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Geigerzähler – Messen der Radioaktivität 04:52 min

Textversion des Videos

Transkript Geigerzähler – Messen der Radioaktivität

Hallo und herzlich willkommen zur Physik mit Kalle. Wir machen weiter mit der Atomphysik und wollen uns heute mal den Geigerzähler genauer ansehen. Wir lernen heute, was ein Geigerzähler ist, wie er funktioniert, was man mit einem Geigerzähler eigentlich misst und was die "Aktivität" einer radioaktiven Stoffmenge ist und was ihre Einheit ist. Für dieses Video könnte es hilfreich sein, wenn Ihr bereits das Video über die Alpha- Beta- und Gammastrahlung gesehen habt, denn dort wird kurz das Ionisationsvermögen behandelt.   So, und dann wollen wir mal. Was ist denn nun ein Geigerzähler? Der Geigerzähler wurde von dem Physiker Hans Geiger erfunden und dann später von seinem Assistenten Walther Müller noch mal wesentlich verbessert. Er ist ein Messgerät für ionisierende Strahlung. Unten seht ihr 3 Beispiele für gängige Geigerzähler. Meistens besteht ein Geigerzähler aus einem Rohr, dass auf die Probe gehalten wird und einem Kasten mit irgendeiner Art von Zählmechanismus, oft einem Lautsprecher oder einer LCD-Anzeige. Da im Rohr die eigentliche Messung stattfindet, sagt man oft auch Geiger-Müller-Zählrohr. So, aber wie funktioniert denn nun so ein Zählrohr? Das wollen wir uns jetzt mal genauer ansehen. Unten sehr Ihr eine sehr einfache Skizze eines Geigerzählers. Das Rohr, das im Bild grün umrandet ist, ist abgedichtet und wird mit einem Edelgas gefüllt. Außerdem hat es in der Mitte einen Draht und es wird dazwischen eine Spannung so angelegt, dass das Rohr die Kathode und der Draht die Anode ist. An der Vorderseite des Rohres, im Bild grau, ist ein strahlungsdurchlässiges Fenster, damit die von uns zu untersuchende Strahlung auch in das Zählrohr eindringen kann. Was nun passiert, ist Folgendes: Es dringt Strahlung in das Rohr ein und trifft auf die dort vorhandenen Edelgasatome. Wie wir bereits wissen, hat radioaktive Strahlung ein gewisses Ionisationsvermögen. Das heißt, sie ist in der Lage Elektronen aus Atomen herauszuschlagen. Durch die zwischen Rohr und Draht anliegende Spannung werden diese freien Elektronen nun auf den Draht hin beschleunigt, so dass ein kleiner Strom fließt. Deshalb verwendet man im Zählrohr übrigens ein Edelgas. Edelgase haben bereits ideale Elektronenkonfigurationen und sind nicht daran interessiert zusätzliche Elektronen aufzunehmen, so dass die freien Elektronen ungehindert bis zum Draht beschleunigt werden können. Man kann die Spannung auch erhöhen, so dass die Elektronen unterwegs noch mehrere Elektronen rausschlagen. Damit erhält man einen größeren, stärkeren Impuls, der besser zu zählen ist. So, aber was zählt denn ein Geigerzähler jetzt eigentlich? Das hängt ganz davon ab wie viel Spannung ich anlege. Ich kann die Spannung entweder so einstellen, dass nur die von der Strahlung direkt herausgeschlagenen Elektronen den Draht erreichen und dann den Strom messen. Dadurch erfahre ich etwas über die Energiemenge der untersuchten Strahlung. Ich kann die Spannung aber auch deutlich höher stellen. Dann erhalte ich über die Elektronenkaskaden ein deutliches Signal zu jedem Ionisationsvorgang und das ist der Bereich, in dem der Geigerzähler meistens verwendet wird. Er ist dann oft mit einem Lautsprecher gekoppelt und jedes dieser Ereignisse wird durch ein Knacksen wiedergegeben. Ihr habt das vielleicht schon Mal in einem Film gehört. Wenn man eine Probe, die nicht stark radioaktiv untersucht ist, klingt der Geigerzähler ungefähr so. Richte ich das Zählrohr dagegen auf eine stark radioaktive Probe, dann erhalte ich ungefähr so einen Klang. In dieser Einstellung liefert mein Geigerzähler mir also Informationen zur Anzahl der Zerfälle des radioaktiven Stoffes. Man sagt auch zu seiner Aktivität. Da wir uns die Aktivität eines radioaktiven Stoffes noch gar nicht angeschaut haben, wollen wir sie uns mal kurz genauer ansehen. Als Aktivität einer radioaktiven Stoffmenge bezeichnet, bezeichnet man die Anzahl der Kernzerfälle, die in dieser Stoffmenge pro Sekunde stattfindet. Für die Aktivität wird normalerweise das Formelzeichen A verwendet und die Einheit der Aktivität ist nach ihrem Erfinder benannt, nämlich nach Henri Becquerel. Die Definition der Einheit Becquerel ist relativ einfach. Eine Probe, die einen Zerfall pro Sekunde aufweist, hat die Aktivität ein Becquerel. So, wir wollen noch mal zusammenfassen, was wir heute gelernt haben. Ein Geigerzähler ist ein Messgerät für ionisierende Strahlungen. Die einfallende Strahlung erzeugt im Zählrohr freie Elektronen, die zur Anode hin beschleunigt werden, wodurch ein Strom fließt. Ein Geigerzähler kann entweder Informationen zur Energie der einfallenden Strahlung oder zur Anzahl der Zerfälle pro Sekunde liefern. Die Anzahl der radioaktiven Zerfälle, die in einer Stoffmenge pro Sekunde stattfinden, nennt man auch die Aktivität A dieser Probe. So, das war's schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte Euch helfen. Vielen Dank für's Zuschauen. Bis zum nächsten Mal. Euer Kalle.  

8 Kommentare
  1. Super erkärt vielen Dank

    Von Boldcat, vor 9 Monaten
  2. danke hat mir sehr geholfen :D !

    Von Ralf 2, vor fast 4 Jahren
  3. Sehr Gutes Video!Danke!

    Von Liniti, vor etwa 4 Jahren
  4. Gutes Video! danke!

    Von Fabiansteger, vor mehr als 4 Jahren
  5. Perfekte Erklärung - danke! :)

    Von Martinetzelstorfer, vor fast 5 Jahren
  1. Abstraktes gut erklärt.

    Von Dw 69, vor mehr als 5 Jahren
  2. Nach Neuladen war es dann doch da..

    Von Deleted User 34089, vor mehr als 7 Jahren
  3. Hallo das Video ist leider fehlerhaft, da das Bild die ganze Zeit nur weiss bleibt.
    Mfg

    Von Deleted User 34089, vor mehr als 7 Jahren
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Geigerzähler – Messen der Radioaktivität Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Geigerzähler – Messen der Radioaktivität kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, was ein Geigerzähler ist.

    Tipps

    Im Zählrohr ist ein Edelgas vorhanden.

    Ein Geigerzähler misst genau genommen einen Strom.

    Lösung

    Der Geigerzähler oder das Geiger-Müller-Zählrohr ist ein Messgerät für ionisierende Strahlung. In der Regel ist dieser so eingestellt, dass man die Aktivität, also die Anzahl der Zerfälle eines Stoffes pro Sekunde, messen kann.

    Entwickelt wurde dieses Gerät von Hans Geiger, ehe es von seinem Assistenten Walter Müller noch wesentlich verbessert wurde.

    Das Zählrohr wird dabei auf eine Materialprobe gerichtet. Falls diese ionisierende, radioaktive Strahlung entsendet, gibt der Geiger-Zähler ein meist akustisches Signal.

    Anhand des Signales kann man nachvollziehen, wie stark die Aktivität einer radioaktiven Probe ist.

  • Nenne die Einheit der Aktivität.

    Tipps

    Die Einheit ist nach einem französischen Physiker benannt.

    Je schneller ein Stoff zerfällt, desto größer ist seine Aktivität.

    Lösung

    Die Einheit für die Aktivität ist nach dem französischen Physiker Henry-Bequerel genannt.

    Ein ***Bequerel** entspricht dabei einem Zerfallsprozess pro Sekunde.

    $1 Bq = \frac{1 Zerfall}{1 Sekunde}$

    Je schneller ein Stoff zerfällt, desto größer ist also seine Aktivität und damit die ausgesandte radioaktive Strahlung.

  • Analysiere, warum in einem Geigerzähler ein Edelgas verwendet wird.

    Tipps

    Edelgase haben Edelgaskonfiguration.

    Freie Elektronen nehmen gerne an chemischen Reaktionen Teil.

    Lösung

    Damit die Aktivität oder die Energiemenge der einfallenden Strahlung gemessen werden kann, muss das Zählrohr mit einem Edelgas gefüllt sein.

    Das ist damit zu erklären, dass das Edelgas, wie der Name schon sagt, eine Edelgaskonfiguration hat, also einen stabilen Zustand, der nur durch Energiezufuhr geändert wird.

    Vereinfacht verhält sich die Abspaltung der Edelgase so, wie es in der Formel dargestellt ist.

    Im Inneren des Zählrohres ist diese Eigenschaft wichtig, damit die durch energiereiche Strahlung frei gewordenen Elektronen nicht direkt mit anderen Atomen von reaktiven Gasen reagieren. Dadurch könnte kein Strom zwischen Kathode und Anode fließen und der Geiger-Zähler würde somit nicht funktionieren.

    Die Verwendung des Edelgases ist also vor allem deshalb wichtig, damit eine Reaktion eines freien Elektrons mit dem Gas im Zählrohr verhindert wird und das Messgerät so funktionstüchtig bleibt.

  • Gib an, was ein Geigerzähler eigentlich zählt.

    Tipps

    Man unterscheidet zwei Nutzungsbereiche.

    Bei großen Spannungen kann man andere Schlüsse ziehen, als bei kleinen angelegten Spannungen.

    Lösung

    Der Geigerzähler ist grundsätzlich in zwei Bereichen einsetzbar.

    Für beide Bereiche gilt der Grundsatz, dass die eintretende Strahlung Elektronen aus den Atomen des Edelgases löst.

    Wird nun eine geringe Spannung angelegt, so ist die Energiemenge der eintretenden Strahlung über den entstehenden Strom messbar.

    Bei großen Spannungen kann direkt die Anzahl der Zerfälle, also die Aktivität, gemessen werden.

    In diesem Bereich wird der Geigerzähler in der Regel eingesetzt. Über einen Lautsprecher wird immer dann ein Signal gegeben, wenn Ionisation stattfindet.

  • Benenne die Elemente des Geigerzählers.

    Tipps

    Je nachdem wie groß die angelegte Spannung ist, kann man eine Information über die Energie der einfallenden Strahlung bekommen oder zu jedem Ionisationsvorgang der Probe.

    Lösung

    Der Geigerzähler besteht im Wesentlichen aus einem Rohr mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster und einem darin angebrachten Draht.

    Das Zählrohr ist mit einem Edelgas gefüllt.

    Der Draht aus dem Inneren des Zählrohres (Anode) ist über einen Zähler und einen Widerstand mit der Kathode (Rohr) verbunden.

    Abhängig von der angelegten Spannung kann man nun eine Information über die durch das Fenster eingetretene Strahlung erlangen und damit über die Strahlungseigenschaften der Materialprobe.

  • Erkläre, welche Prozesse im Geigerzähler ablaufen.

    Tipps

    Zunächst einmal muss Strahlung mit dem Messgerät in Verbindung stehen.

    Energiezufuhr kann dazu führen, dass Elektronen befreit werden.

    Ein elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Elektronen.

    Lösung

    Um besser zu verstehen, wie ein Geiger-Zähler funktioniert, schauen wir uns die stattfindenden Prozesse der Reihe nach an:

    Zunächst tritt Strahlung durch das Fenster in das Zählrohr ein.

    Da dieses mit Edelgas gefüllt ist, trifft die energiereiche Strahlung auf die Atome des Edelgases, die so an Energie gewinnen.

    Durch die Energiezufuhr wird ein Elektron aus der Hülle des Edelgases befreit.

    Dadurch liegt nun ein freies Elektron vor. Aufgrund der angelegten Spannung wird das Elektron auf die Anode hin beschleunigt.

    Da dieser Prozess nicht nur bei einem Atom abläuft, werden viele Elektronen auf die Anode zubewegt, so entsteht ein elektrischer Strom.

    Der Geigerzähler übersetzt den Stromfluss in ein auswertbares Signal.