzelner Linien soll gemessen werden, um ein Maß für die Energieauflösung zu erhalten.

Eine Eichgerade wird durch Verwenden von Strahlung von wohldefinierter und bekannter Energie erstellt, um die Kanalnummern später eindeutig Energien zuordnen zu können. Steigung und y-Achsenabschnitt werden errechnet.

Als Nächstes wird die Absorption mit Cäsium-137 untersucht, dazu werden die Intensitäten für verschiedene Schichtdicken mehrmals gemessen und diese Messungen für Aluminium, Eisen und Blei durchgeführt.

Mit den erhaltenen Ergebnissen ist es umgekehrt auch möglich, Schichtdicken durch den exponentiellen Zusammenhang zu ermitteln. Hier wird eine Americum-241-Quelle verwendet und die Zählraten gemessen.

Nun wird eine Uranzerzprobe untersucht und die einzelnen Linien Isotopen zugeordnet. Zudem werden hier erneut Absorptionsmessungen mit Blei durchgeführt. Diese Messung erfordert wegen der geringen Zählraten viel Zeit (ca. 60 min pro Messung).

Als letzter Teil der Gamma-Versuchsreihe wird die Untergrundstrahlung spektralanalysiert.

Bei den Alphateilchen stehen zwei unterschiedlich empfindliche Dioden zur Verfügung. Zunächst wird eine Radiumquelle und ihr Spektrum analysiert und damit kann eine Energieeichung erfolgen. Diese Messung wird mit einem anderen Blendendurchmesser wiederholt.

Als zweiter Teil wird die Absorption der Strahlung durch Luft und Folien untersucht, einmal mit variablem Abstand für die Luft-Messung und mit konstantem Abstand für die Mylarfolien.

Im letzten Versuchsteil wird Umweltradioaktivität untersucht. Bei allen Versuchen ist es das Ziel, die beteiligten Isotope zu ermitteln und ein Spektrum aufzunehmen. Folgende Objekte stehen zur Verfügung:

- Luft unter Verwendung einer Plastikkappe mit Beobachtung der zeitlichen Entwicklung des Spektrums. Auch der Germaniumdetektor wird verwendet.
- Zeiger einer alten Taschenuhr, auch diese Messung dauert über Nacht (12 Stunden)

4. Messprotokoll

Datum: 13.9.2017

Uhrzeit: 08:15-18:00

Raumnummer: 0.07 (B 11)

Messungen Alphaspektroskopie: Moritz

Messungen Gammaspektroskopie: Niklas

Verwendete Geräte: ELUB Verstärker 2011(2/182/1) und 3100-02(2/182/3)

Vielkanalanalysator, Inv-Nr 84234, Gamma2K/4K Auswertesoftware

Emetron Kühler Inv-Nr 6691

4.1. γ -Spektroskopie

4.1.1. Energieeichung

Drei Proben mit bekannten Energiespektren (Am-241 (0,0594MeV), Cs-137 (0,6616MeV), Co-60 (1,1732MeV, 1,3325MeV)) werden nacheinander in den Aufbau eingeschraubt. Deren Spektren werden mithilfe der Software ausgelesen. In der Auswertung soll daraus die Eichgerade zwischen Kanalnummer und Energiewert bestimmt werden.

4.1.2. Massenabsorptionskoeffizienten

Wir verwenden für jede Messreihe Cs-137 als Strahlenquelle und messen immer einen Referenzwert ohne Absorbermaterial. Die Anzahl der Schichten wurde hier in Zweierpotenzen verändert. Wir notieren den Wert des Integrals über den charakteristischen Peak des Zerfalls und auch berechnen damit die Zählrate. Die linke Integralgrenze stand konstant auf 1721, die rechte auf 1773. Die Messung wurde nach einem Wert von mindestens 2000 des Integrals gestoppt. Der Fehler der Messzeit kann gegen den des Integrals (Poisson, Wurzel des Messwerts) vernachlässigt werden.

a) Messung mit Plastikfolie

Die Dicke einer 16-schichtigen Mylarfolie beträgt 0,2 mm.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

b) Messung mit Alufolie

Die Dicke einer 16-schichtigen Alufolie wurde zu 0,21mm ermittelt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

c) Messung für Aluplatten

Eine Scheibe hat eine Dicke von 10,1mm.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

d) Messung für Stahlplatten

Eine der Platten ist 10,0mm dick.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

e) Messung für Bleiplatten

5 Bleiplatten sind 5,30mm dick.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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