Handbuch der experimentellen Physik: Sekundarbereich II ; Ausbildung - Unterricht - Fortbildung 9 Kerne und Teilchen ; I
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| Format: | Buch |
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Köln
Aulis Verl. Deubner
2000
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| adam_text | Titel: Bd. 9. Handbuch der experimentellen Physik. Kerne und Teilchen I
Autor:
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zum Gesamtwerk .......................................................... IX
Vorwort..........................................................................XIII
1 Phanomenologische Identifizierung von a-, p- und y-Strahlung....................... 1
1.1 Zur Einfiihrug in das Sachgebiet „Radioative Strahlung im Unterricht ................... 1
1.1.1 Ubersicht.................................................................... 1
1.1.2 Erkennen der Strahlung radioaktiver Stoffe ......................................... 1
1.1.3 Wirkungen der Strahlung radioaktiver Stoffe........................................ 3
1.1.4 Unterscheidung der Strahlungsarten radioaktiver Stoffe................................ 3
1.1.5 Ionisierungsvermogen, Reichweite, Durchdringung von Materie......................... 4
1.1.6 Ablenkung in magnetischen und elektrischen Feldern ................................. 5
1.2 Natur der a-Strahlung.......................................................... 7
1.2.1 Entstehung der a-Strahlung............................................................................................................7
1.2.2 Ionisierungsvermogen und Reichweite in Luft..............................................................................7
1.2.3 Ablenkung von a-Strahlung in magnetischen und elektrischen Feldern ................... 13
1.2.4 Identifizierung der a-Teilchen als Heliumkerne...................................... 22
1.3 Natur der p-Strahlung .......................................................... 24
1.3.1 Entstehung der p-Strahlung...................................................... 24
1.3.2 Ionisierungsvermogen und Reichweite in Luft....................................... 25
1.3.3 Absorption von p-Strahlung ..................................................... 27
1.3.4 Ablenkung von p-Strahlung in magnetischen und elektrischen Feldern.................... 28
1.4 Natur der y-Strahlung......................................................................................................................35
14.1 Entstehung der y-Strahlung............................................................................................................35
1.4.2 Ionisierungsvermogen und Reichweite in Luft..............................................................................35
1.4.3 Absorption von y-Strahlung in Materie..........................................................................................36
1.4.4 Identifizierung von y-Strahlung als elektromagnetische Strahlung................................................41
2 Energiespektroskopie radioaktiver Stahlung und deren Wechselwirkung mit Materie ... 45
2.1 Ubersicht tiber Aufgaben und Methoden der Kernstrahlungs-Spektroskopie................................45
2.2 Energiespektren..............................................................................................................................46
2.2.1 Definition und Beispiele ................................................................................................................46
2.2.2 Prinzipieller Aufbau eines Kernstrahlen-Spektrometers................................................................50
2.2.3 Impulshohenanalyse - Einkanal-und Vielkanalanalysatoren........................................................51
2.2.4 Auswertung von Spektren..............................................................................................................55
2.2.5 Totzeit von Spektrometern ............................................................................................................57
2.2.6 Aktivitatsbestimmungen ................................................................................................................60
2.3 a-Strahlung ....................................................................................................................................63
2.3.1 Grundlagen der Wechselwirkung von a-Strahlung mit Materie....................................................63
2.3.2 Radioaktive Quellen fur a-Strahlung ............................................................................................65
2.3.3 Spektroskopie von a-Strahlung......................................................................................................66
2.3.4 Bestimmung der Aktivitat einer a-Quelle......................................................................................73
2.3.5 Spektroskopische Untersuchungen von a-Strahlung ....................................................................75
2.3.6 Experimente mit Nebelkammer, Ionisationskammer, Zahlrohr ....................................................85
2.3.7 Quantitative Beschreibung der Wechselwirkung von a-Strahlung mit Materie............................88
2.4 p-Strahlung ....................................................................................................................................96
V
2.4.1 Allgemeine Beschreibung des Kern-p-Zerfalls..............................
2.4.2 Das p-Spektrum......................................................
2.4.3 P-Strahlen-Spektroskopie ..............................................
2.4.4 p-Strahlen-Spektroskopie im Unterricht.................................
2.4.5 Wechselwirkung von p-Strahlen mit Materie; Streuung, Absorption und Reichweite
2.5 y-Strahlung..........................................................
2.5.1 Grundlagen der Wechselwirkung von y-Strahlung mit Materie .................
2.5.2 Spektroskopie von y-Strahlung ..........................................
2.5.3 Eigenschaften der y-Strahlung nach Durchgang durch Materie .................
3 Dosimetric radioaktiver Strahlung ............................
3.1 Vorbemerkungen............................................
3.2 Dosisbegriffe und Dosiseinheiten ...............................
3.2.1 Uberblick..................................................
3.2.2 Energiedosis................................................
3.2.3 Ionendosis .................................................
3.2.4 Zusiitzliche Dosisbegriffe fur den Strahlenschutz...................
3.3 Zur Dosimetrie von Photonenstrahlung (y-Strahlung)................
3.3.1 Dosen bei Sekundarelektronengleichgewicht......................
3.3.2 Berechnung von Dosen fur y-Strahlung...........................
3.3.3 Schulexperimente zur Dosimetrie von Photonenstrahlung............
3.4 Dosimetrie von P-Strahlung ...................................
3.4.1 Einfuhrung.................................................
3.4.2 Berechnung von Dosen fur p-Strahlung ..........................
4 Biologische Wirkungen radioaktiver Strahlung..................
4.1 Grundlagen der Strahlenwirkung................................
4.1.1 Dosis und Wirksamkcit.......................................
4.1.2 Treffertheorie...............................................
4.1.3 Strahlenchemie .............................................
4.1.4 Reparaturprozesse an der DNA.................................
4.2 Akute und genetische Strahlenwirkungen beim Menschen............
4.2.1 Strahlenkrankheit............................................
4.2.2 In-utero-Exposition menschlicher Foten..........................
4.2.3 Probleme der Dosimetrie......................................
4.3 Spatfolgen: Strahlenkrebs .....................................
4.3.1 Mechanismen der Krebscntstehung und Dosis-Hiiufigkeits-Beziehungen
4.3.2 Haufigkeit von Strahlenkrebs beim Menschen ....................
4.3.3 Kunftige Folgen des Rcaktorunfalls von Tschernobyl ...............
4.3.4 Strahlenwirkung einzelner Elemente............................
4.3.5 Lcukiimie in der Umgebung von Kernkraftanlagen ................
4.4 Spatfolgen: Keimbahnmutationen..............................
5 Strahlenschutz in Schulen...................................
5.1 Rcchtsgrundlagen ..........................................
5.2 Quellen ionisierender Strahlen fur den Schulunterricht .............
5.2.1 Neutroncnqucllen....................................
5.2.2 Radioaktive Praparate und radioaktive Mineralien.................
5.2.3 Rontgengcratc und Gasentladungsrohren ........................
VI
96
99
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231
233
5.3 Strahlenschutzverantwortliche und Strahlcnschutzbeauffragte...........................233
5.3.1 Strahlenschutzverantwortliche....................................................233
5.3.2 Strahlenschutzbeauftragte.......................................................234
5.4 Umgang mit Quellen ionisierender Strahlen.........................................234
5.4.1 Kennzeichnung, Aufbewahrung und Ablieferung.....................................234
5.4.2 Einsatz von Quellen ionisierender Strahlen im Unterricht ..............................235
6 Kernstrahlungsquellen fur den Unterricht........................................237
6.1 Radioaktive Praparate ..........................................................237
6.1.1 Grundsatzliche Uberlegungen....................................................237
6.1.2 Bauartzugelassene Praparate.....................................................238
6.1.3 Genehmigungs-und anzeigefreie radioaktive Stoffe und Praparate.......................248
6.2 Neutronenquellen..............................................................253
6.2.1 Einfiihrung...................................................................253
6.2.2 Neutronenquelle der Firma AMERSHAM-BUCHLER ................................254
6.2.3 Neutronenquelle der Firma LEYBOLD-HERAEUS...................................255
6.2.4 Neutronenquelle der Firma PHYWE...............................................257
7 Detektoren zum Nachweis von Kernstrahlung.....................................259
7.1 Die Ionisationskammer - Prinzip und Wirkungsweise .................................259
7.2 Ionisationskammern fur den Unterricht.............................................262
7.2.1 Ionisationskammer der Firma NEVA ..............................................262
7.2.2 Ionisationskammer der Firma PHYWE zum Nachweis und zur Untersuchung
von a-Strahlung...............................................................263
7.2.3 Ionisationskammer der Firma LEYBOLD-HERAEUS.................................264
7.3 Versuche mit Ionisationskammern ................................................265
7.4 Der Funkenzahler..............................................................266
7.4.1 Prinzip......................................................................266
7.4.2 Versuchsanordnung und Durchftihrung.............................................267
7.5 Die Nebelkammer.............................................................268
7.5.1 Die Expansionsnebelkammer ....................................................268
7.5.2 Die Diffusions- oder kontinuierlich arbeitende Nebelkammer...........................268
7.5.3 Nebelkammern ftir den Unterricht.................................................268
7.5.4 Demonstrationsversuche mit Nebelkammern ........................................271
7.5.5 Nebelkammeraufnahmen........................................................272
7.6 Kernspuremulsionen ...........................................................274
7.6.1 Eigenschaften von Kernspuremulsionen und Prinzip des Strahlennachweises...............274
7.6.2 Kernspuraufnahmen fiir den Unterricht.............................................275
7.7 Das Spinthariskop .............................................................275
7.8 Sonstige Detektoren............................................................276
7.8.1 Festkorperspurdetektoren .......................................................276
7.8.2 Photografisches Filmmaterial ....................................................279
7.9 Zahlrohre....................................................................282
7.9.1 Einfiihrung...................................................................282
7.9.2 Rekombinations- und Ionisationskammerbereich.....................................285
7.9.3 Proportionalbereich und Proportionalzahlrohre ............................................................................285
7.9.4 Der Bereich der beschrankten Proportionalitat.......................................286
7.9.5 Der Auslosebereich und das Geiger-Miiller-Zahlrohr..................................287
7.9.6 Eigenschaften von selbstloschenden Zahlrohren und Halogenziihlrohren ..................290
VII
7.9.7 Zahlrohrc fur den Unterricht.....................................................
8 Detekoren fur die Spektroskopie von Kernstrahlung ...............................300
8.1 Allgemeine Detektoreigenschaften ................................................3(30
8.1.1 Energiespektrum, Energieauflosung ...............................................300
8.1.2 Dctektormaterialien............................................................
8.1.3 Ansprech- und Nachweiswahrscheinlichkeit.........................................302
8.1.4 Totale und Photopeak-Ansprcchwahrscheinlichkeit bei y-Strahlung ......................303
8.2 Detektoren zur Spektroskopie von a-, p- und y-Strahlung..............................304
8.2.1 Detektoren fur ot-Strahlung......................................................304
8.2.2 Detektoren fur p-Strahlung (und Neutronen) ........................................305
8.2.3 Detektoren fUr y-Strahlung ......................................................307
8.3 pn- und /;m-Halbleiterzahler.....................................................309
8.3.1 Funktionsprinzip, Rauschen des Detektorsystems ....................................309
8.3.2 Oberflachen-Sperrschichtzahler ..................................................31
8.3.3 Reinst-Ge-, Si-, Ge(Li)-und Si(Li)-Zahler..........................................312
8.4 Szintillationszahlcr ............................................................313
8.4.1 Funktionsprinzip und Szintillator-Materialicn .......................................313
8.4.2 Photomultipiier ...............................................................314
8.4.3 GrolMliichige Si-/?m-Dioden-Szintillationszahler .....................................318
8.5 Technische Hinweise...........................................................319
8.5.1 Messgeomctrie und Abschirmung.................................................319
8.5.2 Zubehor.....................................................................319
8.5.3 Energiekalibrierung des Spektrometers.............................................320
8.5.4 Betriebshinwcisc..............................................................323
8.6 Spektrometer fur y-Strahlung mit CsI(Tl)-Szintillationsdetektor und pin-Photodiode.........325
8.6.1 Aufbau des Szintillationsdetektors ................................................325
8.6.2 Eigenschaften des Detektors.....................................................327
8.6.3 Weitere Einsatzmoglichkeiten von /?m-Photodioden ..................................328
Anhang
A 1 Zerfallsschemata von Radionukliden in radioaktiven Strahlungsquellen fur den Unterricht____329
A 2 Die naturlichen radioaktiven Zerfallsreihen .........................................331
A 3 Tabclle: Masscnschwachungskoeffizientcn einiger Stoffe fur Photonenstrahlung............333
Register....................................................................................................335
VIII
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