11. – 13. Schuljahr

Michael Rode

Interferenz von Gamma-Photonen

Versuch Sek. II Lehrer
Material
  • 3 mm dicke Probe aus Speisesalz in einer kleinen Kunststoff-Schachtel (Lose Kristallite ergeben ein besseres Interferenzmuster als NaCl-Kristalle.)
  • radioaktives Präparat Am241 in Präparate-Halter (s. Abb. 1 )
  • 2 Bleistreifen mit Neodym-Magneten auf quadratischer Stativstange befestigt
  • Lineal mit Klebestreifen
  • Messdatenerfassungssystem, z.B. CASSY
Aufbau
Der Aufbau erfolgt gemäß Abbildung 1 – 4 , möglichst auf einer vorgezeichneten Unterlage, in folgenden Schritten:
1.Unterlage zeichnen, darin auch eine Zentrierlinie durch die Mitte von Präparat und Zählrohr.
2.Zwei Bleistreifen mit Spalt von 2 mm mittels Neodym-Magneten an einer quadratischen Stativstange (s. Abb. 3) befestigen. Hinterher Hände waschen! Ggf. Blei mit wasserfestem Schutzlack überziehen.
3.Kunststoff-Kapsel (ca. 30 mm × 30 mm × 3 mm) mit NaCl-Kristalliten gemäß Abbildung 2einspannen.
4.Ein Lineal auf der Unterlage mit Klebestreifen befestigen. Es dient sowohl zur Positionsmessung als auch als Führung für die Stativstange mit den Bleiplatten.
5.Präparate-Halter (Sintermagnet) gemäß Abbildung 1 herstellen. Bei der Messung Präparat auf die Kristallite-Kapsel eng aufsetzen (s. Abb. 2), ggf. von hinten mit Stativfuß gegen Verrutschen sichern.
6.Großflächenzählrohr so dicht wie möglich hinter dem Spalt aufstellen.
Messungen
  • Markierung auf der Stativstange an gut ablesbarer Stelle des Lineals so anbringen, dass Verschiebungen in 1-mm-Schritten gut ablesbar sind.
  • Messung möglichst mit einem Interface-System (z.B. CASSY) durchführen. Für alle Messungen eine Messdauer von mindestens 300 s einstellen.
  • Zunächst ohne Präparat den Nulleffekt messen (untere Gerade in Abb. 5a ).
  • Ursprungsgerade anpassen. Als Messwert gilt der Funktionswert dieser Geraden am rechten Diagramm-Rand.
  • Präparat einsetzen, Spalt mittig auf die auf der Unterlage eingezeichnete Zentrierlinie stellen. Erste Messung an dieser Stelle (s = 0 mm) ausführen.
  • Spalt mithilfe der Stativstange in 1-mm-Schritten verschieben, weiterhin je 300 s messen, Ausgleichsgeraden nutzen. Sorgfältige Einstellung erforderlich! Wiederholen, bis s = 10 mm erreicht.
Auswertung
  • Für jeden der Messvorgänge Endwert mittels Ausgleichsgerade bestimmen. Nulleffekt subtrahieren.
  • Ergebnis in Excel über einer s-Achse (Definitionsbereich 0 mm 10 mm) darstellen, dabei den hohen Grundpegel durch geeignete Subtraktion reduzieren.
  • Ggf. muss man den Graphen nach Maßgabe des Hauptmaximums um etwa 1 mm längs der Rechtsachse verschieben, weil weder Zentrierung noch Ablesung gestatten, in der 0-mm-Messung direkt im Hauptmaximum zu beginnen.
Theorie
NaCl hat eine Gitterkonstante von 282 pm. Am241 hat die Gamma-Energien 26 keV bzw 60 keV, entsprechend 31 pm bzw. 21 pm. Daher erwartet man bei den gegebenen Abmessungen folgendes Interferenzmuster: 1. Maximum 60 keV: 2,93 mm; 2. Maximum 26 keV: 6,9 mm. Die Übereinstimmung ist gut.

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