EXP:Digitale Nebelkammer mit einer offenen Webcam

Bei diesem Experiment soll, wie in einer Nebelkammer, ionisierende Strahlung sichtbar gemacht werden. Dafür wird bei diesem Aufbau eine Webcam, deren CCD-Sensor freiliegt, verwendet.

Versuchsaufbau

Benötigtes Material

• USB-Kamera, deren Sensor freiliegt
• Radioaktive Isotope
• Laptop/PC mit MATLAB oder "Theremino Particle Detector"
• Abdunklungsmöglichkeit

Die Webcam wird mit einer Probe ionisierender Strahlung bestrahlt. Zur Verdunkelung ist diese noch mit lichtundurchlässigem Stoff abgedeckt.

Versuchsaufbau

Auf dem verwendeten Laptop sollte MATLAB mit Uni-Lizenz installiert werden. Die Anleitung dafür findet sich auf der Webseite der Universität Stuttgart. Neben der Auswertung mit MATLAB steht auch noch eine freie Software zur Verfügung.

Erkennbar ist der freiliegende Sensor der Webcam. Typischerweise werden die Webcams zum Ausmessen von Laserstrahlung verwendet.

Zur Versuchsdurchführung, wird das Präparat auf die Webcam gestellt. Der Aufbau wird anschließend abgedunkelt. Nun kann man das Programm starten, welches die Bilder addiert. Dadurch ensteht ein Bild das dem einer klassischen Photoplatte, wie z.B. Becquerel sie verwendet hat, ähnelt.

Auswertung

Die Auswertung der Bilder erfolgt durch einen Vergleich der Spuren, den die unterschiedlichen Strahlungsarten verursachen.

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       Am-241
  

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       Co-60
  

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       Na-22
  

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      Sr-90
  

Zentral sind dabei folgende Fragen:

• Welche Spuren verursachen die unterschiedlichen Strahlungsarten?
• Wie häufig lösen die jeweiligen Strahlungsarten überhaupt Spuren aus?
• Wie lassen sich die Eigenschaften der Spur mit der Ionisationsfähigkeit der jeweiligen Strahlung deuten?
• Welche Rolle spielt der Aufbau des Sensors bei dessen Empfindlichkeit für bestimmte Strahlungsarten?
• Welche Möglichkeit bietet sich zum Beispiel bei der Betrachtung kosmischer Strahlung mit Hilfe der Webcam?

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Um sicherzugehen, dass nur ionisierende Strahlung gemessen wird, empfiehlt es sich, die Apparatur abzudecken. Dafür kann man sie z.B. in eine Box stellen oder vorsichtig abdecken.

Die Auswahl der passenden Parameter sowohl für die Auswertung mit MATLAB als auch mit der direkt arbeitenden Software müssen geeignet eingestellt werden. Die Einstellungen können auch Einfluss auf die beobachtbare Spurlänge haben. Zu große Verstärkungen sorgen für ein verrauschtes Bild. Bei der Verwendung radioaktiver Proben ist die Beobachtungszeit ausreichend klein zu wählen um zwischen verschiedenen Ereignissen noch angemessen differenzieren zu können.

Für die Ausführung des MATLAB-Programms sind noch Add-ons zu installieren. MATLAB liefert in diesem Fall eine automatische Fehlermeldung und bietet an, die fehlenden Add-ons zu installieren. Es kann ein paar Durchläufe brauchen bis alles, was benötigt wird, installiert ist.

Sicherheitshinweise

Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze

Fotos

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       Prinzipieller Versuchsaufbau
  

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       Webcam mit freiliegendem Sensorzur Versuchsdurchführung.
  

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       Am-241
  

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       Co-60
  

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       Na-22
  

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      Sr-90
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0