Das β-Spektrometer — Messung der kontinuierlichen ...

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Versuch 27 - β-Spektrometer Seite 4Abb. 2: Zerfallsschemata von 90 Sr und 22 Na.2.2 Das Geiger-Müller-ZählrohrFür Strahlung radioaktiver Stoffe hat der Mensch kein Sinnesorgan, deshalb ist er daraufangewiesen, sie indirekt durch physikalische Effekte zu beobachten [4]. Das bekanntesteGerät zur Messung radioaktiver Strahlung ist das Geiger-Müller-Zählrohr.Ein GM-Zählrohr ist ein Kondensator, bestehend aus einem zylindrischen Metallgehäuseund einem dünnen Draht, der entlang der Achse des Zylinders angeordnet ist.Er wird über einen 10 MΩ-Widerstand nach außen geführt und mit dem positiven Polder Spannungsquelle verbunden. Der negative Pol liegt am Gehäuse an. An der Stirnseitebefindet sich ein dünnwandiges Glimmerfenster, durch das die zu messende Strahlungeintritt. Im luftdicht abgeschlossenen Rohr befindet sich ein Neon-Argon-Gemisch,das neben der Vervielfachung von Elektronen-Ionen-Paare auch für die Löschung vonNachentladungen verantwortlich ist.Zum Betrieb des Zählrohrs wird der Zähldraht gegen das geerdete Gehäuse mit etwa500 V Spannung positiv geladen. Tritt ein β-Teilchen in das Zählrohr ein, so wird dasGas durch Stöße längs der Teilchenbahn ionisiert. Die dabei freigesetzten Elektronenwerden aufgrund der elektrischen Feldkraft zum Zähldraht, wo die Feldstärke am größtenist, beschleunigt. Sie gewinnen auf ihrem Weg zur Elektrode genügend kinetischeEnergie um weitere Edelgasatome zu ionisieren. Die Zahl der Ladungsträger vermehrtsich in Drahtnähe lawinenartig. Die gebildeten Elektronen werden wegen ihrer großenMobilität schnell zum positiven Draht hingezogen. Während die Elektronen in etwa10 −8 s abgesaugt werden, baut sich um den Zähldraht eine Raumladungswolke ausden trägen positiven Ionen auf, die „langsam“ (in etwa 10 −4 s) zur negativ geladenenZählrohrwand wandert [5].88
Versuch 27 - β-Spektrometer Seite 5Abb. 3: Prinzipschaltung eines Zählrohrs.Durch Influenz der Ionenbewegung entsteht ein Stromimpuls, der seinerseits an demHochohmwiderstand in einen Spannungsimpuls umgesetzt und über einen Entkopplungskondensatoran einen Verstärker mit nachgeschaltetem Zähler übertragen wird.Dieser Ionenschlauch wirkt als virtuelle Anode, so dass das Gebiet um den Drahtkurzzeitig feldfrei wird. Während dieser sog. Totzeit t tot kann vom Zählrohr keinneues Teilchen registriert werden.GM-Zählrohre arbeiten im sog. Auslösebereich, in dem jedes einfallende Teilchen,unabhängig von seiner Energie, stets einen gleich großen Entladungsstoß verursacht.Allerdings erfordert jeder Zählvorgang eine gewisse endliche Zeit t tot , so dass bei einerschnellen Impulsfolge grundsätzlich zu wenig Ereignisse gezählt werden. Die Methodezur Bestimmung der Totzeit mittels zweier radioaktiver Präparate, kann in [1]nachgelesen werden.2.3 Das β-SpektrometerMit einem β-Spektrometer kann das kontinuierliche Spektrum der beim β-Zerfallemittierten Elektronen bzw. Positronen aufgenommen werden.Es besteht aus einer zylindrischen Flachkammer, auf deren Boden ein System ausBlenden angebracht ist (Abb. 4). In der Kammerwand befinden sich zwei größereBohrungen, die für das radioaktive Präparat und das GM-Zählrohr vorgesehen sind.Das β-Spektrometer wird senkrecht von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt,welches durch einen Aufbau-Elektromagneten erzeugt wird. Mit Hilfe einer schmalenHallsonde kann die Magnetfeldstärke im Inneren der Kammer gemessen werden.89
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WISSENSCHAFTLICHE ARBEITFÜR DAS ST
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6. Zusammenfassung und Ausblick 95A
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2. Physikalische Grundlagen2.1. Die
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2.3 Der β-ZerfallDer Kehrwert der
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2.3 Der β-Zerfall2.3.2. Zerfallspr
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2 Physikalische Grundlagenβ + -Zer
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2 Physikalische GrundlagenAbb. 2.8.
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2 Physikalische GrundlagenVor dem Z
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2 Physikalische GrundlagenFormt man
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2 Physikalische GrundlagenAbb. 2.14
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3 Das β-Spektrometer3.1.3. Physika
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3 Das β-Spektrometer3.1.4. Energie
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3 Das β-Spektrometer3.2. Vorbereit
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