LABOR BUCHª DESY-Schülerlabor physik.begreifen
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
LABOR
BUCHª
DESY-Schülerlabor physik.begreifen
Name:
Deutsches Elektronen-Synchrotron
Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft
Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die programmatisch ausgerichtete Spitzen
Aufgabe, langfristige Forschungsziele forschung. Mit mehr als 38 700 Mit
des Staates und der Gesellschaft zu arbeiterinnen und Mitarbeitern und
verfolgen, einschließlich Grundlagen- einem Jahresbudget von 4,5 Milliarden
forschung, in wissenschaftlicher Euro ist die Helmholtz-Gemeinschaft
Autonomie. Dazu identifiziert und die größte Wissenschaftsorganisation
bearbeitet sie große und drängende Deutschlands.
Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft
und Wirtschaft durch strategisch- www.helmholtz.de
Deutsches Elektronen-Synchrotron
Ein Forschungszentrum der Helmholtz-GemeinschaftWeitere Informationen auf unseren Internet-Seiten
http://physik-begreifen.desy.de
2 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Grundlagenexperimente
Um Experimente mit radioaktiven Stoffen durchführen zu können,
müsst ihr erst den sicheren Umgang mit den Geräten und einigen
Präparaten lernen.
Im ersten Teil dieses Laborbuchs findet ihr alle nötigen Infos für
die ersten Versuche, die euch die Grundlagen vermitteln.
physik.begreifen 08/2018 3Radioaktivität
Der Nulleffekt
Worum es in diesem Versuch geht:
In unserer Umwelt gibt es einige natürliche radioaktive Stoffe, die uns
ständig umgeben, zum Beispiel das Gas Radon. Die im Zählrohr von
diesen Stoffen erzeugten Impulse nennt man den Nulleffekt. Er ist
immer gegenwärtig und wird bei jeder Messung mitgemessen.
Ziel
Ermittlung der Nullrate. Das ist die Zählrate des Nulleffekts. Zählrate
heißt die Zahl registrierter Impulse geteilt durch die Messzeit.
Versuchsaufbau
Zählrohr
Experimentierplatte
Messt zweimal die Nullrate für jeweils 50 Sekunden.
Messzeit in s Anzahl der Impulse
50
50
4 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Der Nulleffekt
Ergebnis
Notiert euch hier die Anzahl der Impulse des Nulleffekts pro 20, 50
bzw. 100 Sekunden, basierend auf der Mittelwertbildung für viele
Messungen.
Messzeit in s Impulse im Mittel
20
50
100
physik.begreifen 08/2018 5Radioaktivität
Sind Salze radioaktiv?
Worum es in diesem Experiment geht:
Einige normale Lebensmittel enthalten sehr geringe Mengen
natürlicher radioaktiver Elemente. In manchen Salzen kann man diese
Radioaktivität schon mit unseren einfachen Messgeräten finden.
Ziel:
Untersucht die verschiedenen Salze auf Radioaktivität. Überlegt euch
vorher, wie ihr feststellt, ob ein Salz möglicherweise radioaktive
Elemente enthält oder nicht.
Durchführung:
Messt für jedes Salz die Impulse pro 100 Sekunden unter
Berücksichtigung des Nulleffekts. Befestigt die Salzbeutelchen dazu
mithilfe der Wäscheklammern an dem Aluminiumrähmchen.
Versuchsaufbau:
Salzprobe
Zählrohr
1 cm
Experimentierplatte
6 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Sind Salze radioaktiv?
Messwerte
Impulse pro 100 s
Salz Impulse pro 100 s vermindert um den
Nulleffekt
Diätsalz
Natriumchlorid (NaCl)
Kaliumchlorid (KCl)
Kalziumchlorid (CaCl2)
Bestimme die Inhaltsstoffe und Elemente, welche die möglicherweise
nachgewiesene Strahlung verursachen.
Verwende dabei auch die Informationen in der Radioaktivitätsmappe.
physik.begreifen 08/2018 7Radioaktivität
Berührungsfreie Materialprüfung
Worum es in diesem Versuch geht:
Materialfehler (z. B. Risse, Hohlräume), die mit dem Auge nicht
erkennbar sind, können gefunden werden, indem man die Teile mit
ionisierender Strahlung aus einer geeigneten Quelle bestrahlt.
Ziel
Untersucht die kunststoffbeschichtete Bleiplatte auf Löcher, indem ihr
sie an den markierten Stellen mit dem Radiumstrahlerstift bestrahlt.
Beantwortet folgende Fragen:
1. Wie viele Löcher könnt ihr nachweisen? Ab wann identifiziert
ihr ein Loch überhaupt als solches?
2. Kann man anhand der Messwerte etwas über die Art und
Größe der Löcher sagen?
Versuchsaufbau
Klammer
Aluminiumrahmen
kunststoffbeschichtete
Bleiplatte
Zählrohr
1 cm
Radiumstrahlerstift
Experimentierplatte
8 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Berührungsfreie Materialprüfung
Durchführung
Benutzt zunächst den Aluminiumstab, um die Markierungen
anzuvisieren und so die jeweilige Stellung der Platte festzulegen.
Mithilfe der Klammern könnt ihr die Platte am Aluminiumrahmen
fixieren. Messt an jedem der fünf Punkte 50 Sekunden lang.
Messwerte
Impulse pro 50s
Markierung Impulse pro 50s vermindert um den
Nulleffekt
Referenzpunkt
1
2
3
4
physik.begreifen 08/2018 9Radioaktivität 10 physik.begreifen 08/2018
Radioaktivität
Die Auswahlexperimente
Die Auswahlexperimente verlaufen freier als die
Einarbeitungsexperimente. Deshalb findet ihr in diesem Teil
des Laborbuchs eher Vorschläge für Versuche als konkrete
Anleitungen. Überlegt euch selbst, welche Versuchs-
anordnungen und Messmethoden jeweils am sinnvollsten
sind!
Neben den Arbeitsvorschlägen findet ihr genügend Platz, um
eure Messwerte, Rechnungen, Diagramme und Erklärungen
festzuhalten.
Millimeterpapier sowie leere Tabellen und Winkel-
diagramme findet ihr außerdem vorne in den roten Kästen.
In den Radioaktivitätsmappen an eurem Arbeitsplatz könnt
ihr weitere Informationen finden, die euch gegebenenfalls
helfen, die Versuche zu verstehen und zu erklären.
physik.begreifen 08/2018 11Radioaktivität
Experiment A
Durchdringungsvermögen ionisierender
Strahlung
Das Durchdringungsvermögen ionisierender Strahlung ist abhängig von
der Strahlungsart (α/β/γ), dem zu durchdringenden Material sowie von
der Dicke dieses Materials.
Zubehör
1 Ra-226-Strahlerstift, verschiedene Materialien zur Abschirmung
Mögliche Experimente
• Bestimmung der Halbwertsdicke von Papier
Die Halbwertsdicke von Papier ist hier die Anzahl der Papierblättchen, die die
Strahlungsintensität um die Hälfte reduzieren.
• Prozentuale Verteilung der Strahlenarten
• Abschirmung durch bis zu fünf Platten Aluminium
• Untersuchung verschiedener Materialien auf ihre Durchlässigkeit für
Strahlung
Abschirmung
Zählrohr
2 cm
Radiumstrahlerstift
Experimentierplatte
12 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Experiment B
Elektronenstrahlung im Magnetfeld
Die Strahlung des Strahlerstifts tritt nicht nur gerade nach vorne aus,
sondern auch etwas zu den Seiten. Informiert euch in der
Radioaktivitätsmappe darüber, wie sich diese Strahlungsverteilung
durch Einfluss eines Magnetfelds ändern würde und welche Kraft dafür
verantwortlich ist.
Zubehör
1 Ra-226-Strahlerstift, 1 Bleiblende, 2 Magnete inkl. Halterung
Mögliche Experimente
• Räumliche Verteilung der Strahlung ohne Magnetfeld
• Räumliche Verteilung der Strahlung mit Magnetfeld
• Vergleich des Verhaltens der Strahlung des Ra-226-Strahlerstifts mit
der eines Na-22-Strahlerstifts
Tipp: Wählt kurze Messzeiten (z. B. 20 s), um möglichst viele verschiedene Messungen
durchführen zu können (verschiedene Winkel, verschiedene Magnetanordnungen).
Bleiblende Rundmagnete
Zählrohr
Radiumstrahlerstift 1 cm
5 cm
Experimentierplatte
physik.begreifen 08/2018 13Radioaktivität
Experiment C
Streuung von Teilchenstrahlung
Unter Streuung versteht man in der Physik allgemein die Ablenkung
eines Objekts nach Zusammenstoß mit einem anderen Objekt.
Informiert euch in der Radioaktivitätsmappe genauer über dieses
Phänomen.
Zubehör
1 Ra-226-Strahlerstift, 1 Bleiblende, verschiedene Materialien
Mögliche Experimente
• Streuung an Papier: Baut den Versuch wie unten abgebildet auf und
messt jeweils die Impulsrate für 50 Sekunden. Bei welchem Aufbau
ist die Impulsrate höher und warum?
• Streuung an verschiedenen Materialien: Testet die Streuung an
verschiedenen Materialien, indem ihr die Impulsrate jeweils an allen
Winkelpositionen messt.
Aufbau 1. Versuchsteil
a) Blatt Papier direkt vor Strahlerstift
Papier
Zählrohr
4 cm
Radiumstrahlers
Experimentierplatte
14 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
b) Blatt Papier direkt vor Zählrohr
Papier
Zählrohr
4 cm
Radiumstrahlerstift
Experimentierplatte
Aufbau 2. Versuchsteil
Experimentierplatte verschiedene 45°
Materialien Zählrohr
30°
Bleiblende
15°
Radiumstrahlerstift 0°
-15°
-30°
-45°
physik.begreifen 08/2018 15Radioaktivität
Experiment D
Bestimmung der Halbwertszeit von Pa-234m
Ziel ist die Bestimmung der Halbwertszeit von Protactinium 234m.
Diese erhält man aus einer Messung der Impulsrate (Anzahl der
Impulse pro 20 Sekunden). Informiert euch in der Radio-
aktivitätsmappe über den Isotopengenerator, an dem die Messung
durchgeführt wird.
Zubehör
Isotopengenerator, Holzblock, Plexiglasplatte, Stoppuhr
Messung
Nehmt eine Messreihe auf, indem ihr sieben Minuten lang alle 20
Sekunden die Anzahl der Impulse ablest.
Berücksichtigung des Untergrunds
Im unteren Teil des Isotopengenerators befinden sich Uran und dessen
Zerfallsprodukte. Die Strahlung, die davon ausgeht, nennen wir
Untergrundstrahlung. Diese muss bei der Auswertung berücksichtigt
werden. Die Messung der mittleren Untergrundrate (Impulse pro 20s)
wird am besten mindestens 5 Minuten nach Aufnahme der Messreihe
durchgeführt. Plexiglasplatte
Zählrohr
Isotopen-
Experimentierplatte
generator
Holzblock
16 physik.begreifen 08/2018Radioaktivität
Experiment E
Das Abstandsgesetz für Betastrahlung
In diesem Versuch soll untersucht werden, nach welcher
Gesetzmäßigkeit die Intensität der ionisierenden Strahlung abnimmt,
wenn der Abstand zur Strahlenquelle vergrößert wird.
Zubehör
Ra-226-Strahlerstift, Papier (Vorüberlegung: Warum sollen diese Messungen
mit einem Papierfilter durchgeführt werden?)
Messung
Messt die Impulsrate bei möglichst vielen verschiedenen Abständen d.
Denkt daran, dass die Reichweite des Strahlerstifts etwa 30 cm beträgt.
Wählt kurze Messzeiten (z. B. 20 s) und messt dafür bei jedem Abstand
dreimal.
Auswertung
Welcher mathematische Zusammenhang besteht zwischen Impulsrate
und Abstand? Ist die Impulsrate proportional zu 1/d, 1/d2 oder 1/d3?
Dies lässt sich z. B. untersuchen, indem man die Impulsrate I eines
Abstands d mit d, mit d2 und mit d3 multipliziert und jeweils überprüft,
ob das Produkt über die gesamte Messreihe annähernd konstant ist.
Papier
Zählrohr
Radiumstrahlerstift d (variabler Abstand)
Experimentierplatte
physik.begreifen 08/2018 17Radioaktivität Protokoll 18 physik.begreifen 08/2018
Radioaktivität physik.begreifen 08/2018 19
Radioaktivität 20 physik.begreifen 08/2018
Radioaktivität physik.begreifen 08/2018 21
Radioaktivität 22 physik.begreifen 08/2018
Radioaktivität physik.begreifen 08/2018 23
LABOR
BUCHª
DESY-Schülerlabor physik.begreifen
Name:
Deutsches Elektronen-Synchrotron
Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft
Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die programmatisch ausgerichtete Spitzen
Aufgabe, langfristige Forschungsziele forschung. Mit mehr als 38 700 Mit
des Staates und der Gesellschaft zu arbeiterinnen und Mitarbeitern und
verfolgen, einschließlich Grundlagen- einem Jahresbudget von 4,5 Milliarden
forschung, in wissenschaftlicher Euro ist die Helmholtz-Gemeinschaft
Autonomie. Dazu identifiziert und die größte Wissenschaftsorganisation
bearbeitet sie große und drängende Deutschlands.
Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft
und Wirtschaft durch strategisch- www.helmholtz.de
Deutsches Elektronen-Synchrotron
Ein Forschungszentrum der Helmholtz-GemeinschaftSie können auch lesen
