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Bestimmung von Zählraten mit dem Geiger-MüllerZählrohr
S
Aufgabe
Mache dich mit der Messung von Radioaktivität mit Hilfe eines Geiger-Müller-Zählrohrs vertraut.
Material
1 Cobra4 Wireless Manager
1 Cobra4 Wireless-Link
1 Cobra4 Sensor-Unit Radioactivity
1 Geiger-Müller Zählrohr 45mm
1 Abgeschirmtes Kabel BNC, l = 750 mm
1 Zählrohrhalter groß auf Haftmagnet
1 Plattenhalter auf Haftmagnet
1 Aufbauplatte zur Radioaktivität
1 Columbit, natürliches Mineral
1 Software measure für Cobra4
12600-00
12601-00
12665-00
09007-00
07542-11
09206-00
09203-00
09200-00
08464-01
14550-61
Zusätzlich wird benötigt
1 PC mit USB-Schnittstelle, Windows XP oder höher
Aufbau und Durchführung
Der Versuchsaufbau erfolgt gemäß Abb.1.
PC und Windows starten.
Cobra4 Wireless Manager in die USB-Schnittstelle des PCs stecken.
Cobra4 Wireless-Link mit angesteckter Cobra4-Unit Radioactivity anschalten. Der Sensor wird
automatisch erkannt und es wird ihm eine ID-Nummer zugewiesen, die im Display des Cobra4
Abb. 1: Versuchsaufbau
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Wireless-Link sichtbar ist. Die Kommunikation zwischen dem Cobra4 Wireless Manager und den
peripheren Cobra4 Wireless-Link wird über das Blinken der LED Data angezeigt.
Softwarepaket measure am PC starten.
Versuch über measure laden (Experiment > Experiment öffnen). Es werden nun alle benötigten
Voreinstellungen zur Messwertaufnahme geladen.
Stelle den Plattenhalter mittig auf die Platte.
Spanne das Zählrohr in den Zählrohrhalter.
Befestige den Zählrohrhalter mit Hilfe seines magnetischen Fußes am Plattenhalter, so dass die
Messöffnung des Zählrohrs in Richtung Platte zeigt.
Positioniere das Columbit so unter dem Zählrohr, dass der Abstand etwa einen 1 cm beträgt.
Betrachte zunächst den Zähler ohne feste Messzeit; es wird die Zählrate in #/s angezeigt.
Entferne das Columbit wieder, beobachte die Zähleranzeige und schreibe auf, wie sich die Zählrate
verändert.
Positioniere anschließend das Columbit wieder unter dem Zählrohr
Klicke im Navigator-Fenster in der Übersicht auf Radioactivity (s. Abb. 2) und wähle dann
Zählermodus (s. Abb. 3) aus; lasse in den Allgemeinen Einstellungen (s. Abb. 4) die Messung nach
10 Messwerten stoppen. Dies entspricht bei einer Messrate von 1 Hz einer Messzeit von etwa 10 s.
Abb. 2:Aufrufen des Zählmodus
-
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Bestimmung von Zählraten mit dem Geiger-MüllerZählrohr
Abb. 3: Auswahl des Zählmodus
Abb. 4:Einstellen der Messzeit
Starte die Messung
und wiederhole sie mindestens 5 mal und übertrage sie anschließend nach
measure.
In der letzten Zeile der angezeigten Messwertetabelle ist die Summe der über die Messzeit t
gezählten Ereignisse aufgeführt; trage diese in die vorbereitete Tabelle 1 ein.
Erhöhe die Messzeit auf 60 s und dann auf 100 s, führe für jede Messzeit mindestens 3 Messungen
durch und trage die gemessenen Impulszahlen in die Tabelle 2 ein.
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Bestimmung von Zählraten mit dem Geiger-MüllerZählrohr
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Beobachtungen und Ergebnisse
1.
Tabelle 1
𝑍
𝐼𝑚𝑝 / 10𝑠
Lfd. Nr.
1
2
3
4
5
Mittelwert
2. Was hörst du, wenn das Coulombit in der Nähe des Zählers ist und was, wenn es entfernt wird?
............................................................................................................................................................
3.
............................................................................................................................................................
Tabelle 2
Lfd. Nr.
Imp/60 s
Imp/100 s
Imp/60 s
Imp/100 s
1
2
3
Mittelwerte
4. Was fällt dir bei der Anzahl der gezählten Impulse während der Messung auf?
............................................................................................................................................................
Auswertung
1. Berechne bei den Messungen mit verschiedenen Messzeiten t =10s, 60s und 100s, wie viele
Impulse jeweils pro 10 s aufgezeichnet wurden. Bilde dazu den Quotienten aus Impulszahl und
Messzeit t und multipliziere anschließend mit 10, damit du die Impulszahl pro 10 s und nicht pro 1 s
erhältst. Diese Größe nennt sich Impulsrate Z.
Tabelle 3
Messzeit t/s
Impulsrate
𝑍
𝐼𝑚𝑝 / 10𝑠
10
60
100
2.
Was fällt dir an den Impulsraten in Tabelle 3 auf?
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Raum für Notizen:
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Bestimmung von Zählraten mit dem Geiger-MüllerZählrohr
In einem Geiger-Müller-Zählrohr wird das Füllgas von den eindringenden Strahlungsteilchen ionisiert; die
dadurch entstehen Stromimpulse werden in Spannungsimpulse umgewandelt, die in einem Lautsprecher
zeitlich unregelmäßige Knackgeräusche erzeugen und die von einem elektronischen Zählgerät registriert
werden können. Bereits durch den akustischen Nachweis wird deutlich, dass die Strahlung unregelmäßig abgegeben wird. Die Anzahl der Impulse wächst mit der Messzeit. Zum Vergleich der
Strahlungsintensitäten verschiedener radioaktiver Stoffe ist es erforderlich, die Impulszahl N auf die
gleiche Zeit t zu beziehen. Das Verhältnis von Impulszahl und Zeit nennt man die Impuls- oder Zählrate
Z. Ihre Bestimmung ist eine wichtige und häufig durchzuführende Messaufgaben bei der Untersuchung
der Eigenschaften von Kernstrahlung.
Beobachtungen und Ergebnisse
1.
Tabelle 1
Lfd. Nr.
𝑍
𝐼𝑚𝑝 / 10𝑠
1
12
2
13
3
13
4
16
5
9
Mittelwert
13
Die in gleichen Zeiten von 10 s registrierten Impulszahlen schwanken um einen Mittelwert, dieser
beträgt N = 13 Imp/10 s.
2.
3.
4.
Nach dem Einschalten des Zählgeräts ist das zeitlich unregelmäßige Auftreten von Messereignissen
in Form von Knack-Geräuschen zu hören. Wenn die Strahlenquelle vom Zählrohr entfernt wird,
nimmt die Häufigkeit der Messereignisse ab.
Tabelle 2
Lfd. Nr.
Imp/60 s
Imp/100 s
1
83
119
2
70
117
3
77
123
Mittelwerte
77 Imp/60 s
120 Imp/100 s
Die Anzahl der vom Zählgerät registrierten Impulse wächst mit der Messzeit immer weiter an.
Auswertung
1. Mit den Mittelwerten der mit verschiedenen Messzeiten t gemessenen Impulszahlen ergeben sich
folgende Impulsraten:
Tabelle 3
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5.3.4.3
2.
Bestimmung von Zählraten mit dem Geiger-MüllerZählrohr
L
𝑍
Messzeit t/s
Impulsrate 𝐼𝑚𝑝 / 10𝑠
10
13
60
13
100
12
Wird die Messzeit t von 10 s auf 60 s und dann auf 100 s erhöht, so werden zwar eine größere
Anzahl von Impulsen registriert, wenn man jedoch die Impulszahlen auf die gleiche Zeit bezieht, so
ergibt sich annähernd der gleiche Wert. Den Quotienten von der registrierten Impulszahl und der
Messzeit t nennt man die Impuls- oder Zählrate. Durch diese Zählrate Z = N /t wird die Intensität der
Strahlung einer radioaktiven Quelle charakterisiert.
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Raum für Notizen:
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