11. – 13. Schuljahr

Michael Rode

Überprüfung der Unteilbarkeit von Photonen durch Koinzidenzmessung

Versuch Sek. II Lehrer
Material
  • Aluminium- oder Kunststoffplatte mit Blei als Strahlteiler
  • zwei Großflächenzählgeräte oder Geiger-Müller-Großflächen-Detektoren
  • Koinzidenz-Schaltung (z.B. CASSYLab)
  • Digitalzähler
  • radioaktives Präparat Am241 in durchbohrtem Bleiziegel
Aufbau eines aussagekräftigen Koinzidenzexperiments
Als Strahlteiler wird eine Aluminiumplatte benutzt (s. Abb. 3 ), als Detektoren dienen zwei Großflächenzählgeräte, die über eine Koinzidenzschaltung mit einem Digitalzähler verbunden sind (Abb. 1  – 2 ).
Das Experiment lässt sich auch mit zwei Geiger-Müller-Großflächen-Detektoren von Leybold und der in CASSYLab verfügbaren Koinzidenzfunktion realisieren. In diesem Fall sollte man als Strahlteiler eine Kunststoff-Platte nutzen, die man mit etwa 1 mm Blei belegt (s. Abb. 3).
Das Präparat Am241 wird in einen durchbohrten Bleiziegel so weit eingeschoben, bis der Deckel anstößt. Man stellt nun die beiden Detektoren rechts bzw. oben in gleicher Entfernung zum Bleiziegel so auf, dass der obere Detektor gerade eben keine direkte Strahlung mehr vom Präparat empfängt.
Nun misst man je 5 Minuten lang Koinzidenzen, und zwar:
  • ohne Strahlteiler in jedem Kanal,
  • mit Strahlteiler in jedem Kanal (der Strahlteiler wird mit der Bleibeschichtung zum Präparat aufgestellt),
  • mit Strahlteiler.
Ergebnisse
Mit der beschriebenen Anordnung ergeben sich Werte wie die in Abbildung 4 . Die Anzahl der Koinzidenzen erhöht sich gegenüber dem Zustand ohne Präparat nicht – was auch immer von der Quelle ausgesendet wird: Es teilt sich nicht und ruft in immer nur einem Detektor einzelne Klicks hervor. Dass bereits ohne Präparat Koinzidenzen auftreten, liegt an Myonen, für deren Nachweis die Koinzidenz-Vorrichtung ursprünglich gedacht war.
Sicherheit/Strahlenschutz
Das Am241-Präparat hat eine so große Aktivität, dass das Experiment nicht als Schülerexperiment geeignet ist. Da es neben der weichen Gammastrahlung vor allem Alpha-Strahlung aussendet, müssen die Schutzmaßnahmen gegen Alphastrahlung besonders beachtet werden.
Hinweise
  • Das Experiment gelingt auch mit anderen Gamma-Strahlern, z.B. dem weit verbreiteten Cs137. Allerdings ist wegen der zugehörigen kurzen Wellenlänge mit diesem Präparat kein Nachweis der Interferenzfähigkeit möglich. Daher sollte dem Am241-Präparat der Vorzug gegeben werden.
  • In der Schule kann man zz. Koinzidenzexperimente nur mit Gammastrahlung ausführen. Experimente mit Röntgenstrahlung sind zwar möglich, eine sorgfältige statistische Analyse zeigt jedoch, dass Röntgenstrahlung nicht als bestehend aus Einzelphotonen gedacht werden darf.

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