Das β-Spektrometer — Messung der kontinuierlichen ...

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3 Das β-SpektrometerDas Geiger-Müller-ZählrohrUm die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit zu registrieren, verwendet man ein GM-Zählrohr in Verbindung mit einem Digitalzähler. Zum Anschluss des Zählrohrs ist eineBNC-Buchse am Gerät über ein BNC-Kabel vorgesehen. An der Buchse liegt die zumBetrieb erforderliche Gleichspannung von 500 V an. Dieser Arbeitspunkt ist bereits festeingestellt, so dass das Zählrohr im Auslösebereich arbeitet. Am Digitalzähler kannmit einem Stufenschalter die Messzeit gewählt werden. Nachdem der Zählvorgang mitSTART/STOP gestartet wurde, endet die Messung nach Ablauf der ausgewähltenMesszeit. Beim Einsetzen des Zählrohrs, sowie der radioaktiven Präparate in die entsprechendenBohrungen der Blendenkammer ist keinerlei Justierung erforderlich.In Abb. 3.4 ist der fertige Aufbau des Versuchs mit allen verwendeten Geräten dargestellt.Die Geräte, bis auf das Netzgerät, Mikrovoltmeter und Hallsonde (Firma ELWELehrgerätebau GmbH Klingenthal) wurden über die Firma PHYWE Systeme GmbH& Co. KG Göttingen erworben.Abb. 3.4.: Foto der Versuchsanordnung zur β-Spektroskopie. Die Blendenkammer ist in der Mitteals schwarzer Flachzylinder zu sehen. In ihren Bohrungen befinden sich das radioaktivePräparat (blauer „Stift“), das Zählrohr mit Digitalzähler (rechts) und die Hallsonde(hinten) in Verbindung mit dem Mikrovoltmeter.30
3.1 Grundsätzliches zum Versuch3.1.2. Die radioaktiven PräparateFür die Aufnahme der kontinuierlichen β-Spektren werden die Präparate Strontium-90 (β − -Strahler) und Natrium-22 (β + -Strahler) verwendet. Beide Quellen besitzeneine Aktivität von 74 kBq und sind nach der aktuellen Strahlenschutzverordnungbauartzugelassen.Abb. 3.5.: Zerfallsschemata von 90 Sr und 22 Na. Die Zahlenwerte wurden aus [23] entnommen.Strontium-90Als Beispiel für einen β − -Zerfall wurde das langlebige Isotop 90 Sr ausgewählt. Eszerfällt mit einer Halbwertszeit von 28,7 Jahren zu Yttrium 90 Y, welches sich ebenfallsüber einen β − -Zerfall mit einer Halbwertszeit von 64,1 Stunden in das stabile NuklidZirconium 90 Zr umwandelt. Es entsteht ein überlagertes Mischspektrum, bei dem dasβ-strahlende 90 Sr durch das 90 Y, dessen Zerfallsenergie ca. viermal so hoch ist, verstärktwird. Die wahrscheinlichste Energie E w enthält somit keine gehaltvolle Information.Die emittierten Elektronen von 90 Sr besitzen eine maximale Energie E max von 546 keV,wohingegen die schnellsten Elektronen von 90 Y eine Energie von 2282 keV aufweisen.Natrium-22Das Isotop 22 Na zerfällt mit einer Wahrscheinlichkeit von nahezu 100% durch β-Umwandlung in den angeregten Kernzustand von Neon 22 Ne ∗ . Die Halbwertszeit derUmwandlung beträgt 2,6 Jahre. Dabei tritt der zu untersuchende β + -Zerfall mit einerWahrscheinlichkeit von 90,49% auf, wobei die emittierten Positronen eine maximaleEnergie von 546 keV besitzen. Mit einem Prozentsatz von 9,46% wandelt sich 22 Naunter Elektroneneinfang um, wobei dieser Prozess nicht registriert wird. Der angeregteZustand 22 Ne ∗ geht durch Emission eines γ-Quants der Energie 1275 keV in den stabilenGrundzustand über.31
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