Röntgen mit Klebeband?

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1 Röntgen mit Klebeband? 18. Juni 2010 Nachwuchsförderung im Strahlenschutz 2010 Christian Späte und Michael Schramm phaenovum - Schülerforschungszentrum Lörrach - Dreiländereck

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung beim Abziehen von Klebeband Konstruktion der Vakuumkammer 5 4 Vorarbeiten Fluoreszenz im Dunkeln Aufbau und Geräte Bilder des Abrollvorgangs 9 6 Experimente Untersuchung der verschiedenen Bänder Abhängigkeit vom Druck Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Messung des elektrischen Feldes Röntgenbilder Ausblick 18 8 Danksagung 19 9 Quellenverzeichnis 19 1 Einleitung Von klein auf lernt man den Umgang mit Klebeband, um dann zu kleben, was auch immer gerade nötig scheint. Nicht ganz so alltäglich, aber bestimmt genau so bekannt ist das Röntgen, seien es die Zähne, die beim Zahnarzt untersucht werden sollen oder der gebrochene Arm im Krankenhaus. Aber wer bringt schon diese zwei Themen miteinander in Verbindung? Klebeband ist Gegenstand des Alltags - mit dem Röntgen geht man schon etwas respektvoller um, wo es doch schädlich ist. Und auch sonst haben diese Themen ja nun wirklich nichts gemeinsam. Oder doch? 2008 lasen wir einen Artikel in der Fachzeitschrift "nature"[1], in dem berichtet wurde, dass beim Abziehen von Klebeband Röntgenstrahlung entsteht. Wir entschlossen uns dieses Phänomen, das bei uns großes Interesse weckte, zu untersuchen. Für den experimentellen Nachweis der Röntgenstrahlung mit einem Photo- 1

3 2 RÖNTGENSTRAHLUNG multiplier rollten wir mit Hilfe eines Motors Klebeband im Vakuum ab. Wir begannen dieses Phänomen nun systematisch zu untersuchen. Während wir versuchten an die für den Versuch erforderlichen Geräte, wie Vakuumpumpe und -kammer, zu gelangen, führten wir einige Vorversuche durch. So gelang es uns beispielsweise die Fluoreszenz beim Abziehen des Klebebandes in Luft zu beobachten. Als alle benötigten Geräte vor Ort waren begannen wir mit der eigentlichen Arbeit. Wir untersuchten zunächst verschiedene Klebebänder und danach die Abhängigkeit vom Druck und der Geschwindigkeit mit der das Band abgerollt wird. 2 Röntgenstrahlung Als Röntgenstrahlung bezeichnet man elektromagnetische Wellen mit sehr kleinen Wellenlängen λ (maximal 30nm), die bei hochenergetischen Prozessen mit Elektronen entstehen. Anhand ihrer Wellenlänge lässt sie sich in drei Gruppen unterteilen: weiche Röntgenstrahlung (30nm nm), mittlere Röntgenstrahlung (0,01nm - 0,001nm) und harte Röntgenstrahlung (kleiner als 0,001nm). Röntgenstrahlung kann auf zwei verschiedene Arten entstehen: Die sogenannte charakteristische Röntgenstrahlung entsteht beim Übergang von Elektronen aus einer äußeren Schale eines Atoms auf ein niedrigeres Energieniveau (innere Schale). Trifft ein freies Elektron mit hoher Geschwindigkeit auf ein Atom, so kann es ein Elektron aus einer inneren Schale (z.b. der K-Schale) schlagen. Ein Elektron aus einer energetisch höheren Schale springt dann in die entstandene Lücke und die dabei frei werdende Energie wird in Form eines Photons emittiert. Da die Atome jedes Elements anders aufgebaut sind, sind die möglichen Energiedifferenzen der verschiedenen Schalen, und das daraus folgende Röntgenspektrum (Diagramm von Intensität über Energie der Strahlung), für das jeweilige chemische Element charakteristisch. Abbildung 1 (links) zeigt die Entstehung von charakteristischer Röntgenstrahlung. 2

4 2 RÖNTGENSTRAHLUNG Abbildung 1: Entstehung charakteristischer Röntgenstrahlung (links) und Bremsstrahlung (rechts) [2] Röntgenstrahlung entsteht auch bei Vorgängen, bei denen Elektronen abgebremst werden. Ein Elektron, dass auf ein Atom trifft, wird, wenn es nicht wie bei der charakteristischen Strahlung auf ein anderes Elektron stößt, vom positiv geladenen Atomkern angezogen (Abbildung 1, rechts). Dabei wird es abgebremst und verliert einen Teil seiner kinetischen Energie. Diese Energie wird mittels eines Photons in Form von Röntgenstrahlung emittiert. Wie viel Energie als Photon abstrahlt werden kann, ist davon abhängig, wie stark das Elektron abgebremst wird. Maximal kann alle Energie des Elektrons abgegeben werden. Es gibt also eine von der maximalen Geschwindigkeit der Elektronen abhängige maximale Grenzfrequenz f max und damit im Spektrum der Bremsstrahlung auch eine maximale Energie. Nach E = h f (1) und λ = c f (2) ergibt sich für die Wellenlänge λ λ = c h E (3) hierbei ist c die Lichtgeschwindigkeit, h das plancksche Wirkungsquantum und E die Energiedifferenz (h 4, kevs). E ist bei der charakteristischen Röntgenstrahlung der Unterschied des Energieniveaus zwischen den Schalen und bei der Röntgenbremsstrahlung der Verlust an kinetischer Ener- 3

5 2.1 Röntgenstrahlung beim Abziehen von Klebeband 2 RÖNTGENSTRAHLUNG gie des gebremsten Elektrons. Die Energie der Photonen wird meist in Elektronenvolt ev (nach W el = e U mit der Elementarladung e und elektrischer Spannung U) angegeben. Ein ev entspricht dabei ca. 1, J. Die verbreitetste Methode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ist die Röntgenröhre. Hier nutzt man beide oben genannten Möglichkeiten zur Entstehung von Röntgenstrahlung. In einem Hochvakuum werden von einem Glühdraht durch den glühelektrischen Effekt Elektronen abgegeben. Mit der Beschleunigungsspannung U B werden die Elektronen auf hohe Energien beschleunigt. Sie treffen dann auf die Anode (meistens aus Wolfram oder Blei), wo sie ihre Energie in Form von Wärme und Röntgenstrahlung emittieren. Da die Wahrscheinlichkeit, dass ein einfallendes Elektron ein Elektron der Hülle trifft, verhältnismäßig gering ist, besteht der Großteil der entstehenden Strahlung aus Bremsstrahlung. Ihre maximale Energie hängt dabei von der Beschleunigungsspannung U B ab. 2.1 Röntgenstrahlung beim Abziehen von Klebeband Bei unseren Experimenten werden durch das Abziehen des Bandes Ladungen getrennt. Das abgezogene Klebeband wird positiv, und die Rolle negativ geladen. Dadurch entsteht eine Spannung zwischen den beiden Seiten. Wird die Spannung groß genug, so bewegen sich Elektronen von der Rolle (Kathode) zum Klebeband (Anode). In Luft können sich keine hohen Spannungen aufbauen, da es schon früh zu einem Ladungsausgleich kommt. Die Elektronen werden beschleunigt und treffen auf die Stickstoffmoleküle der Luft. Diese werden durch den Zusammenstoß angeregt und emittieren bläuliches Licht. Findet der eben beschriebene Versuch jedoch im Vakuum statt, beobachtet man nicht nur das blaue Leuchten, sondern kann auch Röntgenstrahlung nachweisen. Die geringere Anzahl von Gas-Molekülen zwischen den beiden Polen hat zwei Auswirkungen, die die Entstehung von Röntgenstrahlung verursachen. Zum einen sinkt im Vakuum die Leitfähigkeit des Zwischenraums zwischen Klebeband und Rolle, wodurch der Ladungsausgleich erst bei einer höheren Spannung stattfindet. Die Elektronen werden somit auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt und können beim Auftreffen auf das Band größere Energien an die emittierten Photonen weitergeben. Zum anderen liegen im Vakuum weniger Stickstoffmoleküle auf dem Weg der Elektronen. Dadurch werden zwar auch weniger Stickstoffmoleküle zum 4

6 3 KONSTRUKTION DER VAKUUMKAMMER Leuchten angeregt, allerdings erreichen auch mehr Elektronen ihre maximale Geschwindigkeit und treffen dann auf die Anode. Hier werden die Elektronen dann wie in der normalen Röntgenröhre von den Atomkernen abgebremst und emittieren Bremsstrahlung. Bei unseren Versuchen konnten wir zunächst keine charakteristische Strahlung erkennen, da unsere Anode nicht aus schweren Elementen - wie zum Beispiel Blei oder Wolfram bei der Röntgenröhre - besteht. Klebebänder bestehen im Allgemeinen aus einem Trägermaterial (z.b. Kunststofffolie) und einem darauf ausgetragenen Klebestofffilm aus Naturkautschuk oder einem Polyacrylat (Polyester der Acrylsäure, oder aus mit ihr verwandten Stoffen). Die meisten Kunststoffe bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, also leichten Elementen mit Atomen die maximal zwei Schalen besitzen. Die maximal mögliche Energie der charakteristischen Strahlung ist also sehr gering. Für Wasserstoff liegt diese Energie bei 0keV, für Kohlenstoff bei 0,3keV und für Sauerstoff bei 0,5keV. In unseren gemessenen Röntgenspektren kann man diese Linien nicht beobachten, da sie sich mit der Hintergrundstrahlung überlagern. 3 Konstruktion der Vakuumkammer Da für den Nachweis der Röntgenstrahlung ein Druck von weniger als 0,1mbar nötig ist, konnten wir weder mit den herkömmlichen Schulvakuumpumpen noch Gefäßen arbeiten. Ein Schulkamerad hatte die Möglichkeit uns eine Pfeiffer Vakuumkammer, die ein Feinvakuum (10-4 mbar bis 1mbar) erstellen kann, zu besorgen. Durch Zufall ergab sich die Zusammenarbeit mit der Ausbildungswerkstatt der Firma Raymond in Weil. In mehrwöchiger Arbeit entwarfen und bauten wir dort, mit zwei Lehrlingen, eine erste Vakuumkammer (Abbildung 2, rechts). Im Gegenzug gaben wir den gesamten Lehrlingen der Ausbildungswerkstatt (Abbildung 2, links) mehrmals Unterricht in Mathematik. Bei unseren ersten Messversuchen mussten wir jedoch feststellen, dass die Kammer undicht war. Mit Hilfe eines Helium-Lecksuchgeräts an der Universität Basel konnten wir feststellen, dass die Schweißnähte irreparabel undicht waren. Spontan erklärte sich die Universität Basel bereit eine Ersatzkammer zu konstruieren. Dies gelang innerhalb kurzer Zeit. 5

7 4 VORARBEITEN Abbildung 2: Gruppenbild mit Lehrlingen der Firma Raymond (links), Vakuumkammer (rechts) 4 Vorarbeiten 4.1 Fluoreszenz im Dunkeln Da wir zu Beginn nicht die Möglichkeit hatten im Vakuum zu messen und wir somit auch keine Röntgenstrahlung untersuchen konnten, begannen wir uns mit dem Phänomen der Fluoreszenz zu beschäftigen. In einem abgedunkelten Raum rollten wir verschiedene Klebebänder mit einem Motor ab (siehe Abbildung 3, links). Die verschiedenen Klebebänder leuchteten unterschiedlich stark. Abbildung 3 (rechts) zeigt die Fluoreszenz eines Klebebandes. Abbildung 3: Abrollen (links) und Fluoreszenz (rechts) des Klebebandes 4.2 Aufbau und Geräte Abbildung 4 zeigt den Versuchsaufbau, den wir für die Untersuchung der Röntgenstrahlung verwendet haben. Im Folgenden soll auf die einzelnen Komponenten eingegangen werden. Ein Motor (Betriebsspannung 0-12V) rollte das Klebeband in einer Vakuumkammer ab. Den Druck in der Kammer bestimmten wir mit Hilfe eines Drucksensors. Um die entstehende Strahlung zu messen, befestigten wir den Photomultiplier, der mit einer Hochspan- 6

8 4.2 Aufbau und Geräte 4 VORARBEITEN nungsquelle (ca.1200v) betrieben wurde, möglichst nahe über dem oberen Sichtfenster der Kammer. Durch einen an das Messerfassungssystem CASSY angeschlossenen Vielkanalanalysator wurden die Photonen verschiedenen Energien zugeordnet. Als alternatives Messgerät benutzten wir auch einen Geiger-Müller-Zähler, der an ein weiteres CASSY angeschlossen wurde. Um die aktuelle Zählrate mit den Druckschwankungen zu vergleichen, zeichneten wir die Druckanzeige mit einer Videokamera auf. Die wichtigsten Bestandteile sollen nun genauer erklärt werden. Abbildung 4: Unser Aufbau Vakuumkammer: Wichtig für den Bau der Vakuumkammer waren vor allem folgende benötigte Anschlüsse: - zwei Stromanschlüsse für den Elektromotor - Leitung für die Vakuumpumpe - Drucksensor für das Vakuum - Belüftungsventil Der Photomultiplier sollte außerhalb der Kammer stehen, dafür musste ein Sichtfenster aus Plexiglas angebracht werden. Damit nicht zu viel Strahlung absorbiert wird, durfte das Glas nicht zu dick sein. An den Seiten wurden die anderen Anschlüsse sowie ein weiteres Sichtfenster zur Beobachtung des Versuchs angebracht. 7

9 4.2 Aufbau und Geräte 4 VORARBEITEN Photomultiplier: Ein Photomultiplier detektiert Lichtquanten (Photonen) und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Dabei trifft ein Photon auf einen Photokathodenschicht und löst durch den Photoeffekt Elektronen aus dieser heraus. Diese Photoelektronen treffen nun auf eine Dynode, in der sie Sekundär-Elektronen herausschießen. Dieser Vorgang wiederholt sich im Photomultiplier mehrere Male, dadurch nimmt die Anzahl der Elektronen rasant zu. Diese treffen dann auf eine Anode und fließen zur Masse hin ab. Dabei erzeugen sie einen Spannungsabfall über einen Widerstand. Dieses Prinzip wird in Abbildung 5 verdeutlicht. Abbildung 5: Funktionsweise eines Photomultipliers [3] Mit dem Photomultiplier kann man auch die Energie der Photonen bestimmen, indem man die Höhe der Pulse bestimmt. Unseren Phot-multiplier haben wir mit Hilfe einer Americium241-Quelle geeicht. Im Programm kann man auch die Totzeit ablesen. Das ist die Zeit, in der das Gerät die empfangenen Daten verarbeitet und deshalb keine weiteren Daten annehmen kann. 8

10 6 EXPERIMENTE 5 Bilder des Abrollvorgangs Um zu untersuchen, wie sich das Klebeband beim Abziehen verhält, beobachteten wir den Vorgang unter einem Mikroskop. Man konnte erkennen, dass der Klebefilm vor dem Abreißen Fäden bildet. Abbildung 6 zeigt die Fadenbildung. Abbildung 6: Abziehen von Klebeband unter dem Mikroskop 6 Experimente Wie in Kapitel 4.2 beschrieben, wurde der Photomultiplier vor jeder Messreihe mit einer Americium241-Quelle geeicht. Abbildung 7 zeigt das Energiespektrum vom Americium241, das durch den CASSY-Vielkanal-Analysator erstellt wurde. Abbildung 7: Spektrum einer Americium241-Quelle 9

11 6 EXPERIMENTE Ein erstes Röntgenspektrum, wie es beim Abrollen von Scotch Crystal entsteht, ist in Abbildung 8 zu sehen. Hierfür machten wir eine Messung des Untergrunds, die wir von der Messung des Abrollvorgangs subtrahierten. Auf dieser Abbildung erkennt man, dass in zwei unterschiedlichen Energiebereichen Strahlung gemessen wird. Diese Bereiche konnten wir bei allen Messungen beobachten. Bei der Strahlung im Energiebereich von 0-5keV handelt es sich um langwellige Strahlung. Je nach Messung und Totzeit schwankt ihre Intensität. Man kann sie bei der Auswertung der Röntgenstrahlung vernachlässigen. Abbildung 8: Beispiel eines Röntgenspektrums (Druck p= mbar, Motorspannung U=12V, Scotch Crystal, 1. Abrollen) Um zu prüfen, ob die Ergebnisse unserer Messungen reproduzierbar sind, führten wir Messungen mit zwei Klebebandrollen des gleichen Fabrikats unter gleichen Bedingungen durch. Die Kurven (Abbildung 9) waren fast identisch. Abbildung 9: Zwei Messungen bei gleichen Bedingungen (p= mbar, U=9V, Scotch Crystal, 2. Abrollen) 10

12 6 EXPERIMENTE Für unsere Messungen rollten wir das selbe Klebeband fünf Mal ab (Abbildung 10). Dabei beobachteten wir, dass sich das Energiemaximum vom ersten bis zum letzten Abrollen jeweils leicht zu kleineren Energien hin verschob. Eine weitere Beobachtung war, dass die Intensität beim zweiten Abrollen maximal war, dann nahm sie kontinuierlich ab. Abbildung 10: Energiespektren bei mehrfachem Abrollen (p= mbar, U=12V, Scotch Crystal) Eine Erklärung dafür, fanden wir durch das Phänomen des Ausgasens. Beim Abrollen eines Klebebandes im Vakuum gast dieses aus. Die Stärke des Ausgasens hängt von der Anzahl des Abrollens beim jeweiligen Band ab. Dadurch verändert sich der Druck. Beim zweiten Abrollen gast es am stärksten aus, sodass der Druck hier am größten ist. 11

13 6.1 Untersuchung der verschiedenen Bänder 6 EXPERIMENTE 6.1 Untersuchung der verschiedenen Bänder Ein Ziel von uns war es herauszufinden, welche Klebebänder am meisten Röntgenstrahlung emittieren. Bisher untersuchten wir elf Klebebänder auf die Entstehung von Röntgenstrahlung (Abbildung 11). Klebebänder Scotch Crystal Scotch Magic Scotch Tape 508 Willy Heckmann Clear Willy Heckmann Hochtrans. Migros Selbstklebebänder NOPI Papeteria Unsichtbar Papeteria Kristallklar tesa Film Matt-unsichtbar tesa Film Kristall-klar RS Ja Ja Nein Nein Nein Nein Nein Nein Nein Nein Nein Abbildung 11: Eine Auswahl an Klebebändern Neben Scotch Crystal, das wir für die meisten Versuche benutzten, konnten wir nur bei Scotch Magic Röntgenstrahlung messen. Bei diesem Band trat jedoch nur sehr kurz am Anfang des Abrollvorgangs Strahlung auf. Vermutlich liegt das am Ausgasen, denn der Druck nahm bei diesem Band durch das Ausgasen sehr stark zu. Somit war der Druck nach kurzer Zeit zu groß, um weitere Strahlung messen zu können. 12

14 6.2 Abhängigkeit vom Druck 6 EXPERIMENTE 6.2 Abhängigkeit vom Druck Wir führten Messungen bei unterschiedlichem Druck durch, um heraus zu finden, bei welchem Druck die maximale Strahlung entsteht. Der niedrigste Druck, den wir mit unserer Pumpe erreichen konnten, lag bei mbar. Der größte Druck, bei dem wir noch Röntgenstrahlung messen konnten, betrug 0.1 mbar. Zwischen diesen Werten führten wir Messungen bei 0.03, 0.06 und 0.08mbar durch. Bei dem Druck von 0.06mbar konnten wir die größte Intensität beobachten. Bei stärkerem oder schwächerem Druck nahm die Intensität ab, wobei sie zum größeren Druck hin sehr schnell, zum kleineren langsamer abnahm. Bei der Messung mit dem größten Druck (0.1mbar) konnten wir nicht mehr beobachten, dass beim zweiten Abrollen, die Intensität größer ist, als beim ersten. Das liegt daran, dass hier kein Ausgasen mehr stattgefunden hat und der Druck größer als der Idealdruck war. Die Abhängigkeit vom Druck ist in Abbildung 12 dargestellt. Abbildung 12: Druckabhängigkeit (U=12V, Scotch Crystal) 13

15 6.3 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit 6 EXPERIMENTE 6.3 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Da der Umfang der Rolle auf die das Klebeband gespult wird zunimmt, nimmt auch die Geschwindigkeit des Bandes während dem Abrollvorgang zu. Wir berechneten die minimalen und maximalen Geschwindigkeiten v beim Abrollen eines Bandes für 6V, 9V und 12V. Dazu wurde die Periodendauer T des Motors und der Durchmesser d der Klebebandrolle vor und nach dem Abrollen gemessen. Die Abrollgeschwindigkeit kann dann mit v = π d T (4) berechnet werden. In Abbildung 13 ist das Ergebnis dieser Berrechnungen dargestellt. Abbildung 13: Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (p= mbar, U=12V, Scotch Crystal) Wir untersuchten, ob die Intensität der Strahlung von dieser Geschwindigkeit abhängt. Dafür rollten wir verschiedene Klebebänder bei unterschiedlichen Motorspannungen (6V, 9V und 12V) jeweils drei Mal ab und betrachteten dabei die Counts pro Sekunde. Von den dabei entstandenen Kurven bildeten wir für die jeweiligen Spannungen den Mittelwert. Abbildung 14 zeigt das Resultat dieser Messung bei einer Spannung von 12V. Beim ersten Abrollen des Bandes war es charakteristisch, dass etwa nach der Hälfte des Bandes ein Maximum der Zählrate erreicht wurde. Bei dem zweiten und dritten Abrollen befand sich hingegen an dieser Stelle ein Minimum der Zählrate. Dieser Unterschied zwischen ersten und weiterem Abrollen könnte durch das Aufrollen des Klebebandes bedingt 14

16 6.3 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit 6 EXPERIMENTE sein. Bevor wir es zum ersten Mal abrollten, wurde es industriell aufgerollt, danach wurde es durch uns aufgerollt. Hierbei könnte eine Rolle spielen, wie fest das Klebeband aufgerollt wird, da dieser Druck in der Industrie vermutlich anders ist als der bei uns auf das Band ausgeübte Druck. Abbildung 14: Verlauf der Zählrate beim Abrollvorgang (p= mbar, U=12V, Scotch Crystal) Die Kurven der Mittelwerte zeigen bei allen Spannungen einen qualitativ ähnlichen Verlauf (Abbildung 15).Unterschiede sind nur dadurch bedingt, dass bei höheren Spannungen aufgrund der kürzeren Laufzeiten des Bandes, höhere Intensitäten registriert werden. Zusätzlich bildeten wir bei allen Geschwindigkeiten das Integral dieser Kurven und bestimmten damit die Gesamtzahl der Röntgenphotonen. Diese Gesamtzahl nahm bei kleiner werdenden Geschwindigkeiten ab. Damit hängt die Intensität der Röntgenstrahlen von der Geschwindigkeit ab. Abbildung 15: Zählrate bei verschiedenen Spannungen (p= mbar, Scotch Crystal) 15

17 6.4 Messung des elektrischen Feldes 6 EXPERIMENTE 6.4 Messung des elektrischen Feldes Mit einem Elektrofeldmeter konnten wir das elektrische Feld eines abgezogenen Klebestreifens messen. Bei einem Elektrofeldmeter ist an der Vorderseite ein Flügelrad und dahinter eine Elektrode angebracht. Durch das Drehen des Flügelrads wird die Elektrode regelmäßig abgeschirmt. Wenn das elektrische Feld an die Elektrode gelangt, wird diese umgeladen. Weil sich die Feldstärke ändert, entsteht eine Wechselspannung, die dann mit der Position des Flügelrads verglichen werden kann. So kann man die elektrische Ladung eines Feldes bestimmen. Abbildung 16: Aufbau mit dem Elektrofeldmeter (links), abgerollte Klebestreifen (rechts) Bevor wir die Messungen mit dem Elektrofeldmeter durchführten, eichten wir es mit einer geladenen Kondensatorplatte, die in einem Abstand von 10cm vor dem Elektrofeldmeter aufgestellt wurde. Das elektrische Feld des Bandes betrug +256 kv, wobei ein Fehler von m etwa 5 Prozent durch die Abstandsmessung bei der Eichung entstehen kann. Wie bereits in Kapitel 2.1 erwähnt ist das Klebeband also positiv und die Rolle negativ geladen. Der linke Teil der Abbildung 16 zeigt diesen Versuchsaufbau. Rechts, in Abbildung 16 ist zu erkennen, wie sich zwei positiv geladene Klebestreifen abstoßen. 6.5 Röntgenbilder Wenn man etwas von Röntgenstrahlung hört, denkt man meist auch an Röntgenbilder. Auch wir fragten uns natürlich, ob es möglich sei, mit der Röntgenstrahlung unserer Klebebänder ein solches Bild zu machen. Dazu verlegten wir unseren gesamten Versuchsaufbau für einen Vormittag in eine Zahnarztpraxis. Zuerst bestimmten wir mit dem Photomultiplier das Spektrum der dortigen Röntgenquelle und fertigten mit ihr und einem digitalen 16

18 6.5 Röntgenbilder 6 EXPERIMENTE Auslesegerät ein Bild einer Glühbirne an. Leider scheiterten zunächst Versuche mit der von Klebebändern erzeugten Röntgenstrahlung Bilder anzufertigen. Die Intensität der von den Klebebändern emittierten Röntgenstrahlung reichte nicht aus, um den digitalen Sensor auszulösen. Durch Verwendung von analogen Röntgenfilmen gelang es uns hingegen Röntgenbilder zu erstellen. Der Vorteil dieser Filme ist, dass sie beliebig lange belichtet werden können. Bei einmaligen Abrollen des Klebestreifens bei einem Druck von mbar konnten wir zunächst die Umrisse einer Unterlegscheibe auf einem Röntgenbild erkennen. Durch 15-maliges Abrollen des Klebebandes konnten wir die in der Abbildung 17 (links) dargestellte Glühbirne darstellen. Eine Büroklammer konnte man schon nach zweimaligem Abrollen deutlich erkennen (Abbildung 17, rechts). Abbildung 17: Selbstgemachte Röntgenbilder 17

19 7 AUSBLICK 7 Ausblick Bei unseren Nachforschungen bezüglich Vakuumpumpen haben wir Kontakt zu der Firma Busch, einer Firma die Vakuumpumpen und -systeme produziert, herstellen können. Einer der Firmeneigentümer hat uns das Angebot gemacht, in Zürich mit einer sehr guten Vakuumpumpe arbeiten zu können. Leider hat es nicht mehr für einen Treffen vor Abgabetermin dieser Arbeit gereicht. Dieses Angebot wollen wir bald in Anspruch nehmen, um die Entstehung der Röntgenstrahlung bei noch niederigerem Druck zu untersuchen. Es interessiert uns auch, ob die Entstehung der Röntgenstrahlung vom Klebstoff oder vom Material des Bandes abhängt. Dazu wollen wir analysieren, welcher Stoff beim Abrollen des Klebebandes ausgast. Außerdem sind wir weiterhin auf der Suche nach anderen Klebebändern, die ebenfalls Röntgenstrahlung emittieren. So wollen wir zum Beispiel Isolierband und Gewebeklebeband testen. Da wir uns die Abhängigkeit der Zählrate von der Abrollgeschwindigkeit noch nicht erklären können, planen wir auch hier noch weitere Experimente. 18

20 9 QUELLENVERZEICHNIS 8 Danksagung Besonders danken wir unseren Betreuern Herrn Klein und Herrn Kretschmer für ihre große Hilfe und Beratung. Vielen Dank an Uwe Schmidt von Pfeiffer-Vacuum, der uns die Vakuumpumpe zur Verfügung stellte. Weiterer Dank geht an die Uni-Basel, die die Vakuumkammer gebaut, sowie uns den hierfür nötigen Druckmesser geliehen hat. Ohne diese Geräte wäre unsere Arbeit nicht möglich gewesen. Hier möchten wir uns speziell bei Dr. Reimann, Herr Sacker, Herr Martin und Herr Knopfmacher bedanken. Auch den Auszubildenden der Firma Raymond und dem Leiter der Ausbildungswerkstatt, Herrn Käppele, danken wir für ihre Mühen beim Bau einer Kammer. Dem Zahnarzt Dr. Selbherr danken wir dafür, dass wir in seiner Praxis Versuche mit den Röntgengeräten machen durften. Vielen Dank an Dr. Späte, der uns Röntgenfilme zur Verfügung stellte und diese entwickelte. 9 Quellenverzeichnis [1] Carlos G. Camara, Juan V. Escobar, Jonathan R. Hird, Seth J. Putterman. Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick slip friction in peeling tape. nature: a weekly journal of science, 455, [2] [3] [4] Schülerduden Physik. (2001). Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG [5] Gerd Habenicht. (2006). Kleben- erfolgreich und fehlerfrei. (4. Aufl), vieweg [6] [7] [8] 19