Messung radioaktiver Strahlung

Ein Geigerzähler auf dem Lehrertisch, daneben ein kleines Präparat. Bevor überhaupt jemand etwas anfasst, fallen zwei Dinge auf:

Problem 1 · Kein SinnesorganFür Licht haben wir Augen, für Schall Ohren. Für α-, β- und γ-Strahlung haben wir nichts. Ein Messgerät muss die Strahlung also in etwas übersetzen, das wir wahrnehmen können.

Problem 2 · Es knackt immerAuch ohne Präparat knackt der Zähler alle paar Sekunden. Diese Strahlung kommt aus dem Weltall, dem Boden und sogar aus uns selbst. Wie trennt man sie vom Präparat?

Beide Probleme sind seit der Ionisation lösbar.

Spur:Strahlung hinterlässt überall Ionen.
Gerät:Jedes Messgerät macht diese Spur sichtbar oder zählbar.
Untergrund:Problem 2 löst eine einfache Subtraktion.

Merke

Messen in drei Schritten:

Ionisation → Signal → Zählrate

Ionisation: Strahlung ionisiert den Stoff im Gerät: Gas, Kristall oder Fotoschicht.

Signal: Jede Ionisation wird zu Schwärzung, Nebelspur, Stromimpuls oder Lichtblitz.

Zählrate: Gezählt werden Impulse pro Sekunde. Davon zieht man den Nulleffekt ab.

Nachweis: Jedes Messgerät macht die Spur der Ionen sichtbar oder zählbar: Fotoplatte (Schwärzung), Nebelkammer (Spur), Zählrohr (Stromimpuls), Szintillationszähler (Lichtblitz).

Nulleffekt: Auch ohne Präparat gibt es Strahlung aus Weltall, Boden und Körper. Man misst erst ohne, dann mit Präparat und zieht ab.

Grenze: Die Zählrate dient nur zum Vergleichen, die Aktivität ist immer größer. Zerfall ist Zufall, deshalb misst man länger und rechnet auf eine Sekunde um.

Vier Geräte – dieselbe Idee

Fotoplatte & Film

Signal: Schwärzung. So entdeckte Becquerel 1896 die Radioaktivität. Heute als Filmdosimeter am Kittel: je dunkler, desto mehr Strahlung.

Nebelkammer

Signal: Nebelspur. An den Ionen kondensiert Alkoholdampf. Man sieht jede Bahn: α dick und kurz, β dünn und verschlungen.

Geiger-Müller-Zählrohr

Signal: Stromimpuls. Ein Ion löst im Gas eine Elektronenlawine aus – es knackt, der Zähler springt um 1. Das Standardgerät.

Szintillationszähler

Signal: Lichtblitz. Ein Kristall leuchtet bei jedem Treffer kurz auf; ein Sensor zählt die Blitze. Besonders empfindlich für γ.

Die eine Rechnung: den Nulleffekt abziehen

Merke

Nettozählrate:

Z_netto = Z_Präparat − Z₀

Z: Zählrate: Impulse pro Zeit, Einheit 1/s.

Z₀: Nullrate: die Zählrate ohne Präparat.

Z_netto: Was das Präparat allein liefert.

Achtung · Zählrate ist nicht AktivitätDas Zählrohr fängt nur die Teilchen, die zufällig in seine Richtung fliegen – einen kleinen Bruchteil aller Zerfälle. Die Zählrate eignet sich zum Vergleichen, die echte Aktivität ist immer größer.

Erst eine Messung ohne Präparat, dann eine mit — starte beide nacheinander mit ▶. Jeder Impuls lässt das Zählrohr aufblitzen und den Zähler springen. Die Messung dauert 30 Sekunden — hier im Zeitraffer.

Die erste Messung ohne Präparat liefert den Nulleffekt.

Halte fest: Bei einer erneuten Messung sind die Zahlen jedes Mal etwas anders, obwohl sich nichts geändert hat. Radioaktiver Zerfall ist Zufall — darum misst man im Labor lieber länger und rechnet dann auf eine Sekunde um.

Allgemeine Hinweise

Nullrate nie null

Weltall, Gestein, Baustoffe und das Kalium im Körper liefern immer Impulse. Erst „mit minus ohne“ zeigt, was das Präparat tut.

Impulse ≠ Zerfälle

Das Zählrohr registriert nur, was es trifft. Zählrate und Aktivität sind zwei verschiedene Größen.

Zufall verlangt Geduld

10 Impulse in 10 s sagen wenig, 600 in 10 min viel. Lang messen und dann durch die Zeit teilen.

Messung radioaktiver Strahlung