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SVPRAKTIKUM Wintersemester 01/02

Kernphysik

UNTERSTUFE von Tosun Muhammet (9856877) 1) GRUNDLAGEN 1

a) Motivation 1 b) Vorraussetzungen 1 c) Lernziele lt. Lehrplan

2) EIN BISSCHEN THEORIE 2 3) VERSUCHE 5

a) Versuchsbeschreibung 5 b) Bestimmung der Nullrate 7 c) Bestimmung der Zählrate 8 d) Abstandsgesetz 9 e) Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle 10 f) Ablenkung des Magnetfeldes 11 g) Abschwächung von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlung 13

4) ALLGEMEINE BEMERKUNGEN 15

5) GRUPPENARBEIT/ARBEITSBLÄTTER 15

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1) GRUNDLAGEN a) Motivation Bei der Thematik Kernphysik scheint ein Bezug zum Alltag sehr einfach realisierbar zu sein. Gerade in der letzten Zeit liest man immer über Atomkraftwerke und wie gefährlich sie sind,... Hier scheint es mir möglich zu sein, die Aufmerksamkeit sogar von Schülern zu erlangen, welche normalerweise eher als passiv bezeichnet werden können. Natürlich ist eine entsprechende Aufarbeitung seitens des Lehrers von Nöten, ohne dabei auf die Physik zu vergessen. Dieses Kapitel wird in der 4.Klasse und in der 8. Klasse behandelt, wobei gerade in der letzten Klasse ein Bezug zur Umwelt hergestellt werden kann und soll. Ein fächerübergreifende Behandlung von Themen wie Atombomben (Geschichte, politische Konsequenzen, Gefahren), Atomkraftwerken (Aktuelle Diskussion, Gefahren für Österreich, Österreich Sonderstellung) wäre denkbar, förderlich. Ich werde im folgenden die Möglichkeiten für die 4.Klasse erarbeiten. Vorraussetzungen Man muss sich überlegen auf welchem Wissen man aufbauen kann. In der Unterstufe kann davon ausgegangen werden, dass den Schülern/innen die grundlegenden Begriffe wie Elektronen, Protonen, Neutronen,... bekannt sind. Auch im Chemieunterricht sollte der Atomaufbau besprochen worden sein. Dennoch sollte man hier alle notwendigen Begriffe nochmals einführen, da man davon ausgehen muss, dass dieses Vokabular seitens der Schüler/innen vergessen worden ist. Lernziele lt. Lehrplan Das radioaktive Verhalten der Materie Ausgehend von Alltagserfahrungen der Schülerinnen und Schüler soll ein grundlegendes Verständnis wichtiger Vorgänge in Atomkernen erzielt werden. Einsichten in Veränderungen im Atomkern als Ursache der „Radioaktivität“ gewinnen (Eigenschaften von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlen); Radioaktiven Zerfall als ständig auftretenden Vorgang erkennen; Grundlegende Vorgänge bei der Energieumsetzung in der Sonne, in Sternen und Kernreaktionen verstehen können (Kernfusion, Kernspaltung).

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2) EIN BISSCHEN THEORIE Entdeckung der Radioaktivität Der französische Physiker Henri Becquerel entdeckte im Jahre 1896 die radioaktive Strahlung. Er ließ zufällig ein Stück Uranerz einige Tage auf einer verpackten Fotoplatte liegen. Nach dem Entwickeln zeigte die Fotoplatte eine zunächst unerklärliche Schwärzung. Becquerel fand eine Erklärung für die Schwärzung des Films. Uran sendet unsichtbare Strahlen aus, die das Verpackungsmaterial durchdringen und eine Fotoplatte (oder einen Film) schwärzen können. Uran sendet unsichtbare Strahlen – radiaktive Strahlen- aus. Diese Eigenschaft des Uranerzes wird als Radioaktivität bezeichnet. Der Aufbau der Atome Jedes Element ist aus gleichartigen Atomen aufgebaut. Es gibt so viele Atomarten wie Elemente. Ein Atom besteht aus Kern und Elektronenhülle. Der Kern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut. Protonen sind positiv geladene Teilchen. Neutronen sind elektrisch neutral. Fast die gesamte Masse eines Atoms ist im Kern vereinigt. Zu jedem Elementnamen gibt es eine Kurzbezeichnung, das chemische Symbol: H für Wasserstoff, He für Helium, U für Uran usw. In der Physik werden zum chemischen Symbol noch die Anzahl der Protonen und Neutronen dazugeschrieben. 2

1H wobei die obere Zahl die Anzahl der Neutronen plus Protonen ist und die untere Zahl die Anzahl der Protonen darstellt. Die obere Zahl wird auch Massenzahl und die untere Zahl Ordnungszahl genannt. Die Masse eines Elektrons ist nur 1/1837 der Masse des Protons. Die Masse der Neutronen ist nur um 0,14% größer als die des Protons. Isotope Atome, deren Kern sich nur in der Anzahl der Neutronen unterscheiden, heißen Isotope. Die Isotope eines Elementes stehen im Periodensystem an derselben Stelle (isos topos =an derselben Stelle). 11H, 21H, 31H sind Isotope des Elementes Wasserstoff. Entstehung der radioaktiven Strahlung Radioaktive Strahlung entsteht, wenn große Kerne aufgrund ihrer Größe zerfallen, oder wenn das Verhältnis der Anzahl der Protonen zur Anzahl der Neutronen nicht passt. Strahlungsarten Beim radioaktiven Zerfall von z.B. Uran wird ein Alpha-Teilchen ausgestoßen. Dieses besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Durch diese Abgabe eines Alpha-Teilchens sinkt die Ordnungszahl um 2 und die Massenzahl um 4. Beim radiaktiven Zerfall des Kalium wird ein Elektron abgestoßen. Es entsteht bei der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton. Die ausgestoßenen Elektronen

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bezeichnet man als Beta-Teilchen bzw. Beta-Strahlung. Meist tritt neben der Alpha-Strahlung und der Beta-Strahlung noch eine dritte Strahlungsart auf, die Gamma-Strahlung. Während Alpha- und Beta-Strahlung Teilchenstrahlungen sind, ist die Gamma-Strahlung eine elektromagnetische Welle wie Radiowellen oder Licht. Allerdings besitzt die Gamma-Strahlung eine wesentlich höhere Energie als Licht und ist daher sehr gefährlich. Alpha-Teilchen sind positiv geladen (zwei Protonen), Beta-Teilchen sind negativ geladen (ein Elektron) und die Gamma-Strahlen sind besonders energiereiche elektromagnetische Wellen. Reichweite radioaktiver Strahlung Bereits eine dünne Papierschicht kann Alpha-Strahlen vollständig absorbieren. In Luft haben Alpha-Strahlen eine Reichweite von einigen Zentimetern. Beta-Strahlung wird beim Durchgang durch Beton- oder Bleiplatten geschwächt, aber nicht vollständig absorbiert. Die Reichweite in Luft beträgt viele Kilometer. Zerfallsgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit des radiaktiven Zerfalls lässt sich durch die Halbwertszeit angeben. Innerhalb eines Halbwertszeit zerfällt die Hälfte der gerade vorhandenen Kerne. Je kürzer die Halbwertszeit ist, desto schneller zerfällt ein Radioisotop und desto kurzlebiger ist es. Jedes Radioisotop besitzt eine ganz bestimmte Halbwertszeit: 131Iod 8 Tage 134Cäsium 2,1 Jahre 90Strontium 28,5 Jahre 137Cäsium 30 Jahre 14Kohlenstoff 5730 Jahre 40Kalium 1,3 Milliarden Jahre 238Uran 4,5 Milliarden Jahre 232Thorium 14 Milliarden Jahre Aktivität Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes gibt an, wie viele seiner Kerne pro Sekunde zerfallen. Daher ist die Aktivität um so größer, je größer die Masse und je kürzer die Halbwertszeit ist. Die Aktivität ist ein Maß für die Stärke der Radioaktivität eines Stoffes. Die Einheit der Aktivität ist 1 Becquerel (1 Bq). 1 Bq = 1 Kernzerfall pro Sekunde. Mit dem Zerfall der radioaktiven Substanz nimmt auch die Aktivität ab. Sie nimmt um so schneller ab, je kürzer die Halbwertszeit ist. Nachweis radioaktiver Strahlung Durch radioaktive Strahlung wird eine Fotoplatte, ähnlich wie beim Fotografieren „belichtet“. Bestimmte Stoffe (z.B. Zinksulfid) leuchten unter Einwirkung radioaktiver Strahlung

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auf. Radioaktive Strahlen können Elektronen aus einem Atom „herausschlagen“, also Atome ionisieren. Wird Luft ionisiert, so nimmt die Leitfähigkeit zu. Ein Elektroskop weist die Ionisation von Luft nach. In der Praxis ist das Elektroskop kein brauchbares Gerät, um radioaktive Strahlen nachzuweisen. Man verwendet dafür ein Zählrohr, einen sogenannten Geigerzähler. Ein Zählrohr knattert auch ohne ein radioaktives Präparat. Dieser sogenannte Nulleffekt wird durch die natürliche Strahlenbelastung hervorgerufen. Ein Teil, die kosmische Strahlung, stammt aus dem Weltraum. Der andere teil, die terrestrische Strahlung, stammt von radioaktiven Stoffen in der Erde. Gefahren der radioaktiven Strahlung Wirkt radioaktive Strahlung auf den Menschen ein, so spricht man von einer Strahlungsbelastung. Genauso wie die radioaktive Strahlung die Luft ionisiert, kann sie auch die Atome und Moleküle des menschlichen Körpers ionisieren. Bei der Ionisierung werden den Atomen und Molekülen Elektronen entrissen. Durch diese Veränderungen kommt es zu Strahlenschäden in den Zellen des Körpers. Eine starke Strahlenbelastung verursacht Krebserkrankungen oder gar den Tod. Bei geringen Strahlenbelastungen können Spätschäden auftreten, die sich erst viele Jahre später bemerkbar machen. Auch Erbschädigungen nachfolgender Generationen sind möglich. Energiedosis/Äquivalenzdosis Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen geben Strahlungsenergie an einen Körper ab, wenn sie auf diesen treffen. Die gesamte absorbierte Strahlungsenergie pro kg wird als Energiedosis bezeichnet. Die Äquivalenzdosis ist die absorbierte Strahlungsenergie pro kg mit Berücksichtigung der biologischen Wirksamkeit der Strahlenart. Sie ist ein Maß für die Stärke der Strahlungsbelastung, also für den biologischen Schaden, den eine Strahlung anrichtet. Die Einheit der Äquivalenzdosis ist 1 Sievert (1 Sv).

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3) VERSUCHE Hier wurde ein „Experimentierkoffer“ von der Österreichischen kerntechnischen Gesellschaft (ÖKT) verwendet. Dieser Koffer beinhaltet: • Digitalzähler mit Netzgerät

Die Zählzeiten können auf 1s, 10s, 100s, 1000s, „offen“ voreingestellt werden. Die Funktionen „Start“, „Stop“, „Nullstellung“, „Zähler ein“ sind sehr einfach einzustellen, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.

• Geiger-Müller-Zählrohr Allgemein besteht ein Zählrohr aus einem mit Gase gefülltem Rohr, in dessen Mitte axial ein Draht gespannt ist. Zwischen Draht und Rohrwand liegt eine Spannung von etwa 1 kV. Die durch ein dünnes Glimmerblättchen in das Zählrohr eintretende Strahlung ionisiert das Gas. Die Elektronen werden zum Draht hin beschleunigt und erzeugen durch Zusammenstöße mit weiteren Atomen lawinenartig weitere Ionen und Elektronen. Die Elektronen fließen über einen hochohmigen Widerstand ab und erzeugen so einen messbaren Stromimpuls.

• 137Cäsium-Quelle • 241Am-Quelle

• Diverse Platten und Halterungen

• Da das radioaktive Präparat in die stiftähnliche Vorrichtung „eingebaut“ wurde,

muss man bei der Nennung des Abstandes aufpassen. Das eigentliche radioaktive Präparat befindet sich p cm innerhalb des Stiftes. Um nun den tatsächlichen Abstand zu ermitteln zu können, muss zur Entfernung Zählrohr und Stift (a cm) p dazugezählt werden. Wir werden im folgenden die Entfernung a+p effektiver Abstand nennen.

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Aufgrund der Vollständigkeit der Ausrüstung, sind keine anderen Gerätschaften, Präparate,... notwendig. Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: In der Unterstufe ist es sehr schwer Versuche mit dem Zählrohr quantitativ auszuwerten. Sehr bald verliert man sich in statistische Details, welche für die Schüler/innen nicht nachvollziehbar sind. Deshalb bin ich der Meinung, dass diese Versuche lediglich qualitativ ausgewertet werden sollen.

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a) Bestimmung der Nullrate Die Versuchsanordnung entnehmen wir aus der Skizze.

Um statistischen Fehler vorzubeugen stellen wir eine besonders lange Messzeit ein (1000s). Daraus können wir die Impulse pro Sekunde ermitteln. Zählrate = Impulse in 1000s / 1000s Achtung: Die radioaktiven Präparate nicht in unmittelbarer Nähe zum Zählrohr aufstellen. Messergebnisse: 181 Ereignisse in 1000s. Daraus folgt die Nullrate mit 0,181 Ereignisse pro Sekunde. Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Dieser Versuch lässt sich neben dem Unterricht durchführen. Am Anfang der Einheit stellt man die Versuchsanordnung her und gegen Ende der Einheit sieht man sich das Resultat an. Da die berühmten Geigerzähler-Geräusche bei der Bestimmung der Nullrate sehr bescheiden ausfallen, stört dieses „Ticken“ den Unterricht in keinster Weise. Für die Schüler ist es meist sehr faszinierend, wenn sie den direkten Beweis erlangen, dass rund um ihnen radioaktive Strahlung vorhanden ist.

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b) Bestimmung der Zählrate

Wie aus der Versuchsanordnung ersichtlich, verwenden wir hier 137Cäsium. Beim Aufstellen des Zählrohres und des radioaktiven Präparates stellt sich die Frage des Abstandes, wobei für eine qualitative Auswertung dies nicht entscheidend ist. Bewährt hat sich ein effektiver Abstand von 3 cm (abweichend von der Skizze oben). Nicht vergessen: Zur Ermittlung der effektiven Zählrate muss die Nullrate berücksichtigt werden: Effektive Zählrate = Zählrate – Zählrate beim Nulleffekt Messergebnisse: Messzeit: 100 s Effektiver Abstand: 3 cm 10 Messungen: 2513; 2457; 2515; 2590; 2407; 2426; 2177; 2298; 2211; 2211; Zählrate (pro s): 23,8 Nullrate (pro s):0,18 effektive Zählrate (pro s): 23,62 Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Bei diesem Versuch besteht die Möglichkeit die statistische Deutung des radioaktiven Zerfalles, auf eine einfache und klare Art und Weise, deutlich zu machen. Man kann zum Beispiel den Schülern/innen folgende Aufgabe stellen, die sie dann in Gruppen ausarbeiten Wir führen 5 Messungen zu je 10s durch: Messung 1 2 3 4 5 Zerfälle 31 33 37 35 37 Nun sollte im Unterricht dieses Ergebnis interpretiert werden: Es treten nicht immer gleich viele Zerfälle auf. Auch lässt sich die Anzahl der Zerfälle nicht beeinflussen. Im Mittel –vor allem über längere Zeiten- kann man aber angeben, wie viel von einer radioaktiven Substanz zerfällt.

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c) Abstandsgesetz

Man misst die Stärke der radioaktiven Strahlung im Vergleich zum Abstand vom Präparat. Sinnvoll erscheint hier um den Messfehlern Einhalt zu gebieten, die Messzeit je nach Abstand einzustellen. effektive Abstand (cm) 3 5 7 9 Messzeit (s) 100 100 100 100 Zählrate ... ... ... ... effektive Zählrate ... ... ... ... Nicht vergessen: Zur Ermittlung der effektiven Zählrate muss die Nullrate berücksichtigt werden. Messergebnisse: Messzeit: 100 s effektiver Abstand 3 5 7 9 Impulszahl 2380,5 955,2 504,0 296,9 Zählrate 23,8 9,55 5,04 2,97 effektive Zählrate 23,62 9,37 4,86 2,79

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500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 1

Abstand

Impu

lsza

hl

0

Das Abstandsgesetz ist indirekt proportional zu r2, hier aber vermisst man diese Tatsache. Der Grund liegt darin, dass das Präparat ja nicht in alle Richtungen gleich stark strahlen kann, da es in den Stift eingeschlossen ist. Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Schüler/innen sollten nach diesem Versuch folgende Aussage treffen können: Je größer die Entfernung zu einer Strahlenquelle ist, desto geringer ist die Strahlenbelastung.

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d) Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle

Hier misst man die Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Winkel. Die Messdauer sollte auf man 100 s einstellen. Effektiver Abstand: 5 cm Winkel +45° +30° +15° 0° -15° -30° -45° Zählrate .... .... .... .... .... .... .... effektive Zählrate .... .... .... .... .... .... .... relative Zählrate .... .... .... 100% .... .... .... Die relative Zählrate ergibt sich aus Division der effektiven Zählrate durch die größte Zählrate und Multiplikation mit 100. Klarerweise wird sich die maximale Zählrate bei 0° befinden. Messwerte: Winkel +45° +30° +15° 0° -15° -30° -45° Impulszahl 160 172 299 867 305 140 147 effektive Zählrate 1,42 1,54 2,81 8,49 2,87 1,22 1,29 relative Zählrate(%) 16,73 18,14 33,10 100% 33,80 14,3715,19 Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Den Schülern sollten hier folgende Tatsachen bewusst werden: Obwohl das radioaktive Material am stärksten in die offensichtliche Richtung strahlt, bleiben die anderen Richtungen nicht verschont. Wenn das Präparat nicht bewusst in den Stahlstift, in der vorderen sichtbaren Vertiefung eingebettet sein würde, wäre die Messungen für die diversen Winkel gleich groß (wenn man statistische Fehler mit einbezieht). Einen solchen Versuch in der Unterstufe durchzuführen halte ich für sinnlos. Man sollte die Schüler nicht mit Wissen und insbesondere spezifischen Wissen, wie es hier der Fall ist, überfordern.

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e) Ablenkung im Magnetfeld Radioaktive Strahlung wird beim Durchgang durch ein Magnetfeld abgelenkt. Gamma-Strahlen werden in einem Magnetfeld nicht, die Alpha-Stahlen in eine und die Beta-Strahlen in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt.

Messzeit: 100s effektiver Abstand: 4cm Nordpol über Südpol Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45° Zählrate .... .... .... .... .... .... .... effektive Zählrate .... .... .... .... .... .... .... Die gleiche Messung sollte zum Vergleich mit umgedrehtem Magneten (Südpol über Nordpol) erfolgen. Messwerte: Nordpol über Südpol Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45° Impulszahl 117 103 91 121 110 317 411 effektive Zählrate 0,99 0,85 0,73 1,03 0,92 2,99 3,93 Südpol über Nordpol Winkel +45° +30° +15° 0 -15° -30° -45° Impulszahl 421 305 114 130 88 99 105 effektive Zählrate 4,03 2,87 0,96 1,12 0,7 0,81 0,87

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Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Die Schüler/innen sollten nach diesem Versuch die experimentelle Bestätigung der Ablenkung der Alpha- und Beta-Teilchen erhalten. Die Schüler/innen sollten vor diesem Versuch die Thematik „Magnet“ beherrschen. Zum Verständnis dieses Experimentes ist die Wirkung eines Magneten auf geladene Teilchen unerlässlich. Da aber die Magnetostatik auch in der 4.Klasse Unterstufe behandelt wird, sollte man darauf achten, dass die Reihenfolge lt. Lehrplan auch eingehalten wird. Ich würde diesen Versuch (so wie obigen) in der Unterstufe nicht durchführen, da es meiner Ansicht nach über das Ziel hinausgeht. Wenn man jedoch unbedingt diesen Versuch durchführen will sollte jedoch darauf achten den Versuch „Lage des Zählrohres relativ zur Strahlungsquelle“ und den Versuch „Ablenkung im Magnetfeld“ zu koppeln. Man kann die Zählrate bei den verschiedenen Winkeln einmal mit (Versuch1) und einmal ohne Magnetfeld (Versuch 2) ermitteln und wird dann darauf kommen, dass sich die Zählrate bei einigen Winkeleinstellungen deutlich erhöht, also ein Beweis für die Ablenkung der Strahlen. Hierbei ist es wichtig den effektiven Abstand nicht zu ändern.

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f) Abschwächung von Alpha-, Beta-, und Gammastrahlung *) Abschwächung von Alphastrahlen Versuch wird wie unten dargestellt aufgebaut. Zuerst wird ohne Absorber gemessen. Nachher misst man mit Absorber erneut die Zählrate. Nun vergleicht man beide Ergebnisse. Man kann davon ausgehen, dass hier lediglich die Alpha-Teilchen absorbiert worden sind. Die Messzeit beträgt 100s und der Abstand sollte nur einen Zenitmeter haben, da die Alpha-Teilchen nur wenige Zentimeter Reichweite besitzen. Material Luft Karton Impulszahl .... .... effektive ZR .... ....

*) Abschwächung von Gamma-Strahlen Der Versuchsaufbau ist unterhalb ersichtlich (Abbildung 2). Das Magnetfeld bewirkt eine Ablenkung der Beta-Strahlen, sodass diese das Ergebnis nicht beeinflussen können. Zuerst misst man ohne Absorber. Nachher kann man diverse Platten wie Blei-, Plexiglas-, Aluminium- und Eisenplatten vor das Zählrohr geben und die Zählrate bestimmen. Somit hat man die Möglichkeit die einzelnen Materialen in Hinblick auf ihre Durchlässigkeit der Gammastrahlen zu bewerten. Material Luft Plexiglas Aluminium Eisen Blei Impulszahl .... .... .... .... .... effektive ZR .... .... .... .... ....

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*) Abschwächung der Betastrahlung Die Messanordnung sieht ähnlich aus wie die bei Abschwächung der Gammastrahlung (Abbildung 2), nur wird hier das Magnetfeld entfernt. Jetzt wird aber eine Mischstrahlung mit Beta- und Gammaanteil gemessen. Daher muss der in obigen Versuch ermittelte Gammaanteil subtrahiert werden. Natürlich muss hierbei der Abstand gleich bleiben, da ansonst die Subtraktion nicht machbar wäre. Material Luft Plexiglas Aluminium Eisen Blei Impulszahl .... .... .... .... .... effektive ZR .... .... .... .... .... ZR von β .... .... .... .... .... Bemerkungen zum Einsatz im Unterricht: Obwohl die Versuche inhaltlich einfacher Natur sind, stell ich mir diese für eine/n 14 jährige/n Schüler/innen doch sehr kompliziert vor. Und da wie ich oben schon angedeutet habe eine quantitative Auswertung nicht für zweckmäßig halte, sehe ich auch in diesem Versuch nur einen demonstrativen Sinn. Die Schüler/innen sollen nach diesem Versuch die Theorie bestätigt bekommen, wie die einzelnen Strahlungsarten abgeschwächt werden können. Alternative Messung: Um die Einfachheit zu gewährleisten kann man, die verschiedenen Strahlungsabschwächungen zu einem Versuch zusammenfassen, indem man lediglich untersucht wie viel Strahlung durch x mm Blei hindurchdringen, unabhängig von der Strahlungsart. Effektive Abstand: 5cm. Messzeit: 100s

Impulszahl mittlere Impulszahl effektive Zählrate ohne Blei: 1200; 1176; 1229; 1202 11,84 1 mm Blei: 176; 181; 173; 177 1,59 3 mm Blei: 140; 141; 143; 141 7,83 5 mm Blei: 132; 106; 116; 127; 120 1,02 8 mm Blei: 99; 94; 105; 99 0,81 10 mm Blei: 80; 74; 100; 85; 85 0,67 15 mm Blei: 64; 69; 68; 67 0,49

0200400600800

100012001400

0 5 10 15 20

Bleistärke (mm)

Impu

lsza

hl

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4) ALLGEMEINE BEMERKUNGEN • Allgemein bin ich skeptisch gegenüber dem Einsatz obiger Versuche im

Unterricht. Einerseits benötigen die Versuche sehr viel Zeit, andererseits kann man keine tiefgreifenden Versuchsergebnisse erwarten. Gerade in der Unterstufe, wo ein grossteil der quantitativen Ergebnisse wegfallen, finde ich die Versuche nicht angebracht. Lediglich die Nullrate und die Zählrate finde ich für die Unterstufe geeignet.

• Die Bestimmung der Zählrate finde ich hingegen sehr brauchbar. Wie schon oben erwähnt besteht hier die Möglichkeit, an einem einfachen Versuch die Statistische Physik, eines der wichtigsten Kapitel der modernen Physik, zu besprechen. Ohne unzählige Definitionen neu einführen zu müssen, können hier die einzelnen Messergebnisse statistisch interpretiert werden.

• Die „Tabellen“ die ich vorgefertigt habe, sind nicht nur für die quantitative Auswertung sondern auch für die qualitative Auswertung wichtig. Z.B. muss ich ja wissen wie groß die effektiven Zählraten bei der Abschwächung der Gammastrahlen sind um analysieren zu können, welches Material am besten dafür geeignet ist.

Literaturverzeichnis: • Paul A. Tipler, „Physik“, Spektrum • ÖKT, „Versuche zur Radioaktivität“, Marzy und Rost • Ludick, Dopler, „Begegnung mit der Physik 4“ • Fürnstahl, Wolfbauer, „Physik heute 4“ • Paill, Schmut, Wahlmüller, „Physik4“ 5) GRUPPENARBEIT/ARBEITSBLATT Man kann auch die Möglichkeit einer Gruppenarbeit in Betracht ziehen: Die unten angeführten Arbeitsblätter sollten von einer Schülergruppe (3-5 Personen) ausgearbeitet werden. Bei einer Klasse mit 25 Schülern ergäbe dies eine Gruppenanzahl von 5 Stück. Also bräuchte man hier auch 5 Zählrohre und 5 radioaktive Präparate.

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Arbeitsblatt Radioaktivität 1. Nullrate Messzeit: 1000 s. Impulszahl: Nullrate: Erkläre warum wir 1000 s als Messzeit heranziehen statt 100 s: 2. Zählrate bei verschiedenen Abständen: Ermittle den die Impulszahl, Zählrate und effektive Zählrate bei einem Abstand Quelle - Zählrohr von 3,5,7,9,11 cm: Messzeit: 100s. Abstand (cm) 3 5 7 9 11 Impulszahl Zählrate Nullrate effektive Zählrate Vergleicht eure Werte mit den der anderen Gruppe. Warum unterscheiden sich die Werte: Zeichne nun ein Diagramm (Abstand zu Impulszahl): (Überlege dir ein passenden Maßstab) Erkläre nun mit eigenen Worten, was dir am Diagramm auffällt:

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3. Abschwächung der Strahlen Ermittle die Impulszahl, Zählrate und effektive Zählrate bei verschieden dicken Bleiplatten: Abstand: 5 cm. Messzeit: 100s Bleidicke 1mm 3 mm 5 mm 8 mm 10 mm 15mm Impulszahl Zählrate Nullrate effekt. Zählrate Zeichne nun ein Diagramm (Bleidicke zu Impulszahl): Nimm für den Abstand 0 mm den richtigen Wert vom Punkt 2. (Überlege dir ein passenden Maßstab) Erkläre nun mit eigenen Worten, was dir am Diagramm auffällt: Was für eine Strahlung haben wir analysiert? Welche Strahlungsarten gibt es und bei welchen Schichten sinkt die Strahlungsenergie jeweils auf die Hälfte (Schulbuch !):