Post on 05-Apr-2015
Bei ionisierender Strahlung ist Messung nicht gleich Messung.
Man muss wissen, was man eigentlich misst oder messen will.
Die Aktivität einer radioaktiven Probe
oder
die Strahlenbelastung (=Dosisleistung) an einem Ort
oder
die Summe der bisher erhaltenen Strahlenbelastung (=Dosis).
Wie misst man Radioaktivität ?Die folgende Präsentation entspricht etwa dem Teilkapitel 14.4. aus dem Buch „Chemie erleben“ (Wawra/Dolznig/Müllner).
Da die Texte teilweise übereinander gelegt sind, muss man im Power-Point auf schalten, um alle Texte und Animationen sehen zu können.
Viel Vergnügen.Edgar Wawra
Bildschirm-Präsentationen
AutoradiographieDas ist die älteste Methode, mit der schon Henry Bequerel die Radioaktivität entdeckt hat.
Das Verfahren ist immer noch in Gebrauch, z.B. bei Chromatographie ...
Auf das fertige Chromatogramm wird ein Röntgenfilm aufgelegt, Schwärzung zeigt das Vorkommen von Radioaktivität.
... das geht auch bei Elektrophoresen ...
eine durchgeschnittene Maus
Man kann das mit sehr kleinen biologischen Strukturen machen, z.B. mit einzelnen Zellen, muss dann aber darauf achten, dass die Reichweite der Strahlen nicht größer ist, als das untersuchte Objekt.
... und bei biologischen Präparaten.
Die Impulshöhe ist proportional zur Energie der Strahlung !
Ionisierende Strahlung erzeugt innen Ionen, die zu den Elektroden wandern und so einen kurzen Strom verursachen.
... und schaltet noch ein Messgerät in den Stromkreis.
... zwischen beiden legt man Spannung an ...
Ein Rohr, in dem innen isoliert ein Draht steckt...
Proportionalitätszählrohr
Nachteil:Nachteil: die Impulse sind sehr schwach, man muss mit großem die Impulse sind sehr schwach, man muss mit großem Aufwand elektronisch verstärken.Aufwand elektronisch verstärken.
(~ Ionisationskammer)
Geiger-Müller-Zählrohr ... ist ähnlich aufgebaut, nur dass die angelegte Spannung sehr viel höher ist.
Daher werden die entstehenden Ionen stark beschleunigt, setzen ihrerseits weitere Ionen frei, die wieder stark beschleunigt werden ...
Die so gebildete „Ionenlawine“ verursacht einen Kurzschluss.
Damit erhält man deutliche Impulse und muss nicht aufwendig nachverstärken.
Nachteil:Nachteil:Jeder Impuls ist gleich Jeder Impuls ist gleich stark, es gibt keine stark, es gibt keine Information über die Information über die Energie der Strahlung.Energie der Strahlung.
Und man kann sogar einen Lautsprecher dranhängen, das gibt dann bei jedem Impuls das charakteristische „Ticken“ des Geigerzählers.
Geiger-Müller-Zählrohr
Da man keinen großen Verstärker braucht, kann man Geigerzähler klein und handlich bauen ...
... oder noch kleiner ...
... sogar ganz klein !
Geiger-Müller-ZählrohrMan kann so gut -Strahlung messen,
Wenn man aber eine Wand besonders dünn macht, können auch Elektronen durch.Mit solchen Mit solchen EndfensterEndfenster-Zählrohren -Zählrohren kann man gut kann man gut 2323PP, , schlechter schlechter 1414CC, , und nicht und nicht 33HH messen. messen.
aberweder noch gehen durch die Wand durch.
So ein Geigerzähler kann zwar die Strahlenbelastung – also die Dosisleistung – an einem bestimmten Ort messen.
Will man aber die Aktivität eine Probe wissen,gibt es Probleme!
Man misst nur den Teil der Strahlung, der das Zählrohr trifft, Strahlung in anderen Richtungen bleibt unberücksichtigt.
Und die erfasste Strahlung hängt vom Abstand ab, sie sinkt mit dem Quadrat des Abstandes.
Und -Strahlung gibt nur einen kleinen Teil der Energie imZählrohr ab,
während dagegen viele -Strahlen nicht ins Zählrohr gelangen und -Strahlen zumeist schon vorher aufgeben.
Man hat sich früher beholfen, indem man „Glockenzählrohre“ konstruierte, die über die Probe gestülpt wurden.
Heute gibt es etwas Besseres !!!
Szintillationszähler
Szintillation ist die Erscheinung, dass manche Stoffe aufleuchten, wenn sie bestrahlt werden.
ZnS-Schirm
Auch das ist eine sehr alte Methode,schon Ernest Rutherford hat sie benutzt, um den Atombau damit zu studieren.
Szintillationszähler
Man nehme: einen Kristall (Einkristall !!!) von NaJ ...... und bohre darin ein Loch.
Dort kann man eine radioaktive Probe hineinbringen, deren Strahlen im Kristall Lichtblitze erzeugen, die von zwei Photomultipliern gemessen werden.
Die von jedem Strahl Die von jedem Strahl verursachte Menge an verursachte Menge an Lichtblitzen gibt Auskunft Lichtblitzen gibt Auskunft über dessen Energie.über dessen Energie.
Bleiabschirmung
Damit kann man gut -Strahlung messen, aber die Teilchen von - (oder -) Strahlung kommen aus dem Probengefäß nicht heraus.
Szintillationszähler
Daher verwendet man szintillierendes Material in Lösung, und löst zusätzlich die radioaktive Probe in dieser Flüssigkeit.
Wieder messen Photomultiplier die entstehenden Lichtblitze.
Bleiabschirmung
Szintillationszähler
In so einem LSC (= Flüssigkeitsszintillationszähler) können bis zu 99% aller Zerfälle von 32P erfasst werden, von 3H immerhin noch bis etwa 68%. (-Strahler werden zu beinahe 100% erfasst.)
liquid scintillation counter
Und wenn sich die Probe partout nicht im flüssigen Szintillator lösen will, kann man sie auch fein suspendieren oder auf Filter auftragen und diese in den Szintillator stecken.
Dosimeter
Das sind Geräte mit „Gedächtnis“, sie merken sich die in einem bestimmten Zeitraum erhaltene Strahlendosis
Im einfachsten Fall ist das ein Stück Röntgenfilm, der - von der Strahlung geschwärzt – nach einem bestimmten Zeitraum entwickelt wird.
Dosimeter
Sie funktionieren wie ein Proportionalzählrohr. In einem Rohr ist innen ein isolierter Stift, der wie ein Kondensator elektrisch geladen wird.
Ionisierende Strahlen bilden im Inneren Ionen, die einen Teil der Ladung ableiten.
Nach einiger Zeit wird die verbleibende Ladung gemessen.
Es gibt auch Dosimeter, die
eine Anzeige eingebaut haben.
Fortgeschrittener sind die Stabdosimeter.
TLD (Thermoluminiszenzdosimeter)
In einem Kristall sitzen alle Atome wohlgeordnet auf ihren Plätzen .....
... bis dann ein ionisierender Strahl auftrifft.
Durch den Aufprall wird ein Atom versetzt.
Dieses Atom befindet sich jetzt auf einem Zwischengitterplatz, (energetisch höher), es hat aber nicht genügend Energie, diesen zu verlassen.
Nur wenn zuerst Energie zugeführt wird, kann das Atom auf seinen alten Platz zurückspringen ...
TLD (Thermoluminiszenzdosimeter)
Die Energiedifferenz Die Energiedifferenz wird in Form von Licht wird in Form von Licht abgegeben.abgegeben.
... zum Beispiel durch Erhitzen.
Zur Auswertung wird also der Kristall er-hitzt und das dabei ausgesendete Licht gemessen, das gibt Information über Menge UND Energie der erhaltenen Strahlung.
Inkorporierte Radioaktivität
Das ist vor allem die Gefahrenquelle bei - und -Strahlern.
... oder durch Ausscheidungsanalyse, indem man im Harn die
Radioaktivität misst.
Das kann man feststellen durch einen Ganzkörperscanner ...
Ende der Präsentation