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Abteilung Kernphysik

Die Versuche der Abteilung Kernphysik befassen sich mit der experimentellen Untersuchung der von radioaktiven Isotopen erzeugten ionisierenden Strahlung. In den Versuchen ist insbesondere auch in den Nachweisprozessen die Wechselwirkung der emittierten Strahlung mit Materie von besonderer Bedeutung. Eine herausgehobene Stellung nimmt dabei die Wechselwirkung mit organischem Gewebe als zentrale Grundlage einer Gefährdungsbeurteilung im Sinne des Strahlenschutzes ein. Dieser ist nicht nur von elementarer Bedeutung beim Umgang mit radioaktiver Strahlung, sondern beinhaltet auch die Frage nach der Verantwortung der Wissenschaftler gegenüber Umwelt und Gesellschaft.

Die Versuche der Abteilung Kernphysik befinden sich im Gebäude S2/07 in den Räumen 254 und 261-263.

K2 – Absorption von Gammastrahlung

Versuchsaufbau K2

Im Versuch K2 setzen Sie sich mit der Wechselwirkung von γ–Strahlung mit Materie auseinander. Dieser Versuch bietet Ihnen dabei die Möglichkeit, Kenntnisse über die Entstehung von γ–Strahlung, die einzelnen Wechselwirkungsprozesse mit Materie und über den Nachweis dieser Strahlung experimentell zu vertiefen.

Bedenken Sie, dass – anders als bei den vielen anderen physikalischen Effekten, die Sie im Grundpraktikum kennen lernen – der Mensch kein Sinnesorgan hat, mit dem er radioaktive Strahlung direkt wahrnehmen kann. Sie sind also gezwungen, allein auf der Basis Ihrer Kenntnisse der physikalischen Prozesse und der Messtechnik die Ergebnisse Ihrer Versuchsdurchführung zu beurteilen.

Bitte arbeiten Sie dafür das Versuchsanleitung sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz durch. Des weiteren benötigen Sie hier einfach logarithmisches Papier (1.5 Dekaden) sowie doppelt logarithmisches Papier (2 Dekaden).

K3 – Dosimetrie und Strahlenschutz

Versuchsaufbau K3

Es ist das Ziel, die Aktivität von radioaktiven Präparaten in einem zunächst zu kalibrierenden Versuchsaufbau absolut zu bestimmen. Darauf aufbauend soll die Äquivalentdosis, der man beim Umgang mit ionisierender Strahlung im Praktikum ausgesetzt ist, berechnet und bewertet werden. Eine wichtige Größe, die dafür benötigt wird, ist die Ansprechwahrscheinlichkeit eines Zählrohres für γ–Strahlung, die i. A . deutlich geringer als eins ist, da γ–Quanten nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein Photoelektron auslösen, das stellvertretend nachgewiesen werden kann.

Bitte arbeiten Sie vor dem Versuch die Versuchanleitung sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz durch.

K5 – Ablenkung von Betastrahlen

Versuchsaufbau K5

Beim Betazerfall wird durch die zweite im Kern angesiedelte Kraft – die Schwache Kernkraft – ein Neutron bzw. Proton in ein Proton bzw. Neutron umgewandelt, wobei ein Elektron und ein Antineutrino bzw. ein Positron und ein Neutrino emittiert werden. Da sich das Elektron, auch Betateilchen genannt, und das Antineutrino die gesamte zur Verfügung stehende Energie teilen, entsteht eine kontinuierliche Energieverteilung der Elektronen, auch Betaspektrum genannt, mit einem Maximum etwas unterhalb der Hälfte der Gesamtenergie, die durch die Massendifferenz von Mutter- und Tochterisotop bestimmt ist. Ziel der Untersuchungen ist, die Geschwindigkeit, die relativistische Massenzunahme und die kinetische Energie dieser am häufigsten im Betaspektrum auftretenden Elektronen experimentell zu bestimmen und mit den Vorhersagen zu vergleichen.

Bitte arbeiten Sie dazu vor dem Versuch die Versuchsanleitung, sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz durch. Außerdem benötigen Sie Millimeterpapier.

K6 – Szintillations-Gammaspektroskopie

Versuchsaufbau K6

Ziel dieses Versuches ist, die beim Übergang von einem angeregten, gebundenen Kernzustand in einen energetisch tieferen Zustand emittierte charakteristische elektromagnetische Strahlung, auch γ−Strahlung genannt, spektroskopisch, d. h. energieaufgelöst, zu vermessen. Die dabei praktizierte Nachweismethode wird durch die verschiedenen Wechselwirkungsprozesse von γ−Strahlung mit Materie bestimmt und zeigt u.a., wie stark ein Detektorsystem ein zu messendes Signal beeinflussen kann.

Vor dem Versuch ist das Anleitungsblatt sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz durchzuarbeiten.

K7 – Statistik und Signifikanzprüfung

Versuchsaufbau K7

Vielen Prozessen, nicht nur dem radioaktiven Zerfall, liegen zufällige Ereignisse zu Grunde, deren Auftreten nicht exakt vorhersagbar ist, aber mit den mitteln der Statistik beschrieben werden kann.

Der Versuch gliedert sich in zwei Teile: Im ersten Teil werden Sie den radioaktiven Zerfall mit Hilfe von Monte-Carlo-Rechnungen simulieren, um die Zerfallsdaten anschließend statistisch auszuwerten. Im zweiten Teil geht es um die Bestimmung von Erkennungs- und Nachweisgrenze für eine Messung der ionisierenden Strahlung eines 60Cobalt-Präparats. Auch hierbei werden Sie Monte-Carlo-Rechnungen benutzen, um die beide charakteristischen Grenzen zu berechnen.

Der Versuch greift auf die Kenntnisse zurück, die Sie sich in der Vorlesung „Konzepte und Methoden der Metrologie“ angeeignet haben. Daher ist es sinnvoll auch das Material dieser Vorlesung bei der Vorbereitung zu Rate zu ziehen. Vor dem Versuch ist die Versuchsvorbereitung sowie Versuchsanleitung durch zu arbeiten sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz zu beachten. Außerdem gibt es für die im Versuch notwendigen Computerkenntnisse einen hilfreichen Spickzettel. ;-)

K8 – Rutherford-Streuung (Wahlversuch)

Strukturen im subatomaren Bereich können durch die Streuung von Photonen oder Nukleonen kenntlich gemacht werden. Im vorliegenden Versuch soll, in Anlehnung an das historisch bedeutsame Rutherford Experiment, durch Streuung von Alphateilchen an Goldkernen eine Aussage über die obere Grenze der Ladungsverteilung der Protonen im Goldkern erhalten werden. Ziel des Versuches ist auch die zum Verständnis derartiger Untersuchungen aufgestellte Rutherford Formel unter verschiedenen geometrischen Bedingungen zu testen.

Bitte vorher die Versuchsanleitung durchgehen, sowie das Merkblatt K0-Strahlenschutz. Außerdem brauchen Sie einfach logarithmisches Papier (6 Dekaden). Bitte planen Sie für diesen Wahlversuch etwas mehr als die übliche Zeit ein.

K9 – Szintillationsdetektoren und Koinzidenzspektroskopie

Der Versuch K9 ermöglicht Ihnen einen Einblick in den Bereich der medizinischen Anwendung von radioaktiven Isotopen und dem Nachweis von radioaktiver Strahlung mit Szintillationsdetektoren. Auf Basis des Wissens über die Wechselwirkung von Gammastrahlung mit Materie (siehe auch K3) – sollen Sie sich mit der Funktionsweise und dem Aufbau von Szintillationsdetektoren auseinandersetzen. Diese Detektoren werden dann für die Koinzidenzmessung zweier Gammaquanten verwendet, ein Verfahren, das für die Positronen-Emissions-Tomografie (PET) in der Medizin von Bedeutung ist.

Bitte beachten Sie, dass es für diesen Versuch unterschiedliche Anleitungen für Hauptfach-Physiker (BSc und LaG) sowie für Nebenfach-Studierende gibt. Beachten Sie auch das Merkblatt K0-Strahlenschutz.