Willibald-Gluck-Gymnasium

Gamma-Spektroskopie

Eine Gruppe von Schülern der Klasse 9a beschäftigte sich im Rahmen des Profilunterrichts im Fach Physik mit Umweltradioaktivität

Im Unterricht lernten wir das Geiger-Müller-Zählrohr als Nachweisgerät für radioaktive Strahlung kennen, insbesondere für β-Strahlung. Wir stellten uns die Frage, wie man auch die γ-Strahlen effektiv nachweisen kann und vor allem, wie man heraus bekommt, welche Atomkernsorten (Nuklide) die detektierte radioaktive Strahlung emittieren. Unser Physiklehrer erklärte uns die Funktionsweise eines NaJ-Szintillationszählers mit Photomultiplier. Am Beispiel des bekannten Nuklids Cs-137 lernten wir die Form eines γγ-Spektrums kennen. Eine Gruppe von sechs Schülern entschloss sich spontan, weitere Messungen, vor allem zur Umweltradioaktivität, durchzuführen und sie zu dokumentieren. Hier sind unsere Ergebnisse:

1. Americium-241 – radioaktives Präparat aus der Physiksammlung
Messdauer : 100s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 3,08
Die Peaks im Spektrum bedeuten zwei Gamma-Übergänge beim Zerfall von Am-241. Die Zerfallskette von Am-241 ist Teil der Neptunium-Zerfallsreihe, die in der Natur nicht mehr vorkommt.

2. Demonstration des Comptoneffekts mit Am-241
Messdauer : 1200s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 9,19
Streuwinkel: 90°
...

3. Radium-226 – radioaktives Präparat aus der Physiksammlung
Messdauer : 50s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 4,79

4. Uhr mit Leuchtziffern
Messdauer : 300s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 4,62
Der Vergleich der Diagramme 3. und 4. zeigt, dass sich in den Leuchtziffern das Nuklid Ra-226 befindet.

5. Glühstrumpf aus einem Physik-Übungskasten
Messdauer : 300s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 4,62
Das Spektrum zeigt einige typische Gamma-Übergänge aus der Thorium-Zerfallsreihe.

6. Untersuchungen zur Radonbelastung in einem Kellerraum des WGG
Siehe dazu Praxis der Naturwissenschaften/Physik, 7/52 Jg. 2003
Messdauer : 9000s
Einstellung : 4,62
Im Vergleich zu 5. erkennt, dass im Spektrum ein Gamma-Übergang, der beim Zerfall von Ra-226 zu Rn-222 auftritt, fehlt. Das ist ein sicherer Hinweis darauf, dass dieses Spektrum die Zerfallskette von Rn-222 beschreibt. Einzelheiten siehe Praxis der Naturwissenschaften/Physik, 7/52 Jg. 2003.
7. Radon-Messung 2
8. Radon-Messung 3
Messdauer : 1200s
Einstellung : 4,62
Nach einigen Stunden nimmt die Aktivität, einiger, der an der Radon-Zerfallskette beteiligten Gamma-Übergänge ab, wie die Spektren in Abbildung 7. und 8. zeigen.
9. Gamma-Spektrum von Cs-137 (Präperat aus der Physik-Sammlung)
Messdauer : 300s
Einstellung im Cassy-Messsystem: 4,62
Mit Hilfe des Gamma-Übergangs des Nuklids Cs-137 bei 662 keV kann man die Rechtswertachse(Energieachse) eichen, was wir bislang noch nicht durchgeführt haben.