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Mit Hilfe des Experiments ist es möglich, die Absorption von γ -Strahlung eines Co-60 Präparats zu untersuchen. Als Experimentiermaterial stehen jeweils fünf 2mm dicke Aluminium bzw. Bleiplatten zur Verfügung, die einzeln zwischen Präparat und Zählrohr eingefügt werden können. Es können jeweils nur Platten des gleichen Materials verwendet werden. Ziel des Experiments ist es, den Absorptionskoeffizienten bzw. die Halbwertsdicke, also die Dicke eines Materials, die genau die Hälfte der Ausgangsstrahlung absorbiert, für Blei und Aluminium für die verwendete Strahlung zu bestimmen.
Stoppuhr
Falls Hilfsmittel benötigt werden, bitte anklicken
(können dann bei Bedarf verschoben werden).
Absorption von γ-Strahlung Co-60
Zunächst sollen Sie die Halbwertsdicken experimentell bestimmen, weiter unten finden Sie dann noch vertiefende Aufgaben.
Hinweis: Um brauchbare Messergebnisse zu erhalten, ist zu empfehlen, eine Messzeit von mindestens 60 s zu wählen.
- Bestimmen Sie die Nullrate.
- Bestimmen Sie nun die (bereinigten) Zählraten für Co-60 für jeweils ein bis fünf Absorberplatten der beiden Absorbermaterialien Blei und Aluminium.
- Passen Sie an beide Messreihen eine Ausgleichskurve an und bestimmen die Halbwertsdicke d1/2 der beiden Materialien.
- Geben Sie noch weitere Möglichkeiten an, wie Sie mit Hilfe der Messwerte die Halbswertdicken d1/2 hätten bestimmen können.
- Recherchieren Sie im Internet nach der Halbwertsdicke von Blei und Aluminium und bewerten Sie Ihre Messergebnisse.
Vertiefende Aufgaben
- Das Absorptionsgesetz für γ -Strahlung wird in der Regel in der Form $N(x)=N_{0} \cdot e^{-\alpha \cdot x }$ angegeben, wobei α den sogenannten Absorptionskoeffizienten darstellt.
Zeigen Sie, dass zwischen der Halbwertsdicke d1/2 und dem Absorbtionskoeffizienten α der Zusammenhang
α = ln(2) / d1/2 besteht. - Berechnen Sie, wie dick eine Aluminium- bzw. Bleiplatte sein muss, damit sie 90% bzw. 99% der Co-60 Strahlung absorbiert.
- In einem Kernkraftwerk muss sich im Abklingbecken über den Brennelementen eine Schicht von mindestens zwei Meter Wasser befinden. Berechnen Sie, wie viel Prozent der Strahlung mit einer Energie von 0,5 MeV noch an der Wasseroberfläche ankommt.
Tipp Aufg. 4
Tipp Aufg. 5
Tipp Aufg. 1 +2
Tipp Aufg. 3
- Denken Sie daran, die Kappe vom Zählrohr zu entfernen.
- Messen Sie möglichst lange, damit die statistischen Schwankungen geringer ausfallen.
- Verändern Sie ggf. die Skalierung der y-Achse, damit Sie jeweils die Kurve besser anpassen können.
- Sie sollten noch mindestens eine rechnerische Methode kennen (Stichwort "Quotientengleichheit").
- Blenden Sie mit Hilfe des orangen Kreuz die Hilfslinien in der Graphik ein, damit lässt sich die Halbwertszeit auch leicht bestimmen.
- Schauen Sie mal auf die nächste Seite.
- Die Energie der γ -Quanten können Sie leicht im Internet finden.
Tipps
Tipps
Die Zählrohrkappe ist durch Anklicken entfernbar
Quellen durch Anklicken in Halter einsetzen oder entfernen
•
Absorber durch Anklicken in die Grundplatte einsetzen oder entfernen
Blei,
je 2 mm
•
•
Setzen Sie durch Anklicken den Strahler und die Absorber (nacheinander) in die Halterung. Das Bedienpanel des Messgeräts kann durch Anklicken vergrößert werden. Es ist möglich, die Anzahl der Ereignisse zu zählen (COUNTS) oder auch die Zählrate (RATE mit unterschiedlichen Torzeiten) zu bestimmen. Vergessen Sie nicht, die Kappe vom Zahlrohr zu entfernen.
Durch Anklicken des orangen Button unter dem Experiment werden weitere Informationen zu den Experimentiermaterialien angezeigt.
Bitte "." bei Dezimalzahlen als Trennzeichen verwenden
und Nullrate subtrahieren.
Hinweise Anpassung Kurve
Ergebnisse der Aufgaben 2 und 3
Geben Sie die Messwerte in die Tabelle ein, verwenden Sie dabei den Punkt "." bei Dezimalzahlen als Trennzeichen.
Verändern Sie die anderen Parameter "R_0" (Rate ohne Absorber) und hwd (Halbwertsdicke) nun so, dass die Kurve die Messwerte möglichst gut beschreibt. Über die Zahlen rechts und links von den Schiebereglern können Sie die Spannweite der Schieberegler einstellen.
Durch Anklicken des orangen Button unter dem Diagramm wird eine verschiebbare horizontale und eine vertikale Hilfslinie angezeigt.
Die Skalierung der Achsen kann in dem Menü, welches durch Anklicken der drei grün hinterlegten Striche rechts oben am Diagramm aufgerufen werden kann, verändert werden.
7
8
9
4
5
6
1
2
3
.
0
/
*
^
-
+
=
AC
Tipp Aufg. 3
Tipp Aufg. 1
Tipp Aufg. 2
- Überlegen Sie, wie groß N(d1/2) ist.
- Überlegen Sie, welcher Zusammenhang zwischen N(d1/2) und N0 besteht.
- Verwenden Sie die oben ermittelten Absorptionskoeffizienten. Wenn Sie da nicht erfolgreich waren, finden Sie auf der nächsten Seite eine Tabelle, in der Sie die Absorptionskoeffizienten finden.
- Überlegen Sie, wie Sie die Bedingung 90% bzw. 99% in der Gleichung verwenden können.
- Überlegen Sie, welcher Zusammenhang zwischen N(x) und N0 besteht, wenn 90% bzw. 99% der Strahlung absorbiert wurde.
- Den Absorptionskoeffizienten müssen Sie im Internet recherchieren (oder in der Tabelle auf der nächsten Seite suchen).
Frontplatte des Digitalzählers durch Anklicken vergrößern. Dann wird er bedienbar.
Messung durch START/STOP
Messmodi COUNTS durch oder RATE (1 s bis 60 s Torzeit) Wählbar.
Messwerte werden automatisch gespeichert. Abrufen mit <>.
Lautsprecher AN/AUS