HW:Isotopengenerator

Der Isotopengenerator löst mit einer Elutionslösung ${}_{\ 56}^{137*}\mathrm {Ba}$ aus einem ${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs}$-haltigen Substrat aus. Das dabei enstehende ${}_{\ 56}^{137*}\mathrm {Ba}$ lässt sich dann aufgrund seiner geeigneten Halbwertszeit experimentell nutzen.

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Der Isotopengenerator besteht aus einem Plastikkörper mit zwei Öffnungen. Bezogen auf das ${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs}$ besitzt der Generator eine Aktivität von 370 kBq. ${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs}$ zerfällt durch einen β⁻-Zerfall:

${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs} \to {}_{\ 55}^{137*}\mathrm {Ba} +\mathrm {e} ^{-}+{\overline {\nu }}_{e}$

Das enstehende ${}_{\ 56}^{137*}\mathrm {Ba}$ ist metastabil und lässt sich damit abtrennen. Bei anderen Zerfällen wird auch Gammastrahlung frei, diese wird jedoch nahezu zeitgleich mit dem eigentlichen Zerfall abgegeben.

Funktionsweise

Durch die Eluation wird das ${}_{\ 56}^{137*}\mathrm {Ba}$ aus dem Plastikkörper ausgespült. Das ${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs}$ verbleibt im Generator. Die Zerfallskinetik des gesamten Prozesses lässt sich durch zwei miteinander gekoppelte Differentialgleichungen beschreiben:

${\frac {\mathrm {d} N_{{}_{\ }^{137}\mathrm {Cs} }(t)}{\mathrm {d} t}}=-\lambda _{{}_{\ }^{137}\mathrm {Ba} }\cdot N_{{}_{\ }^{137}\mathrm {Ba} }(t)$

${\frac {\mathrm {d} N_{{}_{\ }^{137}\mathrm {Ba} }(t)}{\mathrm {d} t}}=+\lambda _{{}_{\ }^{137}\mathrm {Cs} }\cdot N_{{}_{\ }^{137}\mathrm {Cs} }(t)-\lambda _{{}_{\ }^{137}\mathrm {Ba} }\cdot N_{{}_{\ }^{137}\mathrm {Ba} }(t)$

Die Enstehung des ${}_{\ 55}^{137*}\mathrm {Ba}$ ist hängt direkt mit dem Zerfall des ${}_{\ 55}^{137}\mathrm {Cs}$ zusammen. Die Abgabe der Gammastrahlung durch das ${}_{\ 55}^{137*}\mathrm {Ba}$ erklärt den zweiten Teil der zweiten Gleichung. Die Lösung der Differentialgleichung für die Aktivität des ${}_{\ 56}^{137*}\mathrm {Ba}$ 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.

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

• Gammaspektroskopie - Musik aus Atomkernen
• Abschirmung von Gammastrahlung

Betriebsanweisungen

• Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze

Bedienungsanleitung

• Bedienungsanleitung von Eckert & Ziegler

Koffer mit Isotopengenerator

Wichtige Daten

Sammlungsposition	1d (Tresor für radioaktive Materialien)
Hersteller	Eckert und Ziegler
Isotop und Aktivität	Cs-137, 370 kBq
Sonstiges	Die Nutzung ist nur bei vorheriger Belehrung und unter Beachtung der rechtlichen Rahmenbedingungen möglich. Für die Verwendung ist die Eintragung in das Benutzungsbuch zwingend erforderlich.

Zeitlicher Verlauf der Ba-137m Aktivität nach einem Elutionsvorgang

Fotos

• 

       Isotopengenerator-Set
  

• 

       Gleichgewichts Aktivität Ba-137
  

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