Kern-/Teilchenphysik

Radioaktivität - Einführung

Kontinuierliche Nebelkammer

  • Gibt es verschiedene Arten ionisierender Strahlung?
  • Welche Eigenschaften hat ionisierende Strahlung?
  • Warum ist ionisierende Strahlung so gefährlich?
  • Kann man sich gegen ionisierende Strahlung schützen?

Kontinuierliche Nebelkammer

Aufbau und Funktionsweise

Prinzipieller Aufbau einer kontinuierlichen Nebelkammer
Abb.
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Prinzipieller Aufbau einer kontinuierlichen Nebelkammer

In einer kontinuierlichen Nebelkammer wird eine geschichtete Alkoholatmosphäre erzeugt, indem die Kammer oben erwärmt und unten gekühlt wird. So entsteht im Zwischenraum übersättigter Alkoholdampf. Der übersättigte Dampf kondensiert, sobald sich ein Kondensationskeim hierfür findet. Diese Rolle übernehmen Teilchen, die durch auf die Nebelkammer treffende Strahlung ionisiert wurden. Jeder Ionisation führt sofort zur Nebelbildung führt. Damit die Nebeltröpfchen nicht zu einer dichten, gleichmäßigen Schicht werden, liegt zwischen einem Metallgitter unterhalb der Glasplatte, welches auch als Heizung dient, und dem Boden eine Spannung an. Diese Spannung erzeugt ein E-Feld in der Nebelkammer und saugt die geladenen Nebeltröpfchen nach oben oder unten ab.

Typischerweise wird eine solche kontinuierliche Nebelkammer genutzt, um ionisierende kosmische Strahlung nachzuweisen. Die stets vorhandene kosmische Strahlung führt laufend zur Erzeugung energiereicher ionisierender Strahlen, die in der Kammer sichtbar werden.

Einsatz und Aufbau in der Schule

Der Aufbau einer kontinuierlichen Nebelkammer ist etwas aufwendiger und benötigt u.a. einen Wasseranschluss. Zusätzlich wird hier i.d.R. ein radioaktives Präparat an die Nebelkammer gehalten, um die vom Präparat ausgehende ionisierende Strahlung sichtbar zu machen. Dabei kann unterhalb der Nebelkammer ein Magnet positioniert werden, um geladene Teilchen auf ihrer Bahn durch die Kammer abzulenken. Je nach Ablenkrichtung können so \(\alpha\)- und \(\beta\)-Teilchen unterschieden werden.

Aufbau einer kontinuierlichen Nebelkammer
Abb.
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Aufbau einer kontinuierlichen Nebelkammer

Durchführung

Für die Versuchsdurchführung im folgenden Video wurde ein Magnet von unten an die Kammer gehalten. Der Südpol des Magnetes zeigte dabei in die Kammer.

Strahlung in kontinuierlicher Nebelkammer

Abb. 3 Strahlung in einer kontinuierlichen Nebelkammer
Aufgabe

Bestimme anhand der Teilchenspuren in der Nebelkammer, ob es sich bei dem verwendeten radioaktiven Präparat um einen \(\alpha\)- oder \(\beta\)-Strahler handelt. 

Lösung

Die Lorentzkraft sorgt für die Ablenkung der geladenen Teilchen. Mithilfe der Drei-Finger-Regel folgt bei einem in die Nebelkammer hinein zeigenden Magnetfelde und einer Ablenkung nach rechts, dass die Teilchen, die die Spuren verursachen, negativ geladen sein müssen.
Das verwendete Präparat ist also ein \(\beta\)-Strahler.

Große kontinuierliche Demonstrationsnebelkammern

Teilchenspuren in einer kontinuierlichen Nebelkammer
Abb.
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Teilchenspuren in einer kontinuierlichen Nebelkammer

An Universitäten oder in Museen (z.B. dem Deutschen Museum in München) gibt es große, kontinuierliche Nebelkammern, an denen man die natürlich vorhandene ionisierende Strahlung, die bspw. aus dem Weltall zu uns gelangt, beobachten. Da verschiedene Teilchen- bzw. Strahlungsarten unterschiedliche Spuren in der Nebelkammer hinterlassen kann diese mit solchen Nebelkammern genauer untersucht und erforscht werden.

Solche großen Nebelkammern sind jedoch sehr teuer und kosten mehr als 20000 Euro. Daher sind sie in Schulen nicht zu finden.

Welche Spuren unterschiedliche Strahlungen in der Nebelkammer hinterlassen, kannst du im Artikel "Typische Nebelkammerspuren" sehen.

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