Lange Halbwertszeiten Stand:

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1 Alber-Ludwigs-Universiä Freiburg Fakulä für Physik Forgeschrienen-Prakiku I Lange Halbwerszeien Sand:.. Ziel des Versuchs In diese Versuch werden die Halbwerszeien eines n-srahlers ( 47 S) und eines p-srahlers ( 4 K) besi. Da es sich u exre langlebige Nuklide handel (.6 Jahre bzw..8 9 Jahre) is eine Beobachung der Ipulsrae in Abhängigkei von der Zei nich ehr öglich. Zuführung und Venile zur Seuerung des Gasflusses hochpräzise elekronische Waage Mehandurchflusszähler: Spezialzählrohr FH 54 ae-meer zur HV-Erzeugung Abb. : Aufbau zur Messung der Halbwerszei langlebiger Nuklide. echs is der Einschub der das Zählrohr i Bleikaer enhäl dargesell. Durchflusskonrolle Handprobenwechsler

2 Einleiung und Versuchssbeschreibung Die Halbwerszei exre langlebiger Nuklide läss sich aus der spezifischen Akiviä besien. Zur experienellen Durchführung wird ein Mehan-Durchflusszählrohr verwende. Es handel sich dabei u ein fenserloses Zählrohr in π-anordnung, wie scheaisch in Abb. dargesell. Die radioakiven Präparae (Akiviäen < Bq) werden in ein direk uner de Zählrohr befindliches Probenrad eingebrach. I sarken E- Feld u den dünnen Drah des Deekors lösen die wenigen Elekronen und Ionen, die durch radioakive Srahlung erzeug werden, Ionisierungslawinen aus und führen zu einer leich essbaren Enladung. Das Durchflusszählrohr wird i Proporionalbereich berieben. Hier is die Höhe der vo Zählrohr gelieferen Ipulse proporional der Priärionisaion, d.h. proporional zur Energie der nachzuweisenden Srahlung. Abb. : Scheaische Darsellung des i Versuch verwendeen Durchflusszählers Mi z. B. eine Naururanpräpara (A 3.6 kbq), eine geischen Srahler kann die Zählrohr-Charakerisik aufgenoen werden. Es ergeben sich für die α- und - bzw. (α+)-srahlung zwei gerenne Plaeaus (Abb. 3). Abb. 3: Zählrohrcharakerisik eines Durchflusszählrohrs /9

3 Bei fes gewähler Hochspannung (i Plaeaubereich des Zählrohres) wird die Akiviä des Präparas geessen. Aus der Beziehung Glg. ln N A kann bei bekanner Zahl der zerfallenden Aoe N und nach einer Absolubesiung der Akiviä A die Halbwerszei berechne werden. I Versuch werden sowohl ein α-srahler ( 47 S) als auch ein -Srahler ( 4 K) unersuch. Als Saariupräpara dien Saariuoxid S 3 von 99%iger einhei. Die Häufigkei des Isoops 47 S in naürliche Saariu is 4.87 %. Das S-Pulver wird in eine Al-Schälchen in den Probenrau eingebrach. Aus der Zahl der über der Oberfläche des S-Präparas (π-geoerie) pro Zeieinhei nachgewiesenen Teilchen kann die Akiviä des Präparas besi werden. Uner Berücksichigung der Geoerie und der eichweie der Teilchen in S 3 kann die Akiviä pro Voluen A V berechne werden und ergib sich zu: Glg. A V 4 n S O 3 F i n nachgewiesene α-teilchen pro Zeieinhei F Fläche Zur Berechnung wird die Beziehung von Bragg und Cleeann ausgenuz: Glg. 3 ρ c i ρ Diche effekives Aogewich c Proporionaliäskonsane Mi den Angaben.3c und ρ.6 g c -3 kann durch Division der Foreln für und S 3 die Konsane c eliinier werden: Glg. 4 S O3 ρ ρ S O3 S O3 Aeff hierbei is Glg. 5 i n i A i i A i Aogewich eines Eleens der Subsanz oder des Geisches n i relaiver Aneil des Eleens an der Subsanz oder de Geisch (s. Marier, Kernphysik, S. 5) 3/9

4 4K, der i Versuch zu unersuchende Srahler zerfäll uner Aussendung eines Elekrons ( - -Zerfall). Weierhin ri Elekroneneinfang (EC) auf. Diese beiden Prozesse reen i der relaiven Häufigkei - / EC /3 auf. Is die Zerfallskonsane EC für Elekroneneinfang und - die Zerfallskonsane für - Eission, dann is die Gesazerfallskonsane ges gegeben durch: Glg. 6 ges + EC Aus der geessenen Halbwerszei des - -Zerfalls kann dann i Glg. 7.3 die wahre Halbwerszei berechne werden. Als Kaliupräpara dien i Versuch Kaliuchlorid KCl. Die Häufigkei des Isoops 4 K in naürliche Kaliu is.8 %. U die Selbsabsorpion des K-Präparaes zu eliinieren, iß an die Zählrae n über dessen Gesaoberfläche (π-geoerie) in Abhängigkei von der i Schälchen enhalenen Masse in KCl. Dabei üssen die durch ücksreuung a Al-Gefäß geessenen Elekronen berücksichig werden. Die Zählrae läss sich, in Abhängigkei von der Masse durch µ nfρ Fρ Glg. 8 n ( e ) µ beschreiben. Dabei is: µ der Abschwächungskoeffizien und n die gesae Zählrae ohne ücksreuung Die Seigung der Tangene i Nullpunk dieser Funkion kann an i D, der -Akiviä eines Gras KCl und f B de ücksreufakor zu Glg. 9 dn d Ω D f 4π B berechnen. Der vo Zählrohr erfaße auwinkel is hier Ω π, der ücksreufakor von Al für -Teilchen is f B.9. Mi Hilfe obiger Gleichungen, nach ensprechender Kurvenanpassung an die Messpunke kann dann die Halbwerszei berechne werden. Erforderliche Kennnisse α-zerfall -Zerfall Elekroneneinfang Absorpion radioakiver Srahlung Gasionisaionsdeekoren Ugang i radioakiven Präparaen 4/9

5 Aufgabensellung. Aufnahe der Zählrohrcharakerisik Die Zählrohrcharakerisik is i eine Naur-Uran-Präpara (A 3.6 kbq) aufzunehen und der Arbeispunk auf de α-plaeau und de (α+)-plaeau zu wählen. (Zählrohrspannung < 4kV).. Messung der Halbwerszei von l47 S (α-srahler) A Arbeispunk des α-plaeaus wird nach der Besiung der Unergrundipulsrae die Ipulsrae des 47 S- Präparas in Abhängigkei des Nachweisrauwinkels geessen. Glg. is herzuleien und dai die Halbwerszei zu berechnen. Ansaz: Finde ein Zerfall in der Tiefe z des Präparas sa, so können die α-teilchen θ z nur dann ausreen wenn ihre Wegsrecke durch die Probe kürzer als die eichweie is (vgl. nebensehende Skizze). Probe Für die geessene Zählrae erhäl an (i den Bezeichnungen aus de Tex): Glg. wobei für den auwinkel Ω N A VF π Ω (z) dz 4 anzusezen is. Glg. Ω( x) dφ Denkansöße Frage: Waru iß an hier ein a, bzw. ß-Plaeau i Proporionaliäsbereich des Zählrohrs? Frage: Wie wirk sich der Diskriinaor auf die Zählrohrcharakerisik aus? 5/9 π θax (z) sinθdθ 3. Messung der Halbwerszei von 4 K Aufnahe des ß-Plaeaus i de K-Präpara und Besiung des Arbeispunkes. A Arbeispunk des -Plaeaus wird ebenfalls die Unergrundipulsrae besi. Die Zählrae des K-Präparas wird in Abhängigkei der Masse aufgenoen. Es is darauf zu achen, daß diese Abhängigkei über einen großen Bereich geessen wird (bis hin zu kleinen Massen) u eine aussagekräfige Kurvenanpassung öglich zu achen. Dabei solle die gesae Fläche des Schälchens ses gleichässig i KCl bedeck sein. Man zeichne das Terschea des 4 K-Zerfalls. Glg. 8 und Glg. 9 sind zu verifizieren und die Halbwerszei zu besien. Lieraur iezler: Einführung in die Kernphysik (6. Auflage): S. 6-69, S Bleuler und Goldsih: Experienal Nucleonics, S. 8, S. 86, S. 35/6 Marier: Kernphysik I I Ordner: K. Bächann: Messung adioakiver Nuklide; Auszüge -Absorpion von alpha-srahlung -Absorpion von bea-srahlung -Allgeeines über Gasionisaionsdeekoren -Absorpion i Zählrohrfenser und zwischen Präpara und Deekor -Selbsabsorpion -ücksreuung Bleuler, Goldsih: Experienal Nucleonics; Auszüge -elaive Bea Measureens; Backscaering and Selfabsorpion -Measureen of Source Srengh by Coparison wih UX; -Deerinaion of Parial Half Life for Bea Decay of K 4 T. Fließbach: Alphazerfall und Kernsrukur aus Physik in unserer Zei l (977) -6 Beschreibung und Beriebsanleiung für den Mehandurchflußzähler FH 5 i Spezialzählrohr FH 54 Messung langer Halbwerszeien