F-Praktikum: Radioaktivität in der Umwelt



Am Anfang dieses Monats haben mein Praktikumspartner und ich im Rahmen des F-Praktikums einen interessanten Versuch durchgeführt. Es handelte sich um Gammaspektroskopie mit einem hochreinen Germanium-Halbleiterdetektor (der schweineteuer ist…über 20000€).

Was viele nicht wissen ist, dass es eine natürliche Strahlenbelastung gibt. Kosmische Strahlung, Uran und Thorium-Zerfallsprodukte in Baumaterialien und Gestein, 222Radon als radioaktives Gas in der Luft, 40K und 14C in Lebewesen (Menschen strahlen auch). Zusätzlich kommt noch etwas Reststrahlung von den Kernwaffentests und dem Tschernobyl-GAU dazu. Was Radioaktivität angeht, so sind Kohlekraftwerke die wahren Teufel. Durch sie werden Tausende von Tonnen an Uran und anderen Isotopen der natürlichen Zerfallsreihen in die Luft gepustet.

Alles zusammen gibt es also jede Menge radioaktive Stoffe in der Umwelt, die aber für den Menschen in dieser Dosis nicht gefährlich sind (lokale Ausnahmen ausgenommen). Unser Ziel war es durch die Gammaspektroskopie zu bestimmen welche Nuklide jetzt wirklich um uns herum zerfallen.

Praktisch jedes radioaktive Nuklid sendet beim radioaktiven Zerfall Gammastrahlung aus (auch Alpha- und Betastrahler). Diese Gammastrahlung ist für jedes Nuklid unterschiedlich und hat einen diskreten Wert. Wenn man also die Energie der Gammastrahlung misst, kann man sagen von welchen Nuklid diese Strahlung emittiert wurde. Das sieht dann zum Beispiel für 60Co folgendermaßen aus.

60 Co Gammaspektrum

60 Co Gammaspektrum

Vertikal ist die Anzahl der registrierten Gammaquanten aufgetragen, horizontal die Energie der Gammaquanten, die registriert wurden. Man sieht zwei große Peaks, d.h. 60Co sendet zwei Gammaquanten unterschiedlicher Energie aus (es sind E=1173.2keV, E=1332.5keV). Man kann über das Verhältnis sogar sagen, dass die Quanten mit einer Energie von 1173.2keV häufiger ausgesandt werden als die Quanten mit 1332.5keV-Energie.

Wir haben dann das Untergrundspektrum vermessen, also ohne irgendeine radioaktive Quelle zu verwendet. Es wurden nur Gammaquanten registriert, die von den Materialien und Gegenständen in dem Praktikumsraum ausgesandt wurden. Also von uns, den Wänden, dem Boden etc. Das Ergebnis sieht dann so aus (logarithmische Darstellung).

Untergrundspektrum

Untergrundspektrum

Man erkennt bereits viele gut erkennbare Peaks (die Schwankungen im rechten Bereich sind statistischer Natur und lassen sich durch längere Messezeit verringern). Wir haben dann in der Ausarbeitung versucht diese Peaks den Nukliden zuzuordnen. Wir haben besonders viele Energiepeaks von Bismut-Isotopen gefunden (siehe Ausarbeitung).

Viel interessanter war eine andere Messung. Wir haben vor den Detektor eine Badezimmerkachel mit einen besonderen Geschichte hingelegt. Diese Kachel stammt aus einem Bad aus einer Wohnung in DDR ( soweit es mir bekannt ist).
Wir haben dann das Spektrum dieser Kachel gemessen und was uns ausgefallen ist, dass besonders viele Elemente aus der natürlichen Zerfallsreihen vorkamen ( siehe Ausarbeitung).
Spektrum einer \"besonderen\" Badezimmerkachel

Wie es scheint besteht die Kachel aus Baustoffen, die besonders viel Uran beinhaltet.
Wir haben dann auch die Aktivität(Zerfälle pro Sekunde) der Kachel abgeschätzt und diese Betrug etwa 1/20 einer radioaktiver Probe aus dem Praktikumsraum. Also in einem Bad, das mit solchen Kacheln ausgekleidet ist, möchte ich bestimmt nicht baden…

Detaillierte Ergebnisse könnt ihr der Ausarbeitung zum Versuch nachlesen. Radioaktivität in der Umwelt 01.11.2010

Ich hoffe, ich habe es einigermaßen verständlich dargestellt, was Physikstudenten so an der Universität für Versuche durchführen =)




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