C Strahlenschutz - Abschirmung
Hinweis: Diese Station dauert mindestens 30 Minuten! Fangen Sie diese Station also nach Möglichkeit nur an, wenn Sie noch genug Zeit haben!
Radioaktivität kann gefährlich sein. Der natürliche Reflex des Menschen bei Gefahrenquellen ist das Verstecken hinter "Schutzschilden". Aber ist dieser Instinkt überhaupt sinnvoll? Inwiefern kann radioaktive Strahlung abgeschirmt werden?
Sicherheitshinweis
Sie experimentieren gleich mit radioaktiven Proben. Diese Proben sind in sicheren Plastikdosen verwahrt und besitzen eine eher geringe Strahlungsaktivität. Dennoch sollten Sie vorsichtig damit umgehen:
- Halten Sie die Dosen nicht unnötig lange in der Hand.
- Halten Sie generell eher einen großen Abstand zur Dose.
- Halten Sie die Dose nicht an empfindliche Körperregionen wie ihre Augen, ihr Gehirn oder ihre Geschlechtsteile.
- Melden Sie Schäden an der Dose sofort an ihre Lehrkraft.
Experiment
Holen Sie sich nun einen Radioaktivitätskasten.
Bauen Sie den Versuch wie im folgenden Bild auf:
- Stellen Sie das Messgerät auf den Messgeräthalter.
- Stellen Sie den Probenhalter direkt neben das Messgerät, so dass das Logo des Probenhalters auf das GMZ zeigt.
- Setzen Sie noch keine radioaktive Probe in den Probenhalter ein! Setzen Sie auch noch keine Abschirmplättchen ein!
Versuchsdurchführung
Setzen Sie das "Auernetz" in den Probenhalter ein und ermitteln die Zählereignisse N ("Counts") bei einer Messdauer von 3 Minuten. Notieren Sie ihre Messergebnisse kurz.
Kurzanleitung für das Messgerät:
- Anschalten durch langes Drücken auf die mittlere Taste, bis es piepst.
- Auf "COUNT" drücken
- Mit der "MENU" Taste Minuten/Sekunden auswählen und mit der "+" und "-" Taste durch langes drücken die Messzeit ändern.
- Entfernen der Kappe auf der Rückseite und Starten der Messung durch die mittlere Taste.
- (Nach der Messung: Ausschalten durch langes Drücken auf die mittlere Taste, bis es piepst.
Setzen Sie nun verschiedene Abschirmplatten in die Halterung ein, so dass diese zwischen dem GMZ und der Probe stehen. Messen Sie dann die die Zählereignisse N ("Counts") bei einer Messdauer von 3 Minuten. Deuten Sie dann ihre Messergebnisse qualitativ, indem Sie die folgende Fragen beantworten.
Deuten Sie ihre Messergebnisse: Inwiefern kann radioaktive Strahlung abgeschirmt werden?
Mit solchen Versuchen kann man zeigen: Die drei radioaktiven Strahlungen können unterschiedlich gut abgeschirmt werden:
Übertragen Sie ihr neues Wissen auf die folgenden Übungsaufgaben:
| Strahlung | Wie leicht lässt sie sich abschirmen? | Welches Beispiel-Material schirmt schon sehr gut ab? |
| Alpha | sehr leicht | Wenige mm Papier oder eine Schicht Haut oder wenige cm Luft |
| Beta | mittel | Wenige mm Aluminium oder einige Meter in der Luft |
| Gamma (und allg. Photonen) | schwer | Viele cm Blei |
Begründen Sie, warum das im Versuch verwendete "Auernetz" kein reiner Alpha-Strahler sein kann.
Begründen Sie, warum bei Röntgenaufnahmen beim Arzt Bleiwesten getragen werden sollten.
Dass sich Strahlung abschirmen lässt haben wir nun gezeigt. Aber inwiefern spielt die Dicke des Materials eine Rolle? Diesen Zusammenhang sollen Sie nun im Experiment ermitteln:
Experiment
Verwenden Sie den obigen Versuchsaufbau. Nehmen Sie das Auernetz und alle Abschirm-Plättchen aus der Halterung. Ermitteln Sie dann zunächst Zählereignisse N0 des Nulleffekts, indem Sie 3 Minuten lang ohne Präparat messen.
Setzen Sie dann das "Auernetz" und ein (bzw. 2,3 oder 4) Papp-Abschirmplättchen in den Probenhalter ein und ermitteln die Zählereignisse N ("Counts") bei einer Messdauer von 3 Minuten. (Hinweis: Die Zählereignisse N ohne Abschirmung haben Sie im letzten Versuch bereits ermittelt!)
Versuchsauswertung
Geben Sie ihre Messergebnisse in das folgende Geogebra-Applet ein. Geogebra erzeugt dann automatisch ein Mess-Diagramm für die Zählereignisse ("Counts N") in Abhängigkeit des Abstandes. Bearbeiten Sie dann die Aufgaben unter dem Applet. Stellen Sie das Applet noch nicht auf "Auswertungsdiagramm".
Sie sollen nun genauer Untersuchen, welche mathematische Gesetzmäßigkeit hinter der Abstandsabhängigkeit steht. Betrachten Sie ihr Messdiagramm. Kreuzen Sie an, welche Abhängigkeiten zwischen der Dicke d und der "durchgelassenen Strahlung" N aufgrund ihres Diagramms in Frage kommen.
Genau dieser Zusammenhang wird nun mit ihren Messdaten untersucht: Klicken Sie in ihrem Diagramm das Kästchen "Auswertungsdiagramm" an. Geogebra linearisiert dann die Daten, indem die Zählrate logarithmiert wird. Welchen Schluss ziehen Sie aus dem Diagramm?
Sie sollten nun folgendes gelernt haben:
- Sie können physikalisch begründen, warum es sinnvoll ist radioaktiven Quellen abzuschirmen.
- Sie können grob einordnen, ob Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung von einem Material abgeschirmt werden können oder nicht.
- Sie können angeben, dass die durchgelassene Strahlung mit der Schichtdicke exponentiell abnimmt.