Aktivitätsmessung mit dem Geiger-Müller-Zählrohr
Geräte und deren Funktion:
• Geiger-Müller-Zählrohr: Dient der Aktivitätsmessung der Umgebung oder einer Probe.
• Radon-226 : Versuchsobjekt zur Aktivitätsmessung.
• Lautsprecher: Dient der akustischen Darstellung der gemessenen Aktiviät.
• Zähler: Für die visuelle Darstellung der gemessenen Aktivität.
Versuchsaufbau:
Foto von Mehmet
Versuchsdurchführung ohne Radon-226:
Vor dem eigentlichen Versuch wird die Umgebungsaktivität gemessen.
Versuchsdurchführung mit Radon-226:
Man öffnet den Behälter des radioaktiven Elements und hält eine winzige an einem kurzen Metallstift befindliche Probe an das Geiger-Müller-Zählrohr.
Dabei wird der Zähler beobachtet. Der Zähler wird anschließend auf Zerfälle pro Sekunde (Aktivität) eingestellt und der Versuch wiederholt.
Versuchsbeobachtungen:
Ohne die radioaktive Probe hört man nach dem Einschalten des Lautsprechers vereinzeltes „Knacken“
in unregelmäßigen Abständen. Nach ca. 2min wurden etwa 40 Zerfälle vom Zähler registriert.
Mit der Probe ist ein permanentes „Knacken“ zu hören während zugleich der Zähler innerhalb weniger Sekunden mehrere Tausend Zerfälle anzeigt. Bei der Aktivitätsmessung ergab sich ein Wert von 1216 1/s (Anzahl der Zerfälle pro Sekunde).
Versuchserklärung/Funktionsweise des Geiger-Müller-Zählrohrs:
Skizze von Mehmet
Das Zählrohr beinhaltet eine Argon Füllung, die Innenwand ist negativ und der Draht positiv geladen. Dadurch herrscht im Inneren ein radialsymmetrisches elektrisches Feld. Außerdem besitzt das Zählrohr an einem Ende ein Glimmerfenster, dessen Material keine Gase (z.B. Sauerstoff) aber radioaktive Strahlung in das Innere des Rohrs durchlässt.
Sobald radioaktive Teilchenstrahlung durch dieses Fenster in das Innere gelangt, werden entlang der Bahn dieser Teilchen Argon Atome ionisiert. Dadurch werden Elektronen der ionisierten Argon Atome zum positiven Draht hin beschleunigt. Die Argon Ionen werden wiederrum zur negativen Innenwand des Rohrs beschleunigt (jedoch deutlich langsamer aufgrund des Trägheitsgesetzes).
Die nun beschleunigten Elektronen ionisieren auf ihrem Weg zum positiven Draht weitere Argon Atome. Es entsteht eine Kettenreaktion, die nach und nach eine sogenannte Elektronenlawine auslöst.
Sobald die Lawine beim Draht ankommt, fließen die Elektronen durch den Widerstand zum Pluspol ab. Währenddessen registriert der Zähler die radioaktive Strahlung in Form von Spannungsimpulsen und stellt diese durch eine Zahl dar.
Die Lawine wird nochmals verstärkt, indem die von den Atomen aufgenommen Elektronen Photonen aussenden. Diese Photonen können alle übrigen Argon Atome ionisieren, da sie sich nicht entlang der elektrischen Feldlinien bewegen müssen. Durch die gesamte Kettenreaktion im Rohr sind nur noch Ionen vorhanden, weshalb zu diesem Zeitpunkt keine weitere Strahlung nachgewiesen werden kann. Diese Zeit nennt man „Totzeit“ des Zählrohrs.
Nach und nach kommen die Argon Ionen an der negativen Innenwand an, wo sie daraufhin neutralisiert werden. Das gesamte Zählrohr ist nun entladen. Um nun das Geiger-Müller-Zählrohr wieder einsatzbereit zu bekommen, kommt der Ohm’sche Widerstand zum Einsatz. Je größer der Widerstand ist, desto schneller ist das Zählrohr wieder einsatzbereit. Außerdem werden die Photonen durch ein zusätzliches Füllgas „unschädlich“ gemacht. Danach kann die radioaktive Strahlung wieder gemessen werden.
Das unregelmäßige, vereinzelte „Knacken“ ohne die radiaktive Probe, wird durch die stets existierende, natürliche radioaktive Strahlung um
uns herum erzeugt und wird Nullrate genannt. Sie muss von den eigentlichen Messungen jeweils abgezogen werden.
Erstellt von Mehmet Takir 12.2.22