Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer
Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer Bau einer kontinuierlich betriebenen Diffusionsnebelkammer
Abbildung 3.5: Zerfallbilder in Abwesenheit eines radioaktiven Präparates α-Teilchen aus der kosmischen Strahlung tragen auch nur wenig zur Ereignisrate bei. Der hadronische Anteil der Strahlung liegt im Gegensatz zu dem von Myonen (80%) bei nur 1% der geladenen Komponente. Damit kann die Rate für α-Teilchen aus der Gesamtrate für Myonen von 200 m −2 s −1 mit 2, 5 m −2 s −1 geschätzt werden. Auf die Kammerfläche von 0, 09 m 2 umgerechnet, ergibt das eine Gesamtereignisrate 0, 225 s −1 . Bei einer stark geneigten Einfallsrichtung, wie die Spuren nachher gezählt werden, kommt nur ein Bruchteil davon in der Kammer an. Er kann durch Skalierung der Gesamtrate mit dem Faktor cos 2 (80 ◦ ), der für Myonenintensitäten unter Neigungen zur Vertikalen angegeben wird, durch 0, 0068 s −1 abgeschätzt werden. Als Quelle von α-Spuren in der Kammer bleibt noch das gasförmige, radioaktive Radon ( 218 Rn, 219 Rn, 220 Rn, 222 Rn). Aufgrund seines Aggregatzustandes kann es ins Kammerinnere gelangen und dort die entsprechende Zerfallsreihe fortsetzen. Dafür sprechen auch die öfter vorkommenden Spuren von fast gleichzeitig auftretenden und aus einem Punkt stammenden α-Teilchen, die in Abbildung 3.5 dargestellt werden. Nach Angaben des Bundesamtes für Strahlenschutz [20] zerfallen in Wohnräumen 50 − 70 Radonatome pro Sekunde in einem Kubikmeter Luft. Da im folgenden Experiment die Spuren in horizontaler Projektion gezählt werden, muss diese Größe auf das effektive Volumen 0, 3 m×0, 3 m×1 cm = 9·10 −4 m 3 skaliert werden. Das ergibt die Rate für Rn-Zerfälle 0, 045 − 0, 063 Bq. Wenn man in den natürlichen Zerfallsreihen die Pfade für Radon verfolgt, erkennt man, dass nach einem Rn-Zerfall innerhalb der mit der Messzeit von 30 min verträglichen Zeit zwei weitere α-Teilchen emittiert werden. Die Ereignisse sind in der Zusammenstellung farblich hervorgehoben. Somit ergibt sich ein 43
weiterer Skalierungsfaktor 3 und die gesamte Ereignisrate für Produktion von sichtbaren α-Spuren infolge von Rn-Zerfällen in der Kammer 0, 135 − 0, 189 s −1 . Um experimentelle Daten zu dieser Ereignisrate zu erhalten, wurden die intensiven α-Spuren in horizontaler Projektion bei positiver Hochspannung +2 kV am Rahmen im Laufe von 30 min gezählt. Dabei wurde notiert, ob die Spuren möglicherweise in einem Zerfall innerhalb der Kammer produziert wurden, d.h. ob sie vermutlich aus einem Punkt fast gleichzeitig auftreten. In diesem Vorgehen wurden folgende Daten 29 gesammelt: 24.04.2008: im Praktikumsraum (6. OG): Zahl der Ereignisse: 269 ⇒ 0, 149 s −1 davon aus einem Punkt: 16 ⇒ 5, 95 % vermutlich aus einem Zerfall: 17 ⇒ 6, 32 % 2. UG (am ”radioaktiven Kontrollbereich”): Zahl der Ereignisse: 281 ⇒ 0, 156 s −1 davon aus einem Punkt: 42 ⇒ 14, 95 % vermutlich aus einem Zerfall: 36 ⇒ 12, 81 % 1. UG (im Gang): Zahl der Ereignisse: 351 ⇒ 0, 195 s −1 davon aus einem Punkt: 47 ⇒ 13, 39 % vermutlich aus einem Zerfall: 39 ⇒ 11, 11 % 25.04.2008: auf dem Balkon (6. OG): Zahl der Ereignisse: 261 ⇒ 0, 145 s −1 davon aus einem Punkt: 36 ⇒ 13, 79 % vermutlich aus einem Zerfall: 20 ⇒ 7, 66 % im Praktikumsraum (6. OG): Zahl der Ereignisse: 255 ⇒ 0, 142 s −1 davon aus einem Punkt: 44 ⇒ 17, 25 % vermutlich aus einem Zerfall: 34 ⇒ 13, 33 % Behandelt man die Daten als Statistiken von Zerfällen, so kann man die Poissonverteilung bei Zahlen dieser Größenordnung (über 200 Ereignisse) durch eine Gaußverteilung annähern und die statistischen Fehler der Messdaten durch das Ziehen der quadratischen Wurzel daraus berechnen. Somit liegen 29 Die Daten wurden unter folgenden Einstellungen gewonnen: Kühlaggregat: −30 ◦ C, Rinnenheizung: IR ≈ 1 A, UR ≈ 10 V, Hochspannung: +2 kV, Haubenheizung: IH = 0, 80 A, UH = 25, 5 V. 44
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weiterer Skalierungsfaktor 3 und die gesamte Ereignisrate für Produktion<br />
von sichtbaren α-Spuren infolge von Rn-Zerfällen in der Kammer 0, 135 −<br />
0, 189 s −1 .<br />
Um experimentelle Daten zu dieser Ereignisrate zu erhalten, wurden die<br />
intensiven α-Spuren in horizontaler Projektion bei positiver Hochspannung<br />
+2 kV am Rahmen im Laufe von 30 min gezählt. Dabei wurde notiert, ob<br />
die Spuren möglicherweise in einem Zerfall innerhalb der Kammer produziert<br />
wurden, d.h. ob sie vermutlich aus einem Punkt fast gleichzeitig auftreten.<br />
In diesem Vorgehen wurden folgende Daten 29 gesammelt:<br />
24.04.2008:<br />
im Praktikumsraum (6. OG):<br />
Zahl der Ereignisse: 269 ⇒ 0, 149 s −1<br />
davon aus einem Punkt: 16 ⇒ 5, 95 %<br />
vermutlich aus einem Zerfall: 17 ⇒ 6, 32 %<br />
2. UG (am ”radioaktiven Kontrollbereich”):<br />
Zahl der Ereignisse: 281 ⇒ 0, 156 s −1<br />
davon aus einem Punkt: 42 ⇒ 14, 95 %<br />
vermutlich aus einem Zerfall: 36 ⇒ 12, 81 %<br />
1. UG (im Gang):<br />
Zahl der Ereignisse: 351 ⇒ 0, 195 s −1<br />
davon aus einem Punkt: 47 ⇒ 13, 39 %<br />
vermutlich aus einem Zerfall: 39 ⇒ 11, 11 %<br />
25.04.2008:<br />
auf dem Balkon (6. OG):<br />
Zahl der Ereignisse: 261 ⇒ 0, 145 s −1<br />
davon aus einem Punkt: 36 ⇒ 13, 79 %<br />
vermutlich aus einem Zerfall: 20 ⇒ 7, 66 %<br />
im Praktikumsraum (6. OG):<br />
Zahl der Ereignisse: 255 ⇒ 0, 142 s −1<br />
davon aus einem Punkt: 44 ⇒ 17, 25 %<br />
vermutlich aus einem Zerfall: 34 ⇒ 13, 33 %<br />
Behandelt man die Daten als Statistiken von Zerfällen, so kann man die Poissonverteilung<br />
bei Zahlen dieser Größenordnung (über 200 Ereignisse) durch<br />
eine Gaußverteilung annähern und die statistischen Fehler der Messdaten<br />
durch das Ziehen der quadratischen Wurzel daraus berechnen. Somit liegen<br />
29 Die Daten wurden unter folgenden Einstellungen gewonnen:<br />
Kühlaggregat: −30 ◦ C, Rinnenheizung: IR ≈ 1 A, UR ≈ 10 V,<br />
Hochspannung: +2 kV, Haubenheizung: IH = 0, 80 A, UH = 25, 5 V.<br />
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