LK Physik 13 Kernphysik - am Werdenfels-Gymnasium

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Kapitel 2 Radioaktive Strahlung 2.1 Identifizierung der radioaktiven Strahlen Nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen (1895) wurde in- tensiv nach ähnlichen Strahlen gesucht. Bequerel entdeckte 1896, dass von allen Uranverbindungen eine Strahlung aus- geht, die Fotoplatten schwärzt und die Leitfähigkeit der Luft vergrößert ( Uranstrahlen“). Marie und Pierre Curie ent- ” decken 1898 nach aufwendigen ExperimentenPSfrag die Elemente replacements Polonium und Radium als Quellen radioaktiver Strahlung. Rutherford untersucht 1899 die Ablenkung der radioaktiven Strahlen in Magnetfeldern und teilt die Strahlung in drei Komponenten ein: α-Strahlung : positive Teilchen β-Strahlung : negative Teilchen γ-Strahlung : neutrale Teilchen B α γ Präparat Abb.2.1.1 Strahlungsarten Von 1901 bis 1909 bestimmten Kaufmann und Bucherer die spezifische Ladung der Teilchen der β-Strahlung und identifizierten sie als Elektronen. Rutherford und Royds wiesen 1908 nach, dass die α-Teilchen He ++ -Ionen sind (chemischer Nachweis). In späteren Arbeiten wurde die γ-Strahlung als energiereiche elektromagnetische Strahlung identifiziert (direkte Messung der Geschwindigkeit, Fotoeffekt, Comptoneffekt). α-Strahlung : 4 He-Kerne (α-Teilchen), q = 2 e, m ≈ 4 u β-Strahlung : Elektronen γ-Strahlung : Photonen Methoden zur Energiemessung an radioaktiven Strahlen: Ablenkung im Magnetfeld : für α- und β-Strahlung Halbleiterzähler : für α-, β- und γ-Strahlung Proportionalzähler : für α-, β- und γ-Strahlung Szintillationszähler : für β- und γ-Strahlung <strong>13</strong> β
frag replacements KAPITEL 2. RADIOAKTIVE STRAHLUNG 14 Intensität PSfrag replacements Intensität Wmax Abb.2.1.2 α-Spektrum W ≈ 1 Wmax 3 Wmax Abb.2.1.3 β-Spektrum PSfrag replacements W Intensität Wmax Abb.2.1.4 γ-Spektrum Energiemessungen an radioaktiven Strahlen zeigen, dass die α- und γ-Energien diskret sind, die Elektronenenergien der β-Strahlung eines radioaktiven Elementes aber kontinuierlich zwischen Null und einer Maximalenergie Wmax verteilt sind. 2.2 Durchgang von Strahlung durch Materie 2.2.1 γ-Strahlung In guter Näherung gilt für die Intensität I von γ-Strahlung beim Durchgang durch Materie das L<strong>am</strong>bert’sche Gesetz Die Halbwertsdicke d 1 2 woraus folgt. 2.2.2 Geladene Teilchen Für das Bremsvermögen ist definiert durch B = − dW dx I −α x I = I0 · e d 1 2 d 1 2 = ln 2 W (2.2.1) = 1 2 · I0 , (2.2.2) α (2.2.3) = Energieverlust pro Wegstrecke (2.2.4) (dW ist negativ!) von Teilchen der Ladung q = z e und der Geschwindigkeit v = β c in einem Material mit der Atomdichte N (Zahl der Atome pro Volumen) und der Ordnungszahl Z gaben Bethe (1930) und Bloch (1933) folgende Formel an: B = − dW dx = N Z · z 2 e 4 4 π ε 2 0 m v2 · 2 m v ln 2 WI(1 − β2 − β2 ) (2.2.5) Dabei ist WI die mittlere Ionisierungsenergie pro Atom (WI ≈ 11, 5 eV ·Z) und m die Ruhmasse des Elektrons (die Teilchenmasse geht in die Formel nicht ein). (2.2.5) gilt nur für schwere Teilchen wie Protonen oder α-Teilchen. Für Elektronen liegen die Verhältnisse viel komplizierter, unter anderem wegen der auftretenden Bremsstrahlung. Für verschiedene Energiebereiche gibt es bei Elektronen verschiedene Formeln. Die Abbildungen 2.2.1 bis 2.2.3 zeigen Beispiele für die Energieabhängigkeit des Bremsvermögens.
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