Tosun - JKU

SVPRAKTIKUM Wintersemester 01/02
von
Tosun Muhammet (9856877)
Kernphysik
UNTERSTUFE
1) GRUNDLAGEN 1
a) Motivation 1
b) Vorraussetzungen 1
c) Lernziele lt. Lehrplan
2) EIN BISSCHEN THEORIE 2
3) VERSUCHE 5
a) Versuchsbeschreibung 5
b) Bestimmung der Nullrate 7
c) Bestimmung der Zählrate 8
d) Abstandsgesetz 9
e) Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle 10
f) Ablenkung des Magnetfeldes 11
g) Abschwächung von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlung 13
4) ALLGEMEINE BEMERKUNGEN 15
5) GRUPPENARBEIT/ARBEITSBLÄTTER 15
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1) GRUNDLAGEN
a) Motivation
Bei der Thematik Kernphysik scheint ein Bezug zum Alltag sehr einfach realisierbar
zu sein. Gerade in der letzten Zeit liest man immer über Atomkraftwerke und wie
gefährlich sie sind,... Hier scheint es mir möglich zu sein, die Aufmerksamkeit sogar
von Schülern zu erlangen, welche normalerweise eher als passiv bezeichnet werden
können. Natürlich ist eine entsprechende Aufarbeitung seitens des Lehrers von
Nöten, ohne dabei auf die Physik zu vergessen. Dieses Kapitel wird in der 4.Klasse
und in der 8. Klasse behandelt, wobei gerade in der letzten Klasse ein Bezug zur
Umwelt hergestellt werden kann und soll. Ein fächerübergreifende Behandlung von
Themen wie Atombomben (Geschichte, politische Konsequenzen, Gefahren),
Atomkraftwerken (Aktuelle Diskussion, Gefahren für Österreich, Österreich
Sonderstellung) wäre denkbar, förderlich.
Ich werde im folgenden die Möglichkeiten für die 4.Klasse erarbeiten.
Vorraussetzungen
Man muss sich überlegen auf welchem Wissen man aufbauen kann. In der
Unterstufe kann davon ausgegangen werden, dass den Schülern/innen die
grundlegenden Begriffe wie Elektronen, Protonen, Neutronen,... bekannt sind. Auch
im Chemieunterricht sollte der Atomaufbau besprochen worden sein.
Dennoch sollte man hier alle notwendigen Begriffe nochmals einführen, da man
davon ausgehen muss, dass dieses Vokabular seitens der Schüler/innen vergessen
worden ist.
Lernziele lt. Lehrplan
Das radioaktive Verhalten der Materie
Ausgehend von Alltagserfahrungen der Schülerinnen und Schüler soll ein
grundlegendes Verständnis wichtiger Vorgänge in Atomkernen erzielt werden.
Einsichten in Veränderungen im Atomkern als Ursache der „Radioaktivität“ gewinnen
(Eigenschaften von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlen);
Radioaktiven Zerfall als ständig auftretenden Vorgang erkennen;
Grundlegende Vorgänge bei der Energieumsetzung in der Sonne, in Sternen und
Kernreaktionen verstehen können (Kernfusion, Kernspaltung).
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2) EIN BISSCHEN THEORIE
Entdeckung der Radioaktivität
Der französische Physiker Henri Becquerel entdeckte im Jahre 1896 die radioaktive
Strahlung. Er ließ zufällig ein Stück Uranerz einige Tage auf einer verpackten
Fotoplatte liegen. Nach dem Entwickeln zeigte die Fotoplatte eine zunächst
unerklärliche Schwärzung.
Becquerel fand eine Erklärung für die Schwärzung des Films. Uran sendet
unsichtbare Strahlen aus, die das Verpackungsmaterial durchdringen und eine
Fotoplatte (oder einen Film) schwärzen können.
Uran sendet unsichtbare Strahlen – radiaktive Strahlen- aus. Diese Eigenschaft des
Uranerzes wird als Radioaktivität bezeichnet.
Der Aufbau der Atome
Jedes Element ist aus gleichartigen Atomen aufgebaut. Es gibt so viele Atomarten
wie Elemente.
Ein Atom besteht aus Kern und Elektronenhülle. Der Kern ist aus Protonen und
Neutronen aufgebaut. Protonen sind positiv geladene Teilchen. Neutronen sind
elektrisch neutral. Fast die gesamte Masse eines Atoms ist im Kern vereinigt.
Zu jedem Elementnamen gibt es eine Kurzbezeichnung, das chemische Symbol: H
für Wasserstoff, He für Helium, U für Uran usw. In der Physik werden zum
chemischen Symbol noch die Anzahl der Protonen und Neutronen dazugeschrieben.
2 1H wobei die obere Zahl die Anzahl der Neutronen plus Protonen ist und die untere
Zahl die Anzahl der Protonen darstellt. Die obere Zahl wird auch Massenzahl und die
untere Zahl Ordnungszahl genannt.
Die Masse eines Elektrons ist nur 1/1837 der Masse des Protons. Die Masse der
Neutronen ist nur um 0,14% größer als die des Protons.
Isotope
Atome, deren Kern sich nur in der Anzahl der Neutronen unterscheiden, heißen
Isotope. Die Isotope eines Elementes stehen im Periodensystem an derselben Stelle
(isos topos =an derselben Stelle). 1 1H, 2 1H, 3 1H sind Isotope des Elementes
Wasserstoff.
Entstehung der radioaktiven Strahlung
Radioaktive Strahlung entsteht, wenn große Kerne aufgrund ihrer Größe zerfallen,
oder wenn das Verhältnis der Anzahl der Protonen zur Anzahl der Neutronen nicht
passt.
Strahlungsarten
Beim radioaktiven Zerfall von z.B. Uran wird ein Alpha-Teilchen ausgestoßen. Dieses
besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Durch diese Abgabe eines Alpha-
Teilchens sinkt die Ordnungszahl um 2 und die Massenzahl um 4.
Beim radiaktiven Zerfall des Kalium wird ein Elektron abgestoßen. Es entsteht bei der
Umwandlung eines Neutrons in ein Proton. Die ausgestoßenen Elektronen
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ezeichnet man als Beta-Teilchen bzw. Beta-Strahlung.
Meist tritt neben der Alpha-Strahlung und der Beta-Strahlung noch eine dritte
Strahlungsart auf, die Gamma-Strahlung. Während Alpha- und Beta-Strahlung
Teilchenstrahlungen sind, ist die Gamma-Strahlung eine elektromagnetische Welle
wie Radiowellen oder Licht. Allerdings besitzt die Gamma-Strahlung eine wesentlich
höhere Energie als Licht und ist daher sehr gefährlich.
Alpha-Teilchen sind positiv geladen (zwei Protonen), Beta-Teilchen sind negativ
geladen (ein Elektron) und die Gamma-Strahlen sind besonders energiereiche
elektromagnetische Wellen.
Reichweite radioaktiver Strahlung
Bereits eine dünne Papierschicht kann Alpha-Strahlen vollständig absorbieren. In
Luft haben Alpha-Strahlen eine Reichweite von einigen Zentimetern. Beta-Strahlung
wird beim Durchgang durch Beton- oder Bleiplatten geschwächt, aber nicht
vollständig absorbiert. Die Reichweite in Luft beträgt viele Kilometer.
Zerfallsgeschwindigkeit
Die Geschwindigkeit des radiaktiven Zerfalls lässt sich durch die Halbwertszeit
angeben. Innerhalb eines Halbwertszeit zerfällt die Hälfte der gerade vorhandenen
Kerne. Je kürzer die Halbwertszeit ist, desto schneller zerfällt ein Radioisotop und
desto kurzlebiger ist es. Jedes Radioisotop besitzt eine ganz bestimmte
Halbwertszeit:
131 Iod 8 Tage
134 Cäsium 2,1 Jahre
90 Strontium 28,5 Jahre
137 Cäsium 30 Jahre
14 Kohlenstoff 5730 Jahre
40 Kalium 1,3 Milliarden Jahre
238 Uran 4,5 Milliarden Jahre
232 Thorium 14 Milliarden Jahre
Aktivität
Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes gibt an, wie viele seiner Kerne pro Sekunde
zerfallen. Daher ist die Aktivität um so größer, je größer die Masse und je kürzer die
Halbwertszeit ist. Die Aktivität ist ein Maß für die Stärke der Radioaktivität eines
Stoffes.
Die Einheit der Aktivität ist 1 Becquerel (1 Bq). 1 Bq = 1 Kernzerfall pro Sekunde. Mit
dem Zerfall der radioaktiven Substanz nimmt auch die Aktivität ab. Sie nimmt um so
schneller ab, je kürzer die Halbwertszeit ist.
Nachweis radioaktiver Strahlung
Durch radioaktive Strahlung wird eine Fotoplatte, ähnlich wie beim Fotografieren
„belichtet“.
Bestimmte Stoffe (z.B. Zinksulfid) leuchten unter Einwirkung radioaktiver Strahlung
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auf.
Radioaktive Strahlen können Elektronen aus einem Atom „herausschlagen“, also
Atome ionisieren. Wird Luft ionisiert, so nimmt die Leitfähigkeit zu. Ein Elektroskop
weist die Ionisation von Luft nach.
In der Praxis ist das Elektroskop kein brauchbares Gerät, um radioaktive Strahlen
nachzuweisen. Man verwendet dafür ein Zählrohr, einen sogenannten Geigerzähler.
Ein Zählrohr knattert auch ohne ein radioaktives Präparat. Dieser sogenannte
Nulleffekt wird durch die natürliche Strahlenbelastung hervorgerufen. Ein Teil, die
kosmische Strahlung, stammt aus dem Weltraum. Der andere teil, die terrestrische
Strahlung, stammt von radioaktiven Stoffen in der Erde.
Gefahren der radioaktiven Strahlung
Wirkt radioaktive Strahlung auf den Menschen ein, so spricht man von einer
Strahlungsbelastung. Genauso wie die radioaktive Strahlung die Luft ionisiert, kann
sie auch die Atome und Moleküle des menschlichen Körpers ionisieren. Bei der
Ionisierung werden den Atomen und Molekülen Elektronen entrissen. Durch diese
Veränderungen kommt es zu Strahlenschäden in den Zellen des Körpers. Eine
starke Strahlenbelastung verursacht Krebserkrankungen oder gar den Tod. Bei
geringen Strahlenbelastungen können Spätschäden auftreten, die sich erst viele
Jahre später bemerkbar machen. Auch Erbschädigungen nachfolgender
Generationen sind möglich.
Energiedosis/Äquivalenzdosis
Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen geben Strahlungsenergie an einen Körper ab,
wenn sie auf diesen treffen.
Die gesamte absorbierte Strahlungsenergie pro kg wird als Energiedosis bezeichnet.
Die Äquivalenzdosis ist die absorbierte Strahlungsenergie pro kg mit
Berücksichtigung der biologischen Wirksamkeit der Strahlenart. Sie ist ein Maß für
die Stärke der Strahlungsbelastung, also für den biologischen Schaden, den eine
Strahlung anrichtet. Die Einheit der Äquivalenzdosis ist 1 Sievert (1 Sv).
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3) VERSUCHE
Hier wurde ein „Experimentierkoffer“ von der Österreichischen kerntechnischen
Gesellschaft (ÖKT) verwendet.
Dieser Koffer beinhaltet:
• Digitalzähler mit Netzgerät
Die Zählzeiten können auf 1s, 10s, 100s, 1000s, „offen“ voreingestellt werden.
Die Funktionen „Start“, „Stop“, „Nullstellung“, „Zähler ein“ sind sehr einfach
einzustellen, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
• Geiger-Müller-Zählrohr
Allgemein besteht ein Zählrohr aus einem mit Gase gefülltem Rohr, in dessen
Mitte axial ein Draht gespannt ist. Zwischen Draht und Rohrwand liegt eine
Spannung von etwa 1 kV. Die durch ein dünnes Glimmerblättchen in das Zählrohr
eintretende Strahlung ionisiert das Gas. Die Elektronen werden zum Draht hin
beschleunigt und erzeugen durch Zusammenstöße mit weiteren Atomen
lawinenartig weitere Ionen und Elektronen. Die Elektronen fließen über einen
hochohmigen Widerstand ab und erzeugen so einen messbaren Stromimpuls.
•
•
137 Cäsium-Quelle
241 Am-Quelle
• Diverse Platten und Halterungen
• Da das radioaktive Präparat in die stiftähnliche Vorrichtung „eingebaut“ wurde,
muss man bei der Nennung des Abstandes aufpassen. Das eigentliche
radioaktive Präparat befindet sich p cm innerhalb des Stiftes. Um nun den
tatsächlichen Abstand zu ermitteln zu können, muss zur Entfernung Zählrohr und
Stift (a cm) p dazugezählt werden. Wir werden im folgenden die Entfernung a+p
effektiver Abstand nennen.
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Aufgrund der Vollständigkeit der Ausrüstung, sind keine anderen Gerätschaften,
Präparate,... notwendig.
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
In der Unterstufe ist es sehr schwer Versuche mit dem Zählrohr quantitativ
auszuwerten. Sehr bald verliert man sich in statistische Details, welche für die
Schüler/innen nicht nachvollziehbar sind.
Deshalb bin ich der Meinung, dass diese Versuche lediglich qualitativ ausgewertet
werden sollen.
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a) Bestimmung der Nullrate
Die Versuchsanordnung entnehmen wir aus der Skizze.
Um statistischen Fehler vorzubeugen stellen wir eine besonders lange Messzeit ein
(1000s). Daraus können wir die Impulse pro Sekunde ermitteln.
Zählrate = Impulse in 1000s / 1000s
Achtung: Die radioaktiven Präparate nicht in unmittelbarer Nähe zum Zählrohr
aufstellen.
Messergebnisse:
181 Ereignisse in 1000s. Daraus folgt die Nullrate mit 0,181 Ereignisse pro Sekunde.
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
Dieser Versuch lässt sich neben dem Unterricht durchführen. Am Anfang der Einheit
stellt man die Versuchsanordnung her und gegen Ende der Einheit sieht man sich
das Resultat an. Da die berühmten Geigerzähler-Geräusche bei der Bestimmung der
Nullrate sehr bescheiden ausfallen, stört dieses „Ticken“ den Unterricht in keinster
Weise.
Für die Schüler ist es meist sehr faszinierend, wenn sie den direkten Beweis
erlangen, dass rund um ihnen radioaktive Strahlung vorhanden ist.
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) Bestimmung der Zählrate
Wie aus der Versuchsanordnung ersichtlich, verwenden wir hier 137 Cäsium.
Beim Aufstellen des Zählrohres und des radioaktiven Präparates stellt sich die Frage
des Abstandes, wobei für eine qualitative Auswertung dies nicht entscheidend ist.
Bewährt hat sich ein effektiver Abstand von 3 cm (abweichend von der Skizze oben).
Nicht vergessen: Zur Ermittlung der effektiven Zählrate muss die Nullrate
berücksichtigt werden:
Effektive Zählrate = Zählrate – Zählrate beim Nulleffekt
Messergebnisse:
Messzeit: 100 s
Effektiver Abstand: 3 cm
10 Messungen: 2513; 2457; 2515; 2590; 2407; 2426; 2177; 2298; 2211; 2211;
Zählrate (pro s): 23,8
Nullrate (pro s):0,18
effektive Zählrate (pro s): 23,62
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
Bei diesem Versuch besteht die Möglichkeit die statistische Deutung des
radioaktiven Zerfalles, auf eine einfache und klare Art und Weise, deutlich zu
machen. Man kann zum Beispiel den Schülern/innen folgende Aufgabe stellen, die
sie dann in Gruppen ausarbeiten
Wir führen 5 Messungen zu je 10s durch:
Messung 1 2 3 4 5
Zerfälle 31 33 37 35 37
Nun sollte im Unterricht dieses Ergebnis interpretiert werden: Es treten nicht immer
gleich viele Zerfälle auf. Auch lässt sich die Anzahl der Zerfälle nicht beeinflussen. Im
Mittel –vor allem über längere Zeiten- kann man aber angeben, wie viel von einer
radioaktiven Substanz zerfällt.
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c) Abstandsgesetz
Man misst die Stärke der radioaktiven Strahlung im Vergleich zum Abstand vom
Präparat. Sinnvoll erscheint hier um den Messfehlern Einhalt zu gebieten, die
Messzeit je nach Abstand einzustellen.
effektive Abstand (cm) 3 5 7 9
Messzeit (s) 100 100 100 100
Zählrate ... ... ... ...
effektive Zählrate ... ... ... ...
Nicht vergessen: Zur Ermittlung der effektiven Zählrate muss die Nullrate
berücksichtigt werden.
Messergebnisse:
Messzeit: 100 s
effektiver Abstand 3 5 7 9
Impulszahl 2380,5 955,2 504,0 296,9
Zählrate 23,8 9,55 5,04 2,97
effektive Zählrate 23,62 9,37 4,86 2,79
Impulszahl
2500
2000
1500
1000
500
0
0 2 4 6 8 10
Abstand
Das Abstandsgesetz ist indirekt proportional zu r 2 , hier aber vermisst man diese
Tatsache. Der Grund liegt darin, dass das Präparat ja nicht in alle Richtungen gleich
stark strahlen kann, da es in den Stift eingeschlossen ist.
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
Schüler/innen sollten nach diesem Versuch folgende Aussage treffen können: Je
größer die Entfernung zu einer Strahlenquelle ist, desto geringer ist die
Strahlenbelastung.
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d) Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle
Hier misst man die Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Winkel. Die Messdauer
sollte auf man 100 s einstellen. Effektiver Abstand: 5 cm
Winkel +45° +30° +15° 0° -15° -30° -45°
Zählrate .... .... .... .... .... .... ....
effektive Zählrate .... .... .... .... .... .... ....
relative Zählrate .... .... .... 100% .... .... ....
Die relative Zählrate ergibt sich aus Division der effektiven Zählrate durch die größte
Zählrate und Multiplikation mit 100.
Klarerweise wird sich die maximale Zählrate bei 0° befinden.
Messwerte:
Winkel +45° +30° +15° 0° -15° -30° -45°
Impulszahl 160 172 299 867 305 140 147
effektive Zählrate 1,42 1,54 2,81 8,49 2,87 1,22 1,29
relative Zählrate(%) 16,73 18,14 33,10 100% 33,80 14,3715,19
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Den Schülern sollten hier folgende
Tatsachen bewusst werden:
Obwohl das radioaktive Material am stärksten in die offensichtliche Richtung strahlt,
bleiben die anderen Richtungen nicht verschont. Wenn das Präparat nicht bewusst in
den Stahlstift, in der vorderen sichtbaren Vertiefung eingebettet sein würde, wäre die
Messungen für die diversen Winkel gleich groß (wenn man statistische Fehler mit
einbezieht).
Einen solchen Versuch in der Unterstufe durchzuführen halte ich für sinnlos. Man
sollte die Schüler nicht mit Wissen und insbesondere spezifischen Wissen, wie es
hier der Fall ist, überfordern.
10

e) Ablenkung im Magnetfeld
Messzeit: 100s
effektiver Abstand: 4cm
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Radioaktive Strahlung wird beim
Durchgang durch ein Magnetfeld
abgelenkt. Gamma-Strahlen
werden in einem Magnetfeld nicht,
die Alpha-Stahlen in eine und die
Beta-Strahlen in die
entgegengesetzte Richtung
abgelenkt.
Nordpol über Südpol
Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45°
Zählrate .... .... .... .... .... .... ....
effektive Zählrate .... .... .... .... .... .... ....
Die gleiche Messung sollte zum Vergleich mit umgedrehtem Magneten (Südpol über
Nordpol) erfolgen.
Messwerte:
Nordpol über Südpol
Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45°
Impulszahl 117 103 91 121 110 317 411
effektive Zählrate 0,99 0,85 0,73 1,03 0,92 2,99 3,93
Südpol über Nordpol
Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45°
Impulszahl 421 305 114 130 88 99 105
effektive Zählrate 4,03 2,87 0,96 1,12 0,7 0,81 0,87

Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
Die Schüler/innen sollten nach diesem Versuch die experimentelle Bestätigung der
Ablenkung der Alpha- und Beta-Teilchen erhalten.
Die Schüler/innen sollten vor diesem Versuch die Thematik „Magnet“ beherrschen.
Zum Verständnis dieses Experimentes ist die Wirkung eines Magneten auf geladene
Teilchen unerlässlich. Da aber die Magnetostatik auch in der 4.Klasse Unterstufe
behandelt wird, sollte man darauf achten, dass die Reihenfolge lt. Lehrplan auch
eingehalten wird.
Ich würde diesen Versuch (so wie obigen) in der Unterstufe nicht durchführen, da es
meiner Ansicht nach über das Ziel hinausgeht.
Wenn man jedoch unbedingt diesen Versuch durchführen will sollte jedoch darauf
achten den Versuch „Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle“ und den
Versuch „Ablenkung im Magnetfeld“ zu koppeln.
Man kann die Zählrate bei den verschiedenen Winkeln einmal mit (Versuch1) und
einmal ohne Magnetfeld (Versuch 2) ermitteln und wird dann darauf kommen, dass
sich die Zählrate bei einigen Winkeleinstellungen deutlich erhöht, also ein Beweis für
die Ablenkung der Strahlen. Hierbei ist es wichtig den effektiven Abstand nicht zu
ändern.
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f) Abschwächung von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlung
*) Abschwächung von Alphastrahlen
Versuch wird wie unten dargestellt aufgebaut. Zuerst wird ohne Absorber gemessen.
Nachher misst man mit Absorber erneut die Zählrate. Nun vergleicht man beide
Ergebnisse. Man kann davon ausgehen, dass hier lediglich die Alpha-Teilchen
absorbiert worden sind.
Die Messzeit beträgt 100s und der Abstand sollte nur einen Zenitmeter haben, da die
Alpha-Teilchen nur wenige Zentimeter Reichweite besitzen.
Material Luft Karton
Impulszahl .... ....
effektive ZR .... ....
*) Abschwächung von Gamma-Strahlen
Der Versuchsaufbau ist unterhalb ersichtlich (Abbildung 2). Das Magnetfeld bewirkt
eine Ablenkung der Beta-Strahlen, sodass diese das Ergebnis nicht beeinflussen
können. Zuerst misst man ohne Absorber. Nachher kann man diverse Platten wie
Blei-, Plexiglas-, Aluminium- und Eisenplatten vor das Zählrohr geben und die
Zählrate bestimmen. Somit hat man die Möglichkeit die einzelnen Materialen in
Hinblick auf ihre Durchlässigkeit der Gammastrahlen zu bewerten.
Material Luft Plexiglas Aluminium Eisen Blei
Impulszahl .... .... .... .... ....
effektive ZR .... .... .... .... ....
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*) Abschwächung der Betastrahlung
Die Messanordnung sieht ähnlich aus wie die bei Abschwächung der
Gammastrahlung (Abbildung 2), nur wird hier das Magnetfeld entfernt. Jetzt wird aber
eine Mischstrahlung mit Beta- und Gammaanteil gemessen. Daher muss der in
obigen Versuch ermittelte Gammaanteil subtrahiert werden. Natürlich muss hierbei
der Abstand gleich bleiben, da ansonst die Subtraktion nicht machbar wäre.
Material Luft Plexiglas Aluminium Eisen Blei
Impulszahl .... .... .... .... ....
effektive ZR .... .... .... .... ....
ZR von β .... .... .... .... ....
Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht:
Obwohl die Versuche inhaltlich einfacher Natur sind, stell ich mir diese für eine/n 14
jährige/n Schüler/innen doch sehr kompliziert vor. Und da wie ich oben schon
angedeutet habe eine quantitative Auswertung nicht für zweckmäßig halte, sehe ich
auch in diesem Versuch nur einen demonstrativen Sinn.
Die Schüler/innen sollen nach diesem Versuch die Theorie bestätigt bekommen, wie
die einzelnen Strahlungsarten abgeschwächt werden können.
Alternative Messung:
Um die Einfachheit zu gewährleisten kann man, die verschiedenen
Strahlungsabschwächungen zu einem Versuch zusammenfassen, indem man
lediglich untersucht wie viel Strahlung durch x mm Blei hindurchdringen, unabhängig
von der Strahlungsart. Effektive Abstand: 5cm. Messzeit: 100s
Impulszahl mittlere Impulszahl effektive Zählrate
ohne Blei: 1200; 1176; 1229; 1202 11,84
1 mm Blei: 176; 181; 173; 177 1,59
3 mm Blei: 140; 141; 143; 141 7,83
5 mm Blei: 132; 106; 116; 127; 120 1,02
8 mm Blei: 99; 94; 105; 99 0,81
10 mm Blei: 80; 74; 100; 85; 85 0,67
15 mm Blei: 64; 69; 68; 67 0,49
Impulszahl
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 5 10 15 20
Bleistärke (mm)
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4) ALLGEMEINE BEMERKUNGEN
• Allgemein bin ich skeptisch gegenüber dem Einsatz obiger Versuche im
Unterricht. Einerseits benötigen die Versuche sehr viel Zeit, andererseits kann
man keine tiefgreifenden Versuchsergebnisse erwarten. Gerade in der Unterstufe,
wo ein grossteil der quantitativen Ergebnisse wegfallen, finde ich die Versuche
nicht angebracht. Lediglich die Nullrate und die Zählrate finde ich für die
Unterstufe geeignet.
• Die Bestimmung der Zählrate finde ich hingegen sehr brauchbar. Wie schon oben
erwähnt besteht hier die Möglichkeit, an einem einfachen Versuch die Statistische
Physik, eines der wichtigsten Kapitel der modernen Physik, zu besprechen. Ohne
unzählige Definitionen neu einführen zu müssen, können hier die einzelnen
Messergebnisse statistisch interpretiert werden.
• Die „Tabellen“ die ich vorgefertigt habe, sind nicht nur für die quantitative
Auswertung sondern auch für die qualitative Auswertung wichtig. Z.B. muss ich ja
wissen wie groß die effektiven Zählraten bei der Abschwächung der
Gammastrahlen sind um analysieren zu können, welches Material am besten
dafür geeignet ist.
Literaturverzeichnis:
• Paul A. Tipler, „Physik“, Spektrum
• ÖKT, „Versuche zur Radioaktivität“, Marzy und Rost
• Ludick, Dopler, „Begegnung mit der Physik 4“
• Fürnstahl, Wolfbauer, „Physik heute 4“
• Paill, Schmut, Wahlmüller, „Physik4“
5) GRUPPENARBEIT/ARBEITSBLATT
Man kann auch die Möglichkeit einer Gruppenarbeit in Betracht ziehen:
Die unten angeführten Arbeitsblätter sollten von einer Schülergruppe (3-5 Personen)
ausgearbeitet werden. Bei einer Klasse mit 25 Schülern ergäbe dies eine
Gruppenanzahl von 5 Stück. Also bräuchte man hier auch 5 Zählrohre und 5
radioaktive Präparate.
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1. Nullrate
Messzeit: 1000 s.
Arbeitsblatt Radioaktivität
Impulszahl: Nullrate:
Erkläre warum wir 1000 s als Messzeit heranziehen statt 100 s:
2. Zählrate bei verschiedenen Abständen:
Ermittle den die Impulszahl, Zählrate und effektive Zählrate bei einem Abstand
Quelle - Zählrohr von 3,5,7,9,11 cm:
Messzeit: 100s.
Abstand (cm) 3 5 7 9 11
Impulszahl
Zählrate
Nullrate
effektive Zählrate
Vergleicht eure Werte mit den der anderen Gruppe. Warum unterscheiden sich die
Werte:
Zeichne nun ein Diagramm (Abstand zu Impulszahl):
(Überlege dir ein passenden Maßstab)
Erkläre nun mit eigenen Worten, was dir am Diagramm auffällt:
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3. Abschwächung der Strahlen
Ermittle die Impulszahl, Zählrate und effektive Zählrate bei verschieden dicken
Bleiplatten:
Abstand: 5 cm. Messzeit: 100s
Bleidicke 1mm 3 mm 5 mm 8 mm 10 mm 15mm
Impulszahl
Zählrate
Nullrate
effekt. Zählrate
Zeichne nun ein Diagramm (Bleidicke zu Impulszahl):
Nimm für den Abstand 0 mm den richtigen Wert vom Punkt 2.
(Überlege dir ein passenden Maßstab)
Erkläre nun mit eigenen Worten, was dir am Diagramm auffällt:
Was für eine Strahlung haben wir analysiert?
Welche Strahlungsarten gibt es und bei welchen Schichten sinkt die
Strahlungsenergie jeweils auf die Hälfte (Schulbuch !):
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