Experimentelle Bestimmung der Halbwertszeit von Ba-137m

Wenn die Messung beendet ist, können Sie mit dem Funktionstool oben rechts auf dem Monitor durch die Variation der beiden gegebenen Parameter die nach Augenmaß bestmögliche Kurve durch die Messwerte legen.
Lesen Sie den sich ergebenden Wert für die Halbwertszeit des Bariums ab.

Wenn Sie die Messung mehrfach durchführen, erkennen Sie, dass sich die Messwerte deutlich unterscheiden. Hierfür sind bei dieser Messung in erster Linie nicht, wie häufig bei anderen Messungen, Messungenauigkeiten verantwortlich.
Erläutern Sie, wodurch diese Abweichungen entstehen.

Ein Anklicken der vier vorne liegenden Komponenten (beachte: gelbes "+"-Symbol) baut den Versuch schrittweise auf. Mit der Spritze lässt sich anschließend die Elutionslösung, die sich bereits in der vorne rechts liegenden Spritze befindet, durch den Isotopengenerator pressen. Die Messung beginnt dann automatisch. Nach dem Einschalten stellt der Bildschirm die Zählrate über der Zeit zeitgerafft dar (die reale Torzeit bei der Aufnahme der Messwerte betrug 12 s). Der Bildschirm kann für eine möglichst genaue Anpassung eines Funktionsgraphen durch Anklicken des Symbols ganz oben rechts vergrößert dargestellt werden. Für eine weitere, neue Messung klicken Sie anschließend auf die Flasche mit der Elutionslösung.

S

Detektor

Isotopen-
generator

Auffang-
behälter

Flasche mit Elutionslösung
(für erneute Messung anklicken)

Spritze
(bereits mit Elutionsflüssigkeit befüllt)

korrekte Reihenfolge beachten!

Nach dem Zusammenbau Spritze drücken

Das weiter unten folgende IBE gestattet die Ermittlung der Halbwertszeit $ T_{1/2} $ des radioaktiven Barium-Isotops Ba-137m, das über eine Spritze, in der sich eine Elutionsflüssigkeit befindet, aus dem Isotopengenerator heraus in einen kleinen Auffangbehälter gedrückt wird. DIrekt unter dem Behälter befindet sich ein Detektor (Geiger-Müller-Zähler), mit dem die Gamma-Strahlung des Barium-Isotops Ba-137m untersucht werden kann.

Lesen Sie insbesondere die erste Seite der Bedienungsanleitung zum Isotopengenerator. Stellen Sie die wesentlichen Abläufe dar, die dazu führen, dass man nach dem Durchpressen der Elutionsflüssigkeit im Auffangbehälter das radioaktive Ba-137m vorliegen hat, und warum trotz der recht kurzen Halbwertszeit des Ba-137m viele Jahre lang die Möglichkeit gegeben ist, den Versuch mit dem Isotopengenerator in der Schule durchzuführen.

Der Name "Elution" kommt aus dem Lateinischen "eluere", was "auswaschen" bedeutet.
Eine Elutionsflüssigkeit dient dazu, aus einem Stoffgemisch einen bestimmten Stoff, hier das radioaktive Ba-137, herauszulösen.

Bringen Sie die vier Komponenten der Reihe nach in ihre Halterungen. Pressen Sie anschließend mit der Spritze die Elutionsflüssigkeit durch den Isotopengenerator und beobachten Sie, wie sich auf dem Bildschirm (ggf. Vergrößerung einschalten) die Messwerte zeigen.

Die Halbwertszeit kann auch direkt ohne Bestimmen der Zerfallsgleichung mit Hilfe des Graphen bestimmt werden.
Beschreiben Sie das Verfahren und führen Sie es zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten auf der Kurve durch.

Recherchieren Sie nach dem Literaturwert für die Halbwertszeit von Ba-137m, vergleichen Sie diesen mit dem experimentell bestimmten Wert und bewerten Sie die Qualität Ihrer Messungen.

Mit dem Buchstaben "m" wird gekennzeichnet, dass es sich hier um ein metastabiles Ba-137-Isotop handelt, das nach dem ß^--Zerfall der Muttersubstanz Cs-137 entstanden ist. Das Ba-137m befindet sich also eine gewisse "längere" Zeit in einem energetisch höheren Zustand, als es der Grundzustand des Ba-137 ist, und geht anschließend durch Aussendung eines Gammaquants erst in diesen Grundzustand über. Diese Gammaquanten werden im nachfolgenden Experiment registriert.