Spinthariskop: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 2. August 2022, 13:02 Uhr

Spinthariskope sind die ersten Messinstrumente für ionisierende Strahlung. Die ionisierende Strahlung regt dabei eine mit Kupfer dotierte Zinksulfidschicht zu Szintillationen an, über eine Lupe können die dabei enstehenden Photonen beobachtet werden.

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Zentral für das Spinthariskop ist die mit Kuper dotierte Zinksulfidschicht. Die ist auf einem Plastikträger aufgebracht. Um die die Zinksulfidschicht zu schützen, ist vor dieser Schicht ein Gitter angebracht. Für die einfachere Beobachtung ist in einem Abstand von einigen Zentimetern eine Lupe angebracht, wobei der Abstand der Lupe von der Zinksulfidschicht durch Drehung der Lupe veränderbar ist.

Funktionsweise

Alphastrahlung tritt auf die ZnS:Cu-Schicht und regt diese zu Szintillationen an, welche sichtbare Photonen freisetzen. Die Lupe vergrößert die ZnS:Cu-Schicht. Es ist jedoch zu beachten, dass die Augen für eine Wahrnehmung der schwachen Leuchterscheinigung für mehrere Minuten vollständig an die Dunkelheit angepasst sein müssen. Vor die Szintillationsschicht muss dann ein Alphastrahler (z.B. Am-241) gehalten werden.

Experimente

Detektion von Alphastrahlung

Betriebsanweisungen

Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze

Bedienungsanleitung

Eine Beschreibung der Verwendungsweise ist auf dem Sphintariskop in englischer Sprache aufgedruckt.

Verkaufsbeschreibung des Herstellers

Hinter dem Schutzgitter ist die Zinksulfidschicht erkennbar. Diese kann durch Alphastrahlung zur Szintillation angeregt werden.

Wichtige Daten

Sammlungsposition	1d
Hersteller	United Nuclear
Sonstiges	Die Nutzung ist nur bei vorheriger Belehrung und unter Beachtung der derzeitigen rechtlichen Rahmenbedingungen möglich.

Durch die Lupe kann die Szintillationsschicht vergrößert werden und damit die Szintilationen und somit auch die ionisierende Strahlung wahrgenommen werden.

Fotos

     Blick auf die ZnS:Cu-Schicht und das Schutzgitter

     Blick auf die Lupe des Spinthariskops

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.
+Spinthariskope sind die ersten Messinstrumente für ionisierende Strahlung. Die ionisierende Strahlung regt dabei eine mit Kupfer dotierte Zinksulfidschicht zu Szintillationen an, über eine Lupe können die dabei enstehenden Photonen beobachtet werden.
 === 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:
+Zentral für das Spinthariskop ist die mit Kuper dotierte Zinksulfidschicht. Die ist auf einem Plastikträger aufgebracht. Um die die Zinksulfidschicht zu schützen, ist vor dieser Schicht ein Gitter angebracht. Für die einfachere Beobachtung ist in einem Abstand von einigen Zentimetern eine Lupe angebracht, wobei der Abstand der Lupe von der Zinksulfidschicht durch Drehung der Lupe veränderbar ist.
-:<math>{}^{137}_{\ 55} \mathrm {Cs} \to {}^{137*}_{\ 55} \mathrm {Ba} + \mathrm{e}^{-}+ \overline{\nu}_e </math>
+'''Funktionsweise'''
-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.
+Alphastrahlung tritt auf die ZnS:Cu-Schicht und regt diese zu Szintillationen an, welche sichtbare Photonen freisetzen. Die Lupe vergrößert die ZnS:Cu-Schicht. Es ist jedoch zu beachten, dass die Augen für eine Wahrnehmung der schwachen Leuchterscheinigung für mehrere Minuten vollständig an die Dunkelheit angepasst sein müssen. Vor die Szintillationsschicht muss dann ein Alphastrahler (z.B. Am-241) gehalten werden.
+=== Experimente ===
-</div>
+* [[EXP:Detektion von Alphastrahlung|Detektion von Alphastrahlung]]
-  <div class="large-5 columns">
-[[Datei:HW_Materie_Isotopengenerator.jpg|400px|thumb|right|Koffer mit Isotopengenerator]]
+=== Betriebsanweisungen ===
-  </div>
-</div>
+* [[BA:Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze|Radioaktive Präparate oberhalb der Freigrenze]]
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-  <div class="large-7 columns">
-'''Funktionsweise'''
+=== Bedienungsanleitung===
-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:
+Eine Beschreibung der Verwendungsweise ist auf dem Sphintariskop in englischer Sprache aufgedruckt.
-:<math>\frac{\mathrm{d}N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Cs}}(t)}{\mathrm{d}t}=-\lambda_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}\cdot N_{{}^{137}_{\ } \mathrm{Ba}}(t)</math>
+* [https://unitednuclear.com/index.php?main_page=product_info&cPath=2_12&products_id=506&zenid=t36n4ejg7n76rstiqf8hqh3hq2| Verkaufsbeschreibung 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.
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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_Spinthariskop_Gitter.jpg|400px|thumb|right|Hinter dem Schutzgitter ist die Zinksulfidschicht erkennbar. Diese kann durch Alphastrahlung zur Szintillation angeregt werden.]]
-  </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
+| 1d
 |-
 | Hersteller
-| Eckert und Ziegler
+| United Nuclear
-|-
-| Isotop und Aktivität
-| Cs-137, 370&thinsp;kBq
 |-
 | Sonstiges
 | Die Nutzung ist nur bei vorheriger Belehrung und unter Beachtung der derzeitigen rechtlichen Rahmenbedingungen möglich.
 |}
+  </div>
+  <div class="large-5 columns">
+[[Datei:HW_Materie_Spinthariskop_Lupe.jpg|400px|thumb|right|Durch die Lupe kann die Szintillationsschicht vergrößert werden und damit die Szintilationen und somit auch die ionisierende Strahlung wahrgenommen werden.]]
    </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-8 large-centered columns">
+   <div class="large-4 large-centered columns">
 <ul class="example-orbit" data-orbit>
    <li class="active">
-     [[Datei:HW_Materie_Isotopengenerator.jpg|slide 1]]
+     [[Datei:HW_Materie_Spinthariskop_Gitter.jpg|slide 1]]
      <div class="orbit-caption">
-       Isotopengenerator-Set
+       Blick auf die ZnS:Cu-Schicht und das Schutzgitter
      </div>
    </li>
    <li>
-     [[Datei:HW_Materie_Normierte Aktivität Ba137.jpg|slide 2]]
+     [[Datei:HW_Materie_Spinthariskop_Lupe.jpg|slide 2]]
      <div class="orbit-caption">
-       Gleichgewichts Aktivität Ba-137
+       Blick auf die Lupe des Spinthariskops
      </div>
      </div>
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 https://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/3.0/de/88x31.png
-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