Geiger-Müller-Zählrohr (Ranger): Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 2. August 2022, 13:01 Uhr

Geiger-Müller-Zählrohre (umgangssprachlich auch Geigerzähler) stellen empfindliche Messgeräte für die Messung ionisierender Strahlung dar. Durch ein elektrisches Feld im Inneren des Zählers werden Gasatome ionisiert und führen bei jedem Ereignis zu einem Stromstoß, welcher dann als Ereignis registriert wird.

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Das Zählrohr besteht im wesentlichen aus zwei Teilen. Ein Gitter, welches die Anode ist,ist im Inneren einer Zylinders, welcher die Kathode ist, angebracht. Der Zylinder selbst ist mit eine Mischung aus Edelgas und Halogenen gefüllt. Der Druck im Inneren des Zylinders ist geringer als der Atmosphärendruck. Das Zählrohr besitzt an einer Seite ein Glimmerfenster, welches auch für Beta- und Alphastrahlung passierbar ist. Im Gegensatz zu dem Geiger-Müller-Zählrohr von Leybold ist der Zylinder deutlich kürzer und der Draht ist eher ein Gitter. Die elektronische Verarbeitung wird innerhalb des Gerätes selbst vorgenommen und entsprechend auf dem Display angezeigt. Das Gerät besitzt dazu mehrere Knöpfe für die Auswahl verschiedener Messmodi. Für die Nutzung draußen sind auch Schutzhüllen verfügbar.

Funktionsweise

Durch den Eintritt von ionisiierender Strahlung wird das Gas im Zylinder ionisiert. Bedingt durch die hohe Gleichspannung (ca. 500 V zwischen Kathode und Anode werden die Elektronen bzw. Kationen beschleunigt. Die Beschleunigung der Elektronen führt zur Auslösung weiterer Elektronen: Die Röhre zündet. Das Zünden der Röhre führt für jedes detektierte Teilchen zu einem annähernd ähnlichem Stromstoß. Während des Ionisationsvorgangs kann kein weiteres Teilchen detektiert werden, der Vorgang findet während der Totzeit des Zählrohres statt. Die Totzeit ist ein typische charakteristische Größe und beträgt bei diesem Zählrohr ca. 100 µs (typischerweise spielt die Betrachtung der Totzeit bei den erwähnten Experimenten jedoch keine große Rolle). Für die Montage lässt sich der Ranger mit Hilfe einer Bodenplatte auch an Breadboards befestigen.

Zubehör

Es ist möglich den Ranger via Bluetooth mit dem Smartphone zu verbinden (Link zum Google App Store).

Experimente

Betriebsanweisungen

Bedienungsanleitung des Herstellers

Geiger-Müller-Zähler von S.E. International. Die Bedienelemete sind klar erkennbar.

Wichtige Daten

Sammlungsposition	Moderne Physik: 1c
Hersteller	S.E. International
Sonstiges	Die Nutzung ist sofort möglich.

Befestigung des Rangers mit einer Bodenplatte. Zu sehen ist die experimentelle Untersuchung des Abschirmungsgesetzes für Gammastrahlung.

Fotos

     Geiger-Müller-Zählrohr von S.E. International (Ranger)

     Beispielhafte Verwendung des Rangers

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

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 [[Kategorie:Materie]]
+__KEIN_INHALTSVERZEICHNIS__
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    <div class="large-7 columns">
-Der Isotopengenerator löst mit einer Elutionslösung <math>{}^{137*}_{\ 56} \mathrm{Ba}</math> aus einem <math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm{Cs}</math>-haltigen Substrat aus. Das dabei enstehende <math>{}^{137*}_{\ 56} \mathrm{Ba}</math> lässt sich dann aufgrund seiner geeigneten Halbwertszeit experimentell nutzen.
+Geiger-Müller-Zählrohre (umgangssprachlich auch ''Geigerzähler'') stellen empfindliche Messgeräte für die Messung ionisierender Strahlung dar. Durch ein elektrisches Feld im Inneren des Zählers werden Gasatome ionisiert und führen bei jedem Ereignis zu einem Stromstoß, welcher dann als Ereignis registriert wird.
 === Aufbau und Funktionsweise ===
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 '''Aufbau'''
-Der Isotopengenerator besteht aus einem Plastikkörper mit zwei Öffnungen. Bezogen auf das <math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm{Cs}</math> besitzt der Generator eine Aktivität von 370&thinsp;kBq.  <math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm{Cs}</math>  zerfällt durch einen β<sup>−</sup>-Zerfall:
+Das Zählrohr besteht im wesentlichen aus zwei Teilen. Ein Gitter, welches die Anode ist,ist im Inneren einer Zylinders, welcher die Kathode ist, angebracht. Der Zylinder selbst ist mit eine Mischung aus Edelgas und Halogenen gefüllt. Der Druck im Inneren des Zylinders ist geringer als der Atmosphärendruck. Das Zählrohr besitzt an einer Seite ein Glimmerfenster, welches auch für Beta- und Alphastrahlung passierbar ist. Im Gegensatz zu dem [[HW:Geiger-Müller-Zählrohr (Leybold)|Geiger-Müller-Zählrohr von Leybold]] ist der Zylinder deutlich kürzer und der Draht ist eher ein Gitter. Die elektronische Verarbeitung wird innerhalb des Gerätes selbst vorgenommen und entsprechend auf dem Display angezeigt. Das Gerät besitzt dazu mehrere Knöpfe für die Auswahl verschiedener Messmodi. Für die Nutzung draußen sind auch Schutzhüllen verfügbar.
+'''Funktionsweise'''
+Durch den Eintritt von ionisiierender Strahlung wird das Gas im Zylinder ionisiert. Bedingt durch die hohe Gleichspannung (ca. 500&thinsp;V zwischen Kathode und Anode werden die Elektronen bzw. Kationen beschleunigt. Die Beschleunigung der Elektronen führt zur Auslösung weiterer Elektronen: Die Röhre zündet. Das Zünden der Röhre führt für jedes detektierte Teilchen zu einem annähernd ähnlichem Stromstoß. Während des Ionisationsvorgangs kann kein weiteres Teilchen detektiert werden, der Vorgang findet während der Totzeit des Zählrohres statt. Die Totzeit ist ein typische charakteristische Größe und beträgt bei diesem Zählrohr ca. 100&thinsp;µs (typischerweise spielt die Betrachtung der Totzeit bei den erwähnten Experimenten jedoch keine große Rolle). Für die Montage lässt sich der Ranger mit Hilfe einer Bodenplatte auch an Breadboards befestigen.
-:<math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm {Cs} \to {}^{137*}_{\ 55} \mathrm {Ba} + \mathrm{e}^{-}+ \overline{\nu}_e </math>
+=== Zubehör ===
-Das enstehende <math>{}^{137*}_{\ 56} \mathrm{Ba}</math> ist metastabil und lässt sich damit abtrennen. Bei anderen Zerfällen wird auch Gammastrahlung frei, diese wird jedoch nahezu zeitgleich mit dem eigentlichen Zerfall abgegeben.
+Es ist möglich den Ranger via Bluetooth mit dem Smartphone zu verbinden [https://play.google.com/store/apps/details?id=sei.observerble&hl=en (Link zum Google App Store)].
+=== Experimente ===
-</div>
+* [[BP:Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen|Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen]]
-  <div class="large-5 columns">
+* [[EXP:Abschirmung von Gammastrahlung|Abschirmung von Gammastrahlung]]
-[[Datei:HW_Materie_Isotopengenerator.jpg|400px|thumb|right|Koffer mit Isotopengenerator]]
-  </div>
-</div>
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-'''Funktionsweise'''
+=== Betriebsanweisungen ===
-Durch die Eluation wird das <math>{}^{137*}_{\ 56} \mathrm{Ba}</math> aus dem Plastikkörper ausgespült. Das <math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm{Cs}</math> verbleibt im Generator. Die Zerfallskinetik des gesamten Prozesses lässt sich durch zwei miteinander gekoppelte Differentialgleichungen beschreiben:
+* [[BA:Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze|Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze]]
+* [[BA:Radioaktive Präparate unterhalb der Freigrenze|Radioaktive Präparate unterhalb der Freigrenze]]
+* [[BA:Bauartzugelassene radioaktive Präparate|Bauartzugelassene radioaktive Präparate]]
-:<math>\frac{\mathrm{d}N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Cs}}(t)}{\mathrm{d}t}=-\lambda_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}\cdot N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}(t)</math>
+=== Bedienungsanleitung des Herstellers ===
-:<math>\frac{\mathrm{d}N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}(t)}{\mathrm{d}t}=+\lambda_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Cs}}\cdot N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Cs}}(t)-\lambda_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}\cdot N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}(t)</math>
-Die Enstehung des <math>{}^{137*}_{\ 55} \mathrm{Ba}</math> ist hängt direkt mit dem Zerfall des <math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm{Cs}</math> zusammen. Die Abgabe der Gammastrahlung durch das <math>{}^{137*}_{\ 55} \mathrm{Ba}</math> erklärt den zweiten Teil der zweiten Gleichung. Die Lösung der Differentialgleichung für die Aktivität des <math>{}^{137*}_{\ 56} \mathrm{Ba}</math> lässt sich grafisch darstellen. Auf Basis dieser Lösung ist es auch ersichtlich, dass bis zur erneuten Verwendung des Generators entsprechend lang gewartet werden muss. Abhilfe leistet dabei die Verwendung eines frischen Generators. Neben der Verwendung zur Herstellung des Eluats lässt sich der gesamte Generator jedoch auch als Quelle von Gammastrahlung nutzen.
+* [https://seintl.com/media/product_document/Ranger%20Operation%20Manual%20English%20Version%208%20(1)_201211080436.pdf| Anleitung des Herstellers]
+* [https://seintl.com/media/product_document/Ranger%20Specifications%20(2)_201202015032.pdf| Übersichtsblatt des Herstellers zu den Spezifikationen des Rangers]
+* [https://www.youtube.com/watch?v=_cMmi_kghaM| Einführungsvideo des Herstellers]
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    <div class="large-5 columns">
-[[Datei:HW_Materie_Normierte Aktivität Ba137.jpg|400px|thumb|right|Zeitlicher Verlauf der Ba-137m Aktivität nach einem Elutionsvorgang]]
+[[Datei:HW_Materie_Geiger-Müller-Zählrohr_Ranger.jpg|400px|thumb|right|Geiger-Müller-Zähler von S.E. International. Die Bedienelemete sind klar erkennbar.]]
-  </div>
-</div>
-<div class="row">
-  <div class="large-7 columns">
-=== Zubehör ===
-Die Isotopengeneratoren befinden sich in einem Koffer. In diesem Koffer befinden sich eine Spritze zum Aufziehen der Elutionslösung und ein Schlauch. Die Spritze wird oben (d.h. auf der Seite der Beschriftung) angebracht und das Eluat kann dann durch den Schlauch in ein Reagenzglas tropfen.
-=== Experimente ===
    </div>
    <div class="large-5 columns">
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 {| class="wikitable" style="margin: auto; width: 100%"|
 | Sammlungsposition
-| Tresor für radioaktive Materialien
+| Moderne Physik: 1c
 |-
 | Hersteller
-| Eckert und Ziegler
+| S.E. International
-|-
-| Isotop und Aktivität
-| Cs-137, 370&thinsp;kBq
 |-
 | Sonstiges
-| Die Nutzung ist nur bei vorheriger Belehrung und unter Beachtung der derzeitigen rechtlichen Rahmenbedingungen möglich.
+| Die Nutzung ist sofort möglich.
 |}
+  </div>
+  <div class="large-5 columns">
+[[Datei:HW_Materie_Ranger_Bodenplatte.jpg|400px|thumb|right|Befestigung des Rangers mit einer Bodenplatte. Zu sehen ist die experimentelle Untersuchung des Abschirmungsgesetzes für Gammastrahlung.]]
    </div>
 </div>
-* [[BP:Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen|Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen]]
-* [[EXP:Abschirmungsgesetz von Gamma- und Betastrahlung|Abschirmungsgesetz von Gamma- und Betastrahlung]]
-=== Betriebsanweisungen ===
-* [[BA:Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze|Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze]]
-=== Bedienungsanleitung von Eckert & Ziegler ===
-* [https://www.ezag.com/fileadmin/ezag/user-uploads/isotopes/isotopes/Isotrak/isotrak-pdf/Operation_manuals/Isotopengenerator_2019_07.pdf]
 === Fotos ===
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+   <div class="large-4 large-centered columns">
-   <div class="large-8 large-centered columns">
 <ul class="example-orbit" data-orbit>
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-     [[Datei:HW_Materie_Isotopengenerator.jpg|slide 1]]
+     [[Datei:HW_Materie_Geiger-Müller-Zählrohr_Ranger.jpg|slide 1]]
      <div class="orbit-caption">
-       Isotopengenerator-Set
+       Geiger-Müller-Zählrohr von S.E. International (Ranger)
-    </div>
+     </div>
    </li>
-   <li>
+   <li class="active">
-     [[Datei:HW_Materie_Normierte Aktivität Ba137.jpg|slide 2]]
+     [[Datei:HW_Materie_Ranger_Bodenplatte.jpg|slide 2]]
      <div class="orbit-caption">
-       Gleichgewichts Aktivität Ba-137
+       Beispielhafte Verwendung des Rangers
-    </div>
+   </div>
-    </div>
+  </li>
+</ul>
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-Dieses Werk ist lizenziert unter einer [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de Creative Commons  Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.]
+Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de CC BY-NC-SA 4.0]
 |}

HW