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Aufgabe

Nachweis radioaktiver Strahlung (Abitur BY 2011 GK A4-1)

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Die Strahlung radioaktiver Präparate kann in einer Nebelkammer nachgewiesen werden. Die Abbildungen zeigen zwei typische Nebelkammeraufnahmen.

a)Geben Sie für beide Präparate die Art der Strahlung sowie ihre aus dem Nebelkammerbild erkennbaren Eigenschaften an. Begründen Sie Ihre Antworten. (7 BE)

b)Fertigen Sie eine Skizze an, aus der der Aufbau eines Geiger-Müller-Zählrohrs hervorgeht. Erklären Sie kurz das Funktionsprinzip. (6 BE)

c)Erläutern Sie einen Vorteil und einen Nachteil des Geiger-Müller-Zählrohrs gegenüber der Nebelkammer bei der Untersuchung radioaktiver Präparate. (4 BE)

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Kultusministeriums.

a)Das Präparat 1 sendet α-Strahlung aus. Aus dem Bild lassen sich folgende Eigenschaften ableiten:

  • Gruppen gleichlanger Spuren → Die α-Strahlung besitzt ein diskretes Energiespektrum.
  • Keine Spuren nach dem Papier → Die α-Strahlung lässt sich bereits durch relativ dünnes Papier abschirmen.
  • Relativ dicke Spuren → Die α-Strahlung besitzt eine relativ hohe spezifische Ionisationsfähigkeit.

Bei Präparat 2 handelt es sich um einen ß--Strahler. Aus dem Bild lassen sich folgende Eigenschaften ableiten:

  • Relativ gute Ablenkbarkeit in einem Magnetfeld → Die Teilchen besitzen eine hohe spezifische Ladung. Aus der Ablenkrichtung kann geschlossen werden, dass es sich um negativ geladene Teilchen handelt.
  • Dünne Spuren in der Nebelkammer → kleinere spezifische Ionisationfähigkeit als bei α-Strahlung. Bei gleicher kinetischer Energie längere Spuren.
  • Unterschiedliche Krümmungsradien im homogenen Magnetfeld → kontinuierliches Energiespektrum.
  • Durchdringt Papier, nicht jedoch Blei.

b)Ein Quant der radioaktiven Strahlung erzeugt im Füllgas des Zählrohrs ein Elektron-Ion-Paar. Das Elektron erzeugt im starken elektrischen Feld um den Zähldraht eine Elektronenlawine. Im äußeren Stromkreis kommt es zu einem Stromimpuls, der sich am hohen Widerstand R in einem Spannungsimpuls äußert, welcher mit einem Zähler registriert wird.

c)Vorteile:

  • Das Zählrohr ist gegenüber einer einfachen Nebelkammer (nicht kontinuierlich) nahezu ständig zählbereit (ausgenommen die Perioden der Totzeit).
  • Mit dem Zählrohr ist eine Aktivitätsmessung möglich.

Nachteile:

  • Das räumliche Auflösungsvermögen des Zählrohrs ist nicht so gut wie das der Nebelkammer.
  • Eine saubere Unterscheidung der Teilchenarten ist nicht möglich.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Kern-/Teilchenphysik

Radioaktivität - Einführung