Kernchemisches Praktikum I...Kernchemisches Praktikum I Versuchsprotokoll - Gruppe 4...

WS 10/11

Kernchemisches Praktikum IVersuchsprotokoll - Gruppe 4

Praktikumszeitraum: 28.03. - 08.04.2011Protokollabgabe: 14.04.2011

Gruppe 4Sebastian Mades [email protected] Otto [email protected]

Inhaltsverzeichnis

1. Tag - 28.03.2011 4

1.1 Versuch 1: Charakteristik des Geiger-Müller-Zählrohres . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Versuch 2: Bestimmung der Totzeitverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 Versuch 3: Nulle�ekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4 Versuch 4: Herstellung eines 35S-Präparates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.5 Versuch 5: Messungen mit 234Pa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.5.1 Versuch 5.1: Bestimmung des Geometriefaktors . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.2 Versuch 5.2: Absorptionskurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2. Tag - 29.03.2011 12

2.1 Versuch 1: Nachbildung von 137mBa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Versuch 2: Zerfall von 137mBa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 Ein�uss der Messgeometrie auf das γ-Spektrum von 60Co . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.1 Das γ-Sektrum von Natrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.3.2 Das Absorptionsgesetz für γ-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3. Tag - 30.03.2011 21

3.1 Versuch 1: Nachbildung und Zerfall von 211Bi aus 211Pb (α-Zählung) . . . . . . . . 213.2 Versuch 2: Nachbildung von 207T l aus 211Bi (β-Zählung) . . . . . . . . . . . . . . 223.3 Versuch 3: Zerfall des 211Bi (α-Zählung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.4 Versuch 3: Das α-Spektrum von 211Bi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.5 Versuch 4: Zerfall von 207T l-Rückstoÿatomen (β-Zählung) . . . . . . . . . . . . . . 243.6 Versuch 5: Indirekte Bestimmung der Halbwertszeit des 211Pb durch Abmelken von

207T l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6. Tag - 04.04.2011 27

4.1 Versuch 1: Bestrahlung eines Silberblechs mit Neutronen . . . . . . . . . . . . . . . 274.2 Versuch 2: Absorption von Neutronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.3 Versuch 3: Aktivierungsanalyse zum Nachweis von Spurenelementen . . . . . . . . . 30

7. Tag - 05.04.2011 31

7.1 Versuch 1: Aufstellung eines Zerfallsschemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317.1.1 Auswertung des Spektrums von 190mOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317.1.2 Erstellung des Nieveauschemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.2 Versuch 2: Energiekalibrierung des β-Spektrometers . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.3 Versuch 3: Endpunktsenergie des β-Spektrums von 32P . . . . . . . . . . . . . . . 357.4 Versuch 4: DNAA - �delayed neutron activation analysis� . . . . . . . . . . . . . . . 37

8. Tag - 06.04.2011 40

8.1 Versuch 1: Bestimmung der Spaltausbeute von 139Ba . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2

8.2 Versuch 2: Fraktionierte Fällung von BaCrO4 und RaCrO4 . . . . . . . . . . . . . 41

9. Tag - 07.04.2011 43

9.1 Versuch 1: Elektronenaustausch im System T l1+/T l3+ . . . . . . . . . . . . . . . . 43

10. Tag - 08.04.2011 46

Anhang 47

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Abbidlungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Tabellen und Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1. Tag - 28.03.2011

1.1 Versuch 1: Charakteristik des Geiger-Müller-Zählrohres

Mit Hilfe des U3O8-Standardpräparats wurde die Einsatzspannung, Plateaubreite und Plateaustei-gung des Geiger-Müller-Zählers ermittelt.

Dazu wurde die Zählrate bei sukzessiver Steigerung von 30V , beginnend bei der Einsatzspannungvon ca. 345V , ermittelt. Anhand der ermittelten Charakteristik wurde die Arbeispannung UA fest-gelgt.

Auswertung

Tabelle 1: Messwerte

U/V N t/s I/s−1

327 0 62,0 0,00363 3294 60,8 54,17394 3245 60,2 53,37425 3397 61,2 55,51452 3452 60,8 56,78486 3455 60,6 57,01512 3455 61,2 56,45543 3407 61,7 56,84572 3522 60,7 58,02602 3426 59,4 57,68

Abbildung 1: Charakteristik des GMZ: I gegen U

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Der lineare Fit in Abbildung 1 ergab folgende Geradengleichung:

I = 0, 01693 1/V s · U + 48, 04115 1/V

Somit ergab sich eine Plateausteigung von 0, 01693 1/V s und eine Plateaubreite von 239V .Anhand dessen wurde die Arbeitssapnnung UA auf 434V bei einer Zählrate von 54, 69 s−1 festgelgt.

Hieraus wurde die relative Änderung bei Variation der Messspannung bestimmt:

∆I

I=I(UA + 50V )− I(UA − 50V )

I(UA)= 0, 031

Dies zeigt, dass der Geiger-Müller-Zähler in einem weiten Bereich sehr unemp�ndlich gegenüberSpannungsschwankungen ist.

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1.2 Versuch 2: Bestimmung der Totzeitverluste

Mit einer Verdünnungsreihe von 90Sr-Präparaten wurde die Totzeit des GMZ für den paralysierbarenund nicht paralysierbaren Fall bestimmt.

Auswertung


rel. Aktivität Arel N t/s Ig/s−1

0,5 2382 300,0 7,941 4363 300,0 14,542 8366 300,7 27,823 2604 61,0 42,684 3476 60,6 57,356 4825 60,5 79,758 6530 60,8 107,4010 7590 60,1 126,2812 8777 60,3 145,5616 11209 60,1 186,5120 13306 60,2 221,0324 14896 60,1 247,8528 16493 60,0 274,8832 18685 61,0 306,3136 20509 60,4 339,55

Beim Auftragen ergibt sich in Abbildung 2 keine Gerade, wie es ohne Totzeitverluste der Fall wäre,sondern eine leicht stagnierende Kurve, da bei höheren Aktivitäten die Totzeiten immer häu�ger dieMessung von Ereignissen verhindern:

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Abbildung 2: Totzeitverluste: Ig gegen Arel

Hierbei stellt die rote Kurve den Fit für einen paralysierbaren und die blaue Kurve für einen nichtparalysierbaren Detektor:

Ig = b · A · e−b·A·τp (rot)

Ig =a · A

1 + a · a · τnp(blau)

Es ergeben sich so folgende Totzeiten:

τp = 0, 83ms (paralysierbar)

τnp = 1, 1ms (nicht paralysierbar)

Da beide Fits sehr ähnlich sind und sehr gut passen (Bestimmtheitsgrad > 0, 99) lässt sich anhandihnen nicht feststellen ob es sich um einen paralysierbaren Detektor handelt oder nicht.Damit der Detektor parasysierbar ist muss ein eintretendes Ereignis während einer Totzeit die De-tektierfähigkeit des Detektors erneut um eine weitere Totzeit blokieren. Im Falle des Geiger-Müller-Zählrohres ist dies nicht möglich da in der Totzeit das Zählgas bereits ionisiert ist und somit keineweiter Ionisation statt�nden kann. Demzufolge handelt es sich um einen nicht parasysierbaren De-tektor.

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1.3 Versuch 3: Nulle�ekt

Zur Messung des Nulle�ektes wurde die Messapparatur mit leeren Präparateträger für 60min be-trieben um den Untergrund aus natürlicher Radioaktivität und kosmischer Höhenstrahlung zu be-stimmen.

Auswertung


N t/s I/s−1

982 3600,5 0,273

Der Nulle�ekt des Geiger-Müller-Zählrohrs an Messplatz 4 bei einer Arbeitsspannung von 434Vbeträgt 0, 273 s−1

1.4 Versuch 4: Herstellung eines 35S-Präparates

Zur Untersuchung der Selbstabsorption und der Absorption der β-Strahlung einesBa35SO4-Präparatsdurch Mylar- und Aluminiumfolie, wurde dieses aus einer aktiven Sulfat-Lösung mit BaCl2 ausgefälltund je 1min feucht, trocken, trocken mit Mylarfolie bedeckt, trocken mit Aluminiumfolie bedecktund trocken mit Tesa�lm abgeklebt gemessen.

Auswertung


N t/s I/s−1 IItrocken

feucht 180 60,3 2,99 0,68trocken 271 61,3 4,42 1,00Mylarfolie 219 61,1 3,58 0,81Alufolie 146 61,4 2,38 0,54Tesa�lm 109 59,3 1,84 0,42

Der Vergleich der Zählraten zeigt das die Absorption von β-Strahlung sehr leicht geht. Vor allem beinoch feuchten Prparaten muss berücksichtigt werden, dass sie weiter trocknen können und somitihre Zählrate steigt.

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1.5 Versuch 5: Messungen mit 234Pa

1.5.1 Versuch 5.1: Bestimmung des Geometriefaktors

Der Geometriefaktor des Geiger-Müller-Zählers sollte bestimmt und mit theoretisch errechnentenWerten verglichen werden. Dazu wurde ein Standard-Präparat, bestehend aus 50mg 238U bestehtwelches sich im Gleichgewicht mit 234Pa be�ndet, in jedem Einschub gemessen.

Auswertung

Tabelle 5: Messwerte und zugehörige Geometriefaktoren

h/cm t/s N I/s−1 r/cm fg,theo fg,exp

0,8 60,7 7026 115,7 1,43 0,256 0,1881,8 60,4 4159 68,9 1,43 0,109 0,1122,8 61,1 2627 43,0 1,43 0,055 0,0703,8 61,1 1679 27,5 1,43 0,032 0,0454,8 61,1 1198 19,6 1,43 0,021 0,0325,8 61,5 863 14,0 1,43 0,015 0,023

Die theortischen Werte der Tabelle 5 wurden nach der Punktquellenformel berechnet:

fg,theo = 0, 5 ·(

1− h√h2 + r2

)mit h = Abstand zwischen Präparat und Zählrohrfenster und r = Fensterradius.

Die experiemtellen Werte wurden mit folgender Gleichung bestimmt:

fg,exp =I

A (238U) · fa · fr

mit fr = Rückstreufaktor , fa = Absorptionsfaktor und A = Aktivität 238U :

fr = 1, 2 aus Skript[1]

fa =IdI0,1

=78, 16 s−1

93, 90 s−1= 0, 832 aus Versuch 5.2

A = N · λ =m

M· α ·NA ·

ln 2

T1/2

= 617, 72Bq

Die experimentellen Werte weichen bei steigender Entfernung zum Zählrohr immer stärker von dentheoretischen ab, dies ist unerwartet da bei zunehmender Entfernung das Päparat mehr als eine

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Punktquelle vom Detektor gesehen werden sollte. Mögliche Ursache für diesen Widerspruch könntedie Absorption und Streuung an der Luft in der zunehmend längeren Wegstrecke im Gehäuse seinda dieses nicht evakuiert war.

1.5.2 Versuch 5.2: Absorptionskurve

Zur Untersuchung des Absorptionsverhalten von β-Strahlung in Aluminium wurde das 234Pa-Präparatim dritten Einschub mit unterschiedlichen Schichtdicken Aluminiumblech gemessen.Es sollte die Reichweite und daraus die maximale Energie des β-Teilchens bestimmt werden.

Auswertung

Tabelle 6: Messwerte und aufgetragene Werte

d/mg·cm−2 d+20/mg·cm−2 N t/s I/s−1 I−Nulle�ekt/s−1

41,7 61,7 7026 60,7 115,75 115,7565,3 85,3 3955 61,6 64,20 64,2085,1 105,1 3630 61,1 59,41 59,41107,5 127,5 3195 61,1 52,29 52,29122,0 142,0 3049 60,4 50,48 50,48207,1 227,1 1979 61,4 32,23 32,23354,1 374,1 1624 122,0 13,31 13,31537,0 557,0 461 120,1 3,84 3,84649,0 669,0 167 120,8 1,38 1,38699,7 719,7 302 314,0 0,96 0,96750,4 770,4 302 194,0 1,56 1,56796,0 816,0 162 301,0 0,54 0,54846,7 866,7 144 301,9 0,48 0,481200,8 1220,8 97 300,3 0,32 0,321302,2 1322,2 87 300,7 0,29 0,29

Zum Auftragen wurde der aufgelegten Schichtdicke Aluminium d zusätzlich 20mg/cm−2 für den Wegdurch die Luft und durch das Zählrohrfenster und die Zählrate um den Untergrund korigiert, welcheraus den beiden letzten Messwerten gemittelt wurde.

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Abbildung 3: Absorptionsverhalten in Al: I-Nulle�ekt gegen d+20

Zum Ermitteln der Zählrate bei der Schichtdicke d = 0mg/cm2 wurde ein exponentieller Fit (rot) mitden Werten mit d > 120mg/cm2 erstellt, dabei wurde der erste Wert als Ausreiÿer vernachlässigt:

I1 = I0;1 · e−λ1·d = 93, 90 1/s · e−0,0044cm2/mg·d

Die Reichweite im Material (Al) ist de�niert als die Schichdicke, nach der die Zählrate auf 10−4

ihres ursprünglichen Wertes gefallen ist. Um sie zu bestimmen wurde ein exponentieller Fit (blau)mit den Werten mit d < 650mg/cm2 erstellt:

I2 = I0;2 · e−λ2·d = 808, 08 1/s · e−0,0099cm2/mg·d

R = −λ−12 · ln

(I0;1 · 10−4

I0;2

)= 1147, 8 cm2/mg

Anhand von Abbildung 5 (Energie-Reichweite-Diagramm für β-Teilchen und Elektronen in Alumi-nium) des Skripts[1] wurde die Energie des β-Zerfalls von 234Pa auf 2, 2MeV (lit.: 2, 197MeV )bestimmt.

Gut zu erkennen ist, dass die Intensität der β-Strahlung beim Annähern an die maximale Reichweiteviel stärker abfällt als zu Begin der Wegstrecke.

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2. Tag - 29.03.2011

2.1 Versuch 1: Nachbildung von 137mBa

Durch den im Skript beschriebenen Versuch wird das Tochternuklid 137Ba vom Mutternuklid 137Csgetrennt. Das sich nachbildende 137Ba kann durch seinen γ-Zerfall von 137mBa zu 137Ba beobachtetwerden. Dazu werden die γ-Quanten mit einem NaI(Tl)-Detektor gezählt (I). Dieser Verlauf ist inAbb. 4 zu sehen (blaue Rauten).Nach zehn Halbwertszeiten ist die Sättigungsaktivität I∞ erreicht. Nun wird die Di�erenz I − I∞ebenfalls halblogarithmisch in das gleiche Diagramm eingetragen (pinke Quadrate und gelbe Dreieckein Abb. 4).Nun lässt sich eine exponentielle Funktion der Form

I = I0 · e−λ t

an die Messwerte anpassen. Mit

t1/2 =ln(2)

λ

lässt sich die Halbwertszeit von 137mBa bestimmen. Sie beträgt t1/2 = 2, 6min.

Abbildung 4: Nachbildung des Tochternuklids (137Ba) in einem säkularen Gleichgewicht.

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Qualitativ konnte der erwartete Verlauf der Zählraten beobachtet werden (vergleiche dazu Abb. 9im Skript[1]).Die Zählraten, die nach ca. 600 sec aufgezeichnet wurden (gelbe Dreiecke) streuen sehr stark undwurden daher nicht zur Bestimmung der Halbwertszeit verwendet. Das liegt daran, dass nach undnach die Gleichgewichtsaktivität erreicht wird. So ergeben sich für die Di�erenz I − I∞ mitunternegative Werte, für die der Logarithmus nicht de�niert ist.

Betrachtet man das Zerfallsschema von 137Cs (Abb. 8 im Skript) so erkennt man, dass nicht alle137Cs-Kerne in den metastabilen Zustand 137mBa zerfallen. 5, 4% zerfallen direkt in den Grundzu-stand von 137Ba und können hier nicht gemessen werden. Dieser Anteil wird jedoch in diesem undim nächsten Versuchsteil vernachlässigt.

Die für die Erstellung des Diagramms aufgenommenen und berechneten Daten be�nden sich imAnhang.

2.2 Versuch 2: Zerfall von 137mBa

Bei diesem Versuch wurde wieder Mutter- und Tochternuklid getrennt. Allerdings wurde diesmalder Zerfall des Tochternuklids nach Trennung vom Mutternuklid beobachtet. Das Tochternuklid(137mBa) be�ndet sich in Form des Niederschlags auf dem Filterpapier, das vor den NaI(Tl)-Detektorgebracht wird. So kann wie oben der γ-Zerfall von 137mBa zu 137Ba beobachtet werden.Am Ende der Messreihe wurde mit einer Langzeitmessung ein langlebiger Untergrund bestimmt, dervon den einzelnen Zählraten abgezogen wurde. Diese korrigierte Zählrate wurde logarithmisch gegendie Zeit aufgetragen. Es ergab sich folgendes Diagramm:

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Abbildung 5: Zerfall von 137mBa

Auch hier wurden zum Fitten nur die ersten Werte verwendet. Der Fit lieferte die Zerfallskonstanteaus der wie oben beschrieben die Halbwertszeit des metastabilen Zustands 137mBa bestimmt wurde:

t1/2 = 2, 6min .

Aus beiden Messungen erhalten wir das gleiche Ergebnis. Wie sehr sich die Ergebnisse gleichen undwelche Methode genauer ist kann man direkt nicht sagen, da keine Fehler berücksichtigt werden.Vermutlich ist jedoch die direkte Bestimmung der Halbwertszeit aus dem Zerfall des Zerfalls von137mBa genauer, da hier nicht wie in Versuch 1 die Nachbildungskurve als Berechnungsgrundlagedient. Vergleicht man den Verlauf der Messwerte in beiden Diagrammen, so erkennt man, dass dieMesswerte im Versuch 1 viel früher anfangen zu streuen, wobei hingegen im Versuch 2 viel mehrMesswerte für die Bestimmung der Halbwertszeit herangezogen werden können. Das bestätigt dieVermutung, dass der zweite Versuch eine genauere Bestimmung der Halbwertszeit ermöglicht.

Vergleicht man die von uns ermittelten Werte mit dem Literaturwert von t1/2 = 2, 55min, sostimmen unsere Werte sehr gut überein.

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2.3 Ein�uss der Messgeometrie auf das γ-Spektrum von 60Co

Mit dem Vielkanalanalysator wurde das Spektrum von 60Co aufgenommen. Trägt man die Anzahlder Ereignisse gegen die Kanäle auf so ergibt sich folgendes Spektrum:

Abbildung 6: Spektrum von 60Co

Zu erkennen sind zwei Photopeaks die dicht nebeneinander liegen. Der dritte Peak am rechten Randdes Spektrums ist der Summenpeak aus den beiden.Mit Formel 42 aus dem Skript lassen sich die untergrundbereinigten Ereignisse eines Peaks aufsum-mieren.Nun wollen wir die Abhängigkeit dieser Peak�ächen vom Abstand zwischen Probe und Detektoruntersuchen. Dazu haben wir in sechs verschiedenen Einschüben das 60Co-Spektrum aufgenommen:

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Abbildung 7: Spektrum von 60Co mit zunehmendem Abstand zum Detektor

Man erkennt, dass sich die Ereignisse mit zunehmendem Abstand verringern. Um einen quantitativenVergleich anzustellen, wurden jeweils die Peak�ächen der drei Peaks bestimmt.Es ergaben sich folgende Werte:

Slot Peak1 Peak2 Peak31 102813 94271,5 69652 74774 68563 31763 54895 49486 15014 41679 37890 6775 32483 29970 423,56 25139,5 23526 236

Wie später deutlich werden soll, ist es günstig den Logarithmus der Peak�äche gegen den Logarith-mus des Abstandes aufzutragen; dazu berechneten wir:

log(r) [cm] log(Peak 1) log(Peak 2) log(Peak 3)0,60 5,01 4,97 3,840,70 4,87 4,84 3,500,78 4,74 4,69 3,180,85 4,62 4,58 2,830,90 4,51 4,48 2,630,95 4,40 4,37 2,37

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Betrachten wir nun das bekannte quadratische Abstandsgesetz. Für die Ereignisse N, die der Detektorim Abstand r von der Probe registriert, gilt:

N ∝ 1

r2(2.1)

⇔ log(N) ∝ log(1

r2) (2.2)

⇔ log(N) ∝ log(1)− log(r2) (2.3)

⇔ log(N) ∝ −2log(r) (2.4)

Demzufolge müsste die Abhängigkeit der Peak�äche der beiden Photopeaks vom Abstand r durcheine Gerade mit der Steigung -2 beschrieben werden.

Abbildung 8: Abhängigkeit des Log der Ereignisse vom Log des Abstand

Wie zu erwarten war, werden die Werte gut durch eine Gerade mit einer Steigung von -2 beschrieben.Beim Summenpeak addieren sich die Exponenten im Abstandsgesetz, dh. 2.4 wird zu

log(NSumme) ∝ −4log(r) ,

was ebenfalls zu beobachten ist.

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2.3.1 Das γ-Sektrum von Natrium

Um die Peaks des Natriumspektrums zu identi�zieren muss eine Energiekalibrierung gemacht wer-den. Dabei werden die Energie eines bekannten Peaks seiner Position auf der Kanalskala zugeordnet.

Zur Kalibrierung dienen die Spektren von 137Cs und 60Co. In den Spektren wird für jeden Peak derKanal mit der gröÿten Zählrate herausgesucht und einer Energie wie folgt zugeordnet:

Kanal E [keV]137Cs 125 66160Co 219 1173

247 1333467 2506

Da die Energie proportional zur Kanalnummer ist, lässt sich folgende Kalibriergerade erstellen:

Abbildung 9: Energie-Kanal Zuordnung

Der lineare Fit liefert die Kalibriergerade, mit der wir die Kanäle in Energie umrechnen können.

Das Energiespektrum von 24Na sieht dann folgendermaÿen aus:

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Abbildung 10: Energiespektrum von 24Na

Aus der Peakbreite bei halbem Maximum wird nun noch die FWHMs der beiden Photopeaks be-stimmt. Daraus lässt sich die relative Energieau�ösung FWHM

Ebestimmen:

FWHM [keV] Energieau�ösungPhotopeak I 86 0,064Photopeak II 124 0,046

Diese Ergebnisse sind nun schwer zu bewerten. Sicher ist, dass die Energieau�ösung eines Szintilla-tionsdetektors viel schlechter ist als bei einem Halbleiterdetektor. Vergleiche dazu nächste Woche.

2.3.2 Das Absorptionsgesetz für γ-Strahlung

Wie bei der Untersuchung des Abstandsgesetzes berechnen wir die Fläche der 1333keV -Linie des60Co-Präparats bei sechs verschiedenen Schichtdicken von Blei zwischen Probe und Detektor.In der folgenden Tabelle sind die verwendeten Schichtdicken d sowie die dabei berechneten Peak�ä-chen aufgelistet.

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d(Pb) [ gcm2 ] Peak�äche

0 29331,55,92 2037311,81 1496918,35 9841,524,62 627029,84 5044,5

Da die γ-Strahlung bei der Wechselwirkung mit Materie einem echten exponentiellen Absorptions-gesetz der Form

I = I0 · e−λ d

folgt, sollte sich diese Gesetzmäÿigkeit an den funktionalen Zusammenhang zwischen Schichtdickeund Peak�äche anpassen lassen.Dies ist in folgender Gra�k dargestellt:

Abbildung 11: Abhängigkeit der Peak�äche von der Schichtdicke von Blei zwischen Probe und Detektor

Wie man sieht ist der theoretisch erwartete Verlauf erkennbar. Der exponentielle Fit liefert wie beimZerfallsgesetz die Halbwertsdicke. Das ist die Schichtdicke, bei der die Hälfte der Strahlung absorbiertwurde:

d1/2 = 11, 5g

cm2

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3. Tag - 30.03.2011

3.1 Versuch 1: Nachbildung und Zerfall von 211Bi aus 211Pb(α-Zählung)

In diesem Versuchsteil soll die Einstellung eines transienten Gleichgewichts zwischen 211Pb (Mut-ternuklid mit T1/2 = 36min) und 211Bi (Tochternuklid mit T1/2 = 2, 15min) beobachtet werden.Nach der chemischen Abtrennung von 211Pb können wir mit dem Proportionalzähler den α-Zerfalldes nachgebildeten 211Bi beobachten. Es ergibt sich folgender Verlauf:

Abbildung 12: Verlauf der α-Aktivität von 211Bi

Wie beim säkularen Gleichgewicht an Tag 2 lässt sich der Zerfall von 211Bi rechnerisch ermitteln. Esergibt sich die steil abfallende Kurve (gelbe Dreiecke). Ein exponentieller Fit liefert die Halbwertszeitvon 211Bi zu

T1/2(211Bi) = 1, 8min

Der Vergleich mit dem Literaturwert zeigt relativ starke Abweichungen. Zu erwähnen ist hier noch,dass die ersten drei Messungen nicht möglich waren, da unser Messystem nicht funktionierte (sieheTabelle im Anhang).Der exponentielle Fit am linear verlaufenden Teil der Messwerte liefert die Halbwertszeit von 211Pbzu

T1/2(211Pb) = 38, 5min

Hier liegt der ermittelte Wert schon etwas näher an dem Literaturwert. Bei dieser Messung erhielten

21

wir auch mehr Messpunkte, die zum Fitten verwendet werden konnten.

3.2 Versuch 2: Nachbildung von 207T l aus 211Bi (β-Zählung)211Bi zerfällt durch α-Zerfall mit T1/2 = 2, 15min zu 211Bi, das wiederum über β−-Zerfall mitT1/2 = 4, 8min zum stabilen 207Pb zerfällt. Nachdem 211Bi chemisch isoliert wurde kann mitdem GMZ die β-Aktivität des nachgebildeten 207T l untersucht werden. Da dieser Versuch bei unsirgendwie schief ging, erhielten wir fremde Messwerte zum Auswerten. Es ergab sich folgendesDiagramm:

Abbildung 13: Verlauf der β-Zählraten

Von allen Messwerten wurde zunächst der Nulle�ekt abgezogen. Dann wurde aus einer 5min-Messung der Untergrund des 211Pb bestimmt und von allen Messwerten abgezogen. Jetzt kannaus dem Zerfall des nachgebildeten 207T l dessen Halbwertszeit bestimmt werden:

T1/2(207T l) = 4, 13min

Der Vergleich mit dem Literaturwert zeigt eine recht gute Übereinstimmung.Bereinigt man nun noch wie gewohnt die Messwerte zu Beginn der Messung mit dem Zerfalls-gesetz des 207T l, so erhält man den Zerfall von 211Bi und durch einen exponentiellen Fit dessenHalbwertszeit zu

T1/2(211Bi) = 2, 1min .

22

Auch hier liegt der von uns ermittelte Wert sehr dicht an dem Literaturwert. Dieses Verfahren scheintalso genauer zu sein wie das in Versuch 1.Aus der Untergrundmessung lässt sich zusätzlich die Halbwertszeit von 211Pb bestimmen:

T1/2(211Pb) = 23, 1min .

Diese Bestimmung ist jedoch o�ensichtlich recht fehlerhaft. Das liegt nicht zuletzt daran, dass wirnur zwei Messpunkte für den Fit zur Verfügung hatten.

3.3 Versuch 3: Zerfall des 211Bi (α-Zählung)

Der α-Zerfall des isolierten 211Bi kann mit dem Ober�ächensperrschichtzähler gemessen werden.Die abklingende Zählrate über die Zeit aufgetragen ergibt folgenden Verlauf:

Abbildung 14: Zerfall von 211Bi

Der Fit mit dem Zerfallsgesetz liefert eine Halbwertszeit von 211Bi von

T1/2(211Bi) = 2, 2min .

Bei diesem Versuch geraten wir mit dieser Halbwertszeit dicht an den Literaturwert. Das ist zuerwarten, da Folgefehler durch Rechnungen wie in Versuch 1 und 2 nicht möglich sind.

23

3.4 Versuch 3: Das α-Spektrum von 211Bi

Die Summe der ersten zehn α-Spektren ergibt folgendes Energiespektrum von 211Bi:

Abbildung 15: Energiespektrum von 211Bi

Die Kanal-Energiezuordnung wurde von einer anderen Gruppe gemacht. Es wurde folgende Kali-briergerade ermittelt:

y = 0, 0128 · x+ 0, 1507

Nun lassen sich die drei Peak�ächen berechnen. Da die Peak�äche ein Maÿ für die Wahrscheinlich-keit eines bestimmten Übergangs ist, lässt sich aus dem Verhältnis der jeweiligen Peak�äche zurGesamt�äche das Verzweigungsverhältnis bestimmen. Es ergaben sich folgende Werte:

Eα [MeV] Peak�äche rel. Peak�äche [%] Lit.wert [%]in 207mT l 6,45 728 16,5 16,18in 207T l 6,79 3688 83,4 83,54

über 211Po in 207Pb 7,54 7 0,16 0,28

Die von uns ermittelten Werte stimmen sehr gut mit den Literaturwerten überein.

3.5 Versuch 4: Zerfall von 207T l-Rückstoÿatomen (β-Zählung)

Der Zerfall der 207T l-Kerne, die durch Rückstoÿ beim α-Zerfall von 211Bi in die Glasplatte gedrücktwurden, kann mit dem GMZ gemessen werden. Das folgende Diagramm zeigt die abklingenden

24

Zählraten nach Bestrahlungsende (Nulle�ekt-korrigiert).

Abbildung 16: Verlauf der β-Aktivität von 207T l

Aus dem exponentiellen Fit erhalten wir die Halbwertszeit von 207T l zu

T1/2(207T l) = 5, 02min .

Der Vergleich mit dem Literaturwert zeigt, dass diese Methode etwas genauer ist, als die Vorange-gangene.Aus dem Fit erhalten wir ebenfalls die Anfangszählrate am Ende der Bestrahlungszeit. Zusätzlichwurde die Uhrzeit am Ende der Bestrahlung notiert. Dadurch lässt sich, im nächsten Aufgabenteil,die Halbwertszeit von 211Pb bestimmen.

3.6 Versuch 5: Indirekte Bestimmung der Halbwertszeit des 211Pb

durch Abmelken von 207T l

Wie oben beschrieben erhalten wir die Anfangszählrate von 207T l zu einer bestimmten Uhrzeit. Diesewird nun mittels Formel 44 (Skript) korrigiert:

I0,korr = 196, 61 ·84, 331

s

50, 31s

= 329, 61

s

25

Mit den korrigierten Anfangszählraten zu den verschiedenen Zeiten (Uhrzeit bei Bestrahlungsende)lässt sich folgendes Diagramm erstellen:

Abbildung 17: Zerfall von 211Pb

Zur Zeit T = 0 wurde der Objektträger, der unser Glasplättchen bestrahlt hat von der 219Rn-Qellegenommen. Seitdem zerfällt das durch 219Rn gebildete 211Pb. Somit wird die Anzahl an 207T l-Kernen, die das 211Pb über 211Bi bilden kann immer weniger. Durch das Abmelken der 207T l-Kernemit der Glasplatte misst jede Gruppe im Laufe der Zeit immer weniger Anfangsaktivität. So ist alsodie Abnahme der lieferbaren 207T l-Kernen ein Indiz für den Zerfall von 211Pb. Abb. 17 zeigt denZerfall von 211Pb. So können wir auf gewohnte Art dessen Halbwertszeit bestimmen:

T1/2(211Pb) = 19, 3min

Diese Bestimmung weicht am stärksten von dem Literaturwert ab, was nicht sehr verwunderlich ist,da die Fehler mehrerer Gruppen ein�ieÿen.

26

6. Tag - 04.04.2011

4.1 Versuch 1: Bestrahlung eines Silberblechs mit Neutronen

In diesem Versuch wurde ein Silberblech unter eine Neutronenquelle gebracht und dort 24, 48, 144und 288 s lang bestrahlt. Nach jeder Bestrahlung wurde es mit dem GMZ vermessen. Während derMessung klingt die Aktivität des gebildeten 110Ag (T1/2 = 24, 6s) und 108Ag (T1/2 = 2, 41min)ab. Trägt man die Zählrate I des GMZ gegen die Zeit T nach Bestrahlungsende auf, so kann dieserVerlauf gemäÿ Abbildung 25 (Skript) dargestellt werden.

Abbildung 18: Zerfall von 110Ag und 108Ag nach 288s Bestrahlung.

Man erkennt, dass nach etwa 400s nach Bestrahlungsende das kurzlebige 110Ag fast komplett zer-fallen ist, so dass nur noch der Zerfall des langlebigen 108Ag zu beobachten ist. Passt man dasZerfallsgesetz an diesen Verlauf an, so erhält man die Zählrate zu Bestrahlungsende I0 und dieHalbwertszeit von 108Ag. Subtrahiert man diese Zählrate I(t) von den Zählraten am Anfang derMessung so erhält man die Zerfallskurve des kurzlebigen 110Ag. Ein Fit dieser Daten liefert wiederI0 und die Halbwertszeit von 110Ag.Dieses Verfahren wurde für alle Bestrahlungszeiten durchgeführt. Die Tabellen der Messwerte unddie daraus resultierenden Diagramme be�nden sich im Anhang.Für I0 und die Halbwertszeit ergaben sich folgende Werte:

27

Bestrahlungszeit [s] T1/2108Ag [min] I0

108Ag [1/s] T1/2110Ag [s] I0

110Ag [1/s]288 2,06 33,3 19,9 134,8144 2,40 17,6 24,8 126,848 1,96 9,93 22,6 105,224 1,89 2,83 25,6 64,59

Mittelwerte 2,08 23,2

In der Literatur ist die Halbwertszeit von 110Ag mit 24, 6s angegeben, was unsere Messung in etwabelegt. Mit dem von uns berechneten Wert der Halbwertszeit von 108Ag liegen wir allerdings etwastiefer als der Literaturwert von 2, 42min.

Die ermittelte Zählrate I0 nach Bestrahlungsende ist von der Bestrahlungsdauer und vom Wirkungs-querschnitt von 107Ag und 109Ag abhängig. Trägt man I0 gegen die Bestrahlungsdauer auf, so erhältman folgenden Verlauf:

Abbildung 19: Abhängigkeit I0 von der Bestrahlungsdauer

Für 110Ag ist die Sättigungsaktivität I∞ schon nach ca. 300s Bestrahlung erreicht und ergibt sichaus der Agtivität nach 288s Bestrahlung zu

I∞(110Ag) = 134, 751

s

Für 108Ag ist die Sättigungsaktivität noch nicht erreicht und muss aus einem Fit nach Formel 45

28

und 46 bestimmt werden (Fit siehe Anhang). Es ergibt sich

I∞(108Ag) = 71, 01

s.

Nun lässt sich aus Formel 46 (Skript) aus dem Verhältnis der Sättigungsaktivitäten das Verhältnisder Wirkungsquerschnitte berechnen. Wir erhalten:

σ(107Ag)

σ(109Ag)= 0, 53

In der Literatur sind die Wirkungsquerschnitte σ(107Ag) = 37barn und σ(109Ag) = 89barn ange-geben. Daraus ergibt sich:

σ(107Ag)

σ(109Ag)= 0, 42 Literatur

4.2 Versuch 2: Absorption von Neutronen

Hier wurde die Aktivierung von Silber durch Neutronen mit und ohne Abschirmung untersucht. Ausdem Verhältnis ergibt sich der Transmissionskoe�zient für die Abschirmung mit Blei und Cadmium:

T =I(mit Cd− Abschirmung)

I(ohne Abschirmung)=

3, 31s

11, 91s

= 0, 27

T =I(mit Pb− Abschirmung)

I(ohne Abschirmung)=

11, 86661s

11, 93331s

= 1, 006

Bei der Berechnung des Transmissionskoe�zienten von Blei wurden mehr Nachkommastellen be-rücksichtigt, da man hier sehen kann, dass Pb eine moderierende Wirkung hat und somit mehrthermische Neutronen zur Aktivierung von Silber zur Verfügung stehen.Aus

φ(x) = φ(0) e−nT σ x ⇔ σ = −ln(φ(x)

φ(0))

x nT

mit

T =φ(x)

φ(0)

und nt = 4, 62 · 1022Atomecm3 und x = 1mm ergibt sich ein Einfangquerschnitt für Cd von

σ = 280barn

29

4.3 Versuch 3: Aktivierungsanalyse zum Nachweis vonSpurenelementen

64Cu zerfällt zum Teil unter Aussendung von Positronen (β+-Zerfall). So kann mit einem γ-Detektordie 511keV -Quanten der Anihilations des Positrons gemessen werden. Vergleicht man die Flächedes Annihilationspeaks eines Cu-Standards mit der Peak�äche einer unbekannten Probe, so lässtsich der Cu-Gehalt der Probe bestimmen.Der NaI-Detektor zeichnete folgende γ-Spektren auf:

Abbildung 20: γ-Spektrum des Cu-Standardts (links) und der Al-Probe (rechts)

Aus den Spektrum des Cu-Standards lässt sich der 511keV -Peak bestimmen. Es wurden folgendeFlächen bestimmt:

NAl NS mAl [kg] ms [kg]5924 821047 13, 2 · 10−6 10, 6 · 10−3

Der Cu-Anteil in der Probe bestimmt sich über Formel 51 (Skript) zu

mCu

mAl

= 8, 98ppm .

30

7. Tag - 05.04.2011

7.1 Versuch 1: Aufstellung eines Zerfallsschemas

Zur Herstellung von 190mOs wurde eine Probe von 1, 2mg natürlichen Osmiums für 3min imReaktor bestrahlt.Um das Zerfallsschema aufzustellen und die Halbwertszeit zu bestimmen wurden über einen Zeitraumvon 20min in Intervallen von 2min Gammaspektren aufgenommen.

7.1.1 Auswertung des Spektrums von 190mOs

Abbildung 21: γ-Spektrum von 190mOs 2min nach Bestrahlungsende

Da natürliches Osmiummetall aus 16,1% 189Os, 26,4% 190Os, 13,3% 188Os und 1,6% 187Osbesteht, sind im Gammaspektrum in Abbildung 21 nicht nur die Linien des 190mOs zu sehen sonderenauch jene der Reaktionsprodukte anderer Osmiumisotope.Zusätzlich dazu kommen Verunreinigungen von ubiquitären Elementen wie Na, Cl und Al welchein der Osmiumprobe sind. Die sehr kurzlebigen Produkte der Elemnte O, C und Si tauchen jedochnicht auf.

31

Tabelle 7: Auswertung des γ-Spektrums von 190mOs

E/keV Int Zuordnung

63,42 1500 190mOs und 193Os107,16 98 190mOs129,92 209 191Ir139,48 804 193Os187,23 432 190mOs252,64 31 193Os281,22 115 193Os322,23 162 193Os362,20 338 190mOs388,46 100 193Os421,31 30 193Os461,33 385 193Os503,29 223 190mOs558,39 97 193Os560,39 37 193Os617,38 211 190mOs647,33 65 185Os1369,29 19 24Na1644,16 61 37Cl1781,16 947 28Al

7.1.2 Erstellung des Nieveauschemas

Zunächst wurde die Halbwertszeit anhand des Intensitätsabfall der zu 190mOs gehörenden Peaksbestimmt:

Tabelle 8: Halbwertszeiten der γ-Linien von 190mOs

E/keV λ/s−1 t1/2/min

187,23 0,0749 9,26362,20 0,0618 11,22503,29 0,0816 8,49617,38 0,0700 9,90

Damit ergibt sich eine gemittelte Halbwertszeit:

t1/2 = 9, 72min

Der Literaturwert[2] beträgt 9, 9min.

32

Abbildung 22: γ-Linien des 190mOs

Anhand der Tatsache, dass die ermittelten Halbwertszeiten nah am Literaturwert liegen und un-tereinander sehr ähnlich sind kann davon ausgegangen werdenm, dass die Peaks richtig zu 190mOszugeordnet wurden.Mit den erhaltenen Energien kann ein Energienieveauschema aufgestellt und die Trägheitsmomenteberechnet nach Gleichung 7.5 berechnet werden.Dies ist möglich da die angeregten Zustände sich als Rotationsbanden beschreiben lassen:

Erot,I =~

2 ·Θ· (I (I + 1))

⇔ Θ =~

2 · Erot,I· (I (I + 1)) (7.5)

Dies wird in Tabelle 9 mit dem Trägheitsmoment einer starren Kugel verglichen:

ΘKugel =

∫r2 dm =

2

5·M ·R2 = 6, 006 · 10−54 kg ·m2 (7.6)

mit: R = r0 · A1/3 = 1, 2 fm · A1/3 = 6, 89 · 10−15m (7.7)

33

Tabelle 9: Trägheitsmomente des 190mOs-Kerns

E/keV E/J ·10−14 I Θ/kg·m2·10−54 ΘKugel/kg·m2·10−54

187,23 2,99 2 1,11 6,006549,43 8,80 4 1,26 6,0061052,72 16,86 6 1,38 6,0061670,10 26,76 8 1,50 6,006

Der Vergleich zeigt sehr deutlich das der Atomkern von 190mOs keine perfekte, homogene Kugelsein kann sondern deformiert und inhomogen sein muss.

7.2 Versuch 2: Energiekalibrierung des β-Spektrometers

Bevor das 32P -Präparat gemessen werden konnte musste eine Kanalenergiekalibrierung vorgenom-men werden. Dies geschah mit zwei Standards aus 137Cs und 207Bi.

Abbildung 23: Energiekalbrierung des β-Spektrometers

Die Kalibriergerade ergibt sich aus dem linearen Fit in Abbildung 23:

E = 2, 50766 ·K − 47, 51236

34

7.3 Versuch 3: Endpunktsenergie des β-Spektrums von 32P

Um die Enpunktsenergie des β-Zerfalls zu bestimmen wurde ausgenutzt, dass der Fermi-Curie-Plotim höherenergetischen Bereich eine Gerade liefert, sodass extrapoliert werden kann.

Der Fermi-Curie-Plot leitet sich aus der Gleichung 56 des Skripts[1] ab:

N(p) dp =g2

2π3 · h7 · c3· |Mij|2 · f(Z, p) · p2 · (Eβmax − E)2 dp

Welche sich durch Zusammenfassen der Konstanten und Umformen in eine lineare Form bringenlässt: √

N(p)

p2 · F (Z, p)= C · (E − Eβmax)

Zum Auftragen muss noch das Impusspektrum N(p) berechnet werden:

N(p) = N(E) · dEdp

= N(E) · c ·

√1− (mec2)2

(E +mec2)2

Die Werte der Fermifunktion F (Z, p) waren tabelliert.

35

Damit ergibt sich folgender Plot:

Abbildung 24: Fermi-Curie-Plot

Der Fit liefert: √N(p)

p2 · F (Z, p)= −0, 00923 s · E + 15, 52493 keV s

Extrapolation ergibt:Eβmax = 1, 69MeV

Das Ergebnis liegt sehr dicht am Literaturwert[2] von 1, 70MeV .

36

7.4 Versuch 4: DNAA - �delayed neutron activation analysis�

Zur Bestimmung des 235U -Gehalts in verschiedenen Uranpräparaten wurden diese im Reaktor be-strahlt und anschlieÿend die spaltungsverzögerten Neutronen detektiert.Zunächst wurde aus vier Standards eine Kalibriergerade aufgetragen, die Standards wurden je einmalmit Cadmiumabschirmung (blau) und eimal ohne (rot) gemessen:

Abbildung 25: Kalibrierung mit Uran-Standards

Die erhaltenen Kalibriergeraden:

N = 24906µg−1 ·m(

235U)− 161, 12 (7.8)

NCd = 1138, 0µg−1 ·m(

235U)

+ 145, 41 (7.9)

Erwartungsgemäÿ sind die Zählraten nach der Bestrahlung mit der Cadmiumabschrimung deutlichgeringer, da die zur Spaltung nötigen Neutronen gröÿtenteils absorbiert wurden, die Restliche Akti-vität ist auf Lücken in der Abschirmung und die Spaltung mit schnellen Neutronen zurückzuführen.

37

Analog wurden zwei Thoriumstandards gemessen:

Abbildung 26: Kalibrierung mit Thorium-Standards

Hier wäre zu erwarten, dass es keine Veränderung zwischen Bestrahlung mit und ohne Cadmiumgibt, da 232Th mit schnellen Neutronen gespalten wird.Beim ersten Wert handelt es sich höchstwahrscheinlich um einen Auÿreiÿer und da nur zwei Stan-dards gemessen wurden lässt sich dieser nicht vernachlässigen.

38

Anhand der erstellten Kalibriergeraden (Gleichung 7.8) können nun die Anreicherungsgerade derunbekannten Proben ermittelt werden:

Tabelle 10: Messwerte und errechnete Anreicherungsgerade

Probe N NCdV/µL m(235U)/µg m (238U)

m(235U)m(238U)

%

U -Standard 1 7299 508 - 0,30 - -U -Standard 2 11182 606 - 0,45 - -U -Standard 3 14617 862 - 0,60 - -U -Standard 4 24787 1280 - 1,00 - -

Th-Std. 1 (Th(NO3)4 · 4H2O) 257 194 50 56,31 (232Th) - -Th-Std. 2 (Th(NO3)4 · 4H2O) 278 284 100 112,64 (232Th) - -

1 (UO2(NO3)2 · 6H2O) 15546 - 100 0,63 203,7 0,312 (U -Stammlsg.) 3922 - 15 0,16 0,15 108,993 (U -Stammlsg.) 6548 - 25 0,27 0,25 107,414 ((NH4)2U2O7) 6324 - 15 0,26 32,0 0,815 ((NH4)2U2O7) 9706 - 20 0,39 42,7 0,926 ((NH4)2U2O7) 12019 - 30 0,49 64,0 0,76

Bei Probe 1 handelt es sich um abgereichertes Uran.Die Anreicherungsgrade von Probe 2 und 3 sind gröÿer als 1 und somit physikalisch unsinnig. Diesist durch einen Pipettierfehler beim Herstellen der Proben aus hochangereichertem Uran zusatnde-gekommen.Die Proben 4 bis 6 beeinhalten natürliches Uran, welches üblicherweise einen 235U -Gehalt von 0,72%aufweist.

39

8. Tag - 06.04.2011

8.1 Versuch 1: Bestimmung der Spaltausbeute von 139Ba

Zur Ermittlung der Spaltausbeute der Kernspaltung von angereichertem 235U mit thermischen Neu-tronen bei einem Fluss von 7 ·1011 Neutronen

cm2swurde aus einer salpetersauren (NH4)U2O7-Lösung über

einen Trennungsgang zur Reinigung von anderen Spaltprodukten eine [139Ba(NH3)6](OH)2-Lösunghergestellt aus welcher anschlieÿend mit Schwefelsäure 139BaSO2 ausgefällt wurde.Das daraus hergestellte Präparat wurde über einen Zeitraum von 2 Stunden in Messintervallen von2 Minuten gemessen.

Auswertung

Abbildung 27: Zerfall von 139Ba

Um die Aktivität bei Ende der Bestrahlung und die Halbwertszeit des 139Ba zu bestimmen wurdeein exponentieller Fit erstellt:

I = I0 · e−λt = 352, 28 s−1 · e−0,0001181 s−1·t

ABE =I0 · 20/3

fg · fR= 36, 24 kBq

t1/2 =ln 2

λ= 97, 8min

40

Die Spaltausbeute errechnet sich aus:

yBE =ABE · 100

N · σ · ϕ · (1− eλt)= 1, 81 %

Die Literaturwerte lauten:

T1/2 = 83min

yBE = 6, 41 %

Die groÿe Abweichung in der Spaltausbeute zeigen nicht zu vernachlässigende Ausbeuteverluste beimTrennungsgang auf, insbesondere die Fällung von BaCl2 war wahrscheinlich nicht vollständig. EinMassenspektrometer wäre hier vermutlich geeigneter zum bestimmen der Spaltausbeuten.

8.2 Versuch 2: Fraktionierte Fällung von BaCrO4 und RaCrO4

Zum Nachweis der Kernspaltung analog zum Vorgehen von Otto Hahn und Fritz Strassmann wurde224Ra fraktioniert an BaCrO4 gefällt.

Auswertung

Tabelle 11: Messwerte und aufgetragene Werte: 224Ra

V/mL 1/V N(224Ra) t(224Ra)/s I(224Ra)/s−1 f(224Ra)

1 1,00 7477 300 24,92 1,002 0,50 9558 300 31,86 0,643 0,33 19602 300 65,34 0,874 0,25 23753 300 79,18 0,796 0,17 23109 300 77,03 0,528 0,13 27155 300 90,52 0,45

Tabelle 12: Messwerte und aufgetragene Werte: 139Ba

V/mL 1/V N(139Ba) t(139Ba)/s I(139Ba)/s−1 f(139Ba)

1 1,00 1112 60,6 18,35 1,002 0,50 1207 60,9 19,82 0,543 0,33 1160 60,5 19,17 0,354 0,25 1195 61,2 19,53 0,276 0,17 1204 60,3 19,97 0,188 0,13 1413 60,0 23,55 0,16

41

Hierbei sind f(224Ra) und f(139Ba) die jeweiligen Anteile gefällten Substrats zur Gesamtsubstrat-menge.

Abbildung 28: Fraktionierte Fällung von BaCrO4 und RaCrO4

Beim Auftragen in Abbildung 28 wurde der Wert für V = 6mL bei der Radiummessreihe alsAusreiÿer vernachlässigt.

Wäre nun in der Kernreaktion von 235U mit thermischen Neutronen über eine Zerfallsreihe einRadiumisotop entstanden so würde bei der fraktionierten Fällung eine Sättigungskurve entstehen,da das Löslichkeitsprodukt von RaCrO4 kleiner ist als das von BaCrO4.Da jedoch eine Gerade entstand ist dies der Beleg für die Entstehung von 139Ba, welches nurdurch Kernspaltung entstanden sein kann, da die natürlichen Zerfallsreihen alle bei weit schwererenAtomkernen enden.

Die getrennte Messung von 224Ra und 139Ba war hier möglich, weil 224Ra ein α-Strahler und 139Baein β-Strahler ist.

42

9. Tag - 07.04.2011

9.1 Versuch 1: Elektronenaustausch im System T l1+/T l3+

Unsere Gruppe untersuchte die Reaktionsgeschwindigkeit bei 30◦C. Die Präparate, die nach ver-schiedenen Reaktionszeiten hergestellt wurden, wurden mit dem GMZ vermessen. Dabei ergabensich folgende Werte:

Reaktionszeit t [min] Messzeit T[s] N I [1/s] I∞-I [1/s]0,5 300,4 845 2,81 22,005 300,4 1329 4,42 20,3910 300,9 1730 5,75 19,0615 301 2327 7,73 17,0820 300,4 2876 9,57 15,2430 301 3440 11,43 13,3850 300 4411 14,70 10,11t∞ 301 7625 25,33t∞ 300 7288 24,29

Mittelwert 24,81

Um die Zählrate bei t∞ zu bestimmen wurden zwei Reaktionen am Siedepunkt durchgeführt. Soläuft die Reaktion schneller ab und eine unendliche Reaktionszeit wird simuliert. Die Zählratendieser Präparate wurden gemittelt, sie stellen die Sättigungszählrate I∞ da. Um die Halbwertszeitder Reaktion zu bestimmen, bestimmt man I∞ − I. Diese Zählraten gegen die Zeit aufgetragenergibt folgendes Diagramm.

43

Abbildung 29: Verlauf der Reaktion in Form vom Verlauf der Präparataktivität

Aus dem exponentiellen Fit lässt sich die Halbwertszeit des Elektronenaustauschs bei 30◦C bestim-men:

T1/2 = 43, 6min

Mit Formel 91 (Skript) lässt sich die Geschwindigkeitskonstante k(30◦C) bestimmen:

k(30◦C) = 0, 0221

mol · s

Trägt man die Geschwindigkeitskonstanten der anderen Gruppen, die bei 20◦C und 40◦C bestimmtwurden gegen den Kehrwert der Reaktionstemperatur auf, so ergibt sich folgendes Diagramm:

44

Abbildung 30: Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante von der Temperatur

Passt man nun die Arrheniusgleichung (Formel 92 im Skript) an die Datenpunkte an, so erhält mandie Aktivierungsenergie des Elektronenaustauschs:

Ea = 48, 4kJ

mol

45

10. Tag - 08.04.2011

Neptuniumchemie

Das Neptunium ist das erste künstliche Element nach dem Uran, um zu bestimmen ob die 6d- oderdie 5f -Schale weiter aufgefüllt wird, wurde im Reaktor durch Bestrahlung von 238U hergestelltesNeptunium in unterschiedlichen Oxidationsstufen an verschiedenen inaktiven Trägern gefällt und dieNiederschläge am NaI-Detektor gemessen.Falls die 6d-Schale aufgefüllt wird sollte sich Neptunium als �eka-Rhenium� verhalten, andernfallsuranähnlich da die 5f -Elektronen stark abgesenkt sind und wenig zu den chemischn Eigenschaftenbeitragen.

Auswertung

Tabelle 13: Messwerte und Vergleich mit Standard

Präparat Niederschlag Np-Spezies Peak�äche %Std Nachweis für

1 Ag2S Np5+ 69 1,2 Re-Ähnlichkeit2 Th(IO3)4 Np4+ 5500 95,0 U -Ähnlichkeit3 Fe(OH)3 [NpO2(CO3)2]2− 70 1,3 U -Ähnlichkeit (wenn löslich)4 Fe(OH)2 Np4+ 5255 90,8 U -Ähnlichkeit5 LaF3 NpO2+

2 162 2,8 Re-Ähnlichkeit6 LaF3 Np4+ 4421 76,4 U -Ähnlichkeit

Standard - Np5+ 5788 100,0 239Np

Beim Präparat 6 wäre eine Aktivität von anhähernd 100 % zu erwarten gewesen, so wurde dasNeptunium zum ersten mal isoliert. Vermutlich war hier die Reduktion oder die Fällung nicht ganzvollständig.

Die chemische Ähnlichkeit zu Rhenium ist nach diesen Ergebnissen zu vernachlässigen, das Neptu-nium verhält sich eindeutig wie ein dem Uran ähnliches 5f -Element.

46

Anhang

Literatur

[1] Kernchemisches Praktikum I, Dreizehnte, modi�zierte Au�age - K.E. Seyb et.al.; 2010;http://www.kernchemie.uni-mainz.de/downloads/script/kc1_praktikum/Skript_

KC1%20Praktikum.pdf

[2] Karlsruher Nuklidkarte - J. Magill, G. Pfennig, J. Galy

Tabellenverzeichnis

1 1.Tag, Versuch 1: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.Tag, Versuch 2: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.Tag, Versuch 3: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 1.Tag, Versuch 4: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1.Tag, Versuch 5.1: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 1.Tag, Versuch 5.2: Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 7.Tag, Versuch 1.1: Auswertung des γ-Spektrums von 190mOs . . . . . . . . . . . . 328 7.Tag, Versuch 1.2: Halbwertszeiten der γ-Linien von 190mOs . . . . . . . . . . . . 329 7.Tag, Versuch 1.2: Trägheitsmomente des 190mOs-Kerns . . . . . . . . . . . . . . 3410 7.Tag, Versuch 4: Messwerte und errechnete Anreicherungsgerade . . . . . . . . . . 3911 8.Tag, Versuch 2: Messwerte: 224Ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4112 8.Tag, Versuch 2: Messwerte: 139Ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4113 10.Tag, Neptuniumchemie: Messwerte und Vergleich mit Standard . . . . . . . . . . 4614 Tag 2 Versuch 1: Nachbildung von 137Ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4915 Tag 2 Versuch 2: Zerfall von 137mBa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5016 Tag 3 Versuch 3: Nachbildung und Zerfall von 211Bi aus 211Pb (α-Zählung) . . . . 5117 Tag 3 Versuch 2: Nachbildung von 207T l aus 211Bi (β-Zählung) . . . . . . . . . . . 5218 Tag 3 Versuch 3: Zerfall des 211Bi (α-Zählung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5319 Zerfall von 207T l-Rückstoÿatomen (β-Zählung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5420 Messwerte nach 288s Bestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5521 Messwerte nach 144s Bestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5622 Messwerte nach 48s Bestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5723 Messwerte nach 24s Bestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

47

http://www.kernchemie.uni-mainz.de/downloads/script/kc1_praktikum/Skript_KC1%20Praktikum.pdf

http://www.kernchemie.uni-mainz.de/downloads/script/kc1_praktikum/Skript_KC1%20Praktikum.pdf

Abbildungsverzeichnis

1 1. Tag: Charakteristik des GMZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1. Tag: Totzeitverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 1. Tag: Absorptionsverhalten von β-Teilchen in Al . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Nachbildung des Tochternuklids (137Ba) in einem säkularen Gleichgewicht. . . . . . 125 Zerfall von 137mBa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Spektrum von 60Co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Spektrum von 60Co mit zunehmendem Abstand zum Detektor . . . . . . . . . . . . 168 Abhängigkeit des Log der Ereignisse vom Log des Abstand . . . . . . . . . . . . . . 179 Energie-Kanal Zuordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1810 Energiespektrum von 24Na . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1911 Abhängigkeit der Peak�äche von der Schichtdicke von Blei zwischen Probe und De-

tektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2012 Verlauf der α-Aktivität von 211Bi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2113 Verlauf der β-Zählraten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2214 Zerfall von 211Bi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2315 Energiespektrum von 211Bi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2416 Verlauf der β-Aktivität von 207T l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2517 Zerfall von 211Pb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2618 Zerfall von 110Ag und 108Ag nach 288s Bestrahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2719 Abhängigkeit I0 von der Bestrahlungsdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2820 γ-Spektrum des Cu-Standardts (links) und der Al-Probe (rechts) . . . . . . . . . . 3021 7. Tag: γ-Spektrum von 190mOs 2min nach Bestrahlungsende . . . . . . . . . . . . 3122 7. Tag, Versuch 1.2: γ-Linien des 190mOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3323 7. Tag, Versuch 2: Energiekalbrierung des β-Spektrometers . . . . . . . . . . . . . . 3424 7. Tag, Versuch 3: Fermie-Curie-Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3625 7. Tag, Versuch 4: Kalibrierung mit Uran-Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . 3726 7. Tag, Versuch 4: Kalibrierung mit Thorium-Standards . . . . . . . . . . . . . . . 3827 8. Tag: Zerfall von 139Ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4028 8. Tag: Fraktionierte Fällung von BaCrO4 und RaCrO4 . . . . . . . . . . . . . . 4229 Verlauf der Reaktion in Form vom Verlauf der Präparataktivität . . . . . . . . . . . 4430 Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante von der Temperatur . . . . . . . . . . 4531 Zerfall von 110Ag und 108Ag nach 144s Bestrahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5632 Zerfall von 110Ag und 108Ag nach 48s Bestrahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5733 Zerfall von 110Ag und 108Ag nach 24s Bestrahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5834 Abhängigkeit von I0 von der Bestrahlungszeit. Der Fit liefert I∞ . . . . . . . . . . . 59

48

Tabellen und Diagramme

Tag 2 Versuch 1

T [s] t [s] N I [1/s] I0(t) [1/s]15 30 5406 180,2 351,2

45 30 6730 224,3 307,0

75 31 8078 260,6 270,8

105 29 8961 309,0 222,4

135 30 10066 335,5 195,8

165 30 10580 352,7 178,7

195 30 11312 377,1 154,3

225 30 12040 401,3 130,0

255 30 12294 409,8 121,6

285 30 12834 427,8 103,6

315 30 13383 446,1 85,3

345 30 13615 453,8 77,5

375 30 13834 461,1 70,2

405 30 14163 472,1 59,3

435 30 14266 475,5 55,8

465 30 14384 479,5 51,9

495 30 14781 492,7 38,7

525 30 14793 493,1 38,3

555 30 14741 491,4 40,0

585 30 15495 516,5 14,9

615 30 15386 512,9 18,5

645 30 15542 518,1 13,3

675 30 15497 516,6 14,8

705 30 15373 512,4 18,9

735 30 15820 527,3 4,0

765 30 15453 515,1 16,3

795 30 15756 525,2 6,2

825 30 15809 527,0 4,4

855 30 15847 528,2 3,1

885 30 15815 527,2 4,2

915 30 15645 521,5 9,9

945 30 15924 530,8 0,6

975 30 15814 527,1 4,2

1005 30 15713 523,8 7,6

1035 30 15884 529,5 1,9

1065 30 16122 537,4 -6,0

1095 30 15812 527,1 4,3

1125 30 16030 534,3 -3,0

1155 30 16018 533,9 -2,6

1185 30 16019 534,0 -2,6

1215 30 16100 536,7 -5,3

1245 30 15853 528,4 2,9

1275 30 15738 524,6 6,8

1305 30 16024 534,1 -2,8

1335 30 15669 522,3 9,1

1365 30 15818 527,3 4,1

1395 30 15940 531,3 0,0

1425 30 15856 528,5 2,8

1455 30 16058 535,3 -3,9

1485 30 16059 535,3 -3,9

1650 300 159731 532,4 -1,1

1950 300 159088 530,3 1,1

Tabelle 14: Tag 2 Versuch 1: Nachbildung von 137Ba

49

Tag 2 Versuch 2

T [s] t [s] N I [1/s] I-U [1/s]15 30 10574 352,47 338,74

45 30 9288 309,60 295,87

75 30 8076 269,20 255,47

105 30 7125 237,50 223,77

135 30 6275 209,17 195,44

165 30 5676 189,20 175,47

195 30 4975 165,83 152,10

225 30 4422 147,40 133,67

255 30 3895 129,83 116,10

285 30 3383 112,77 99,04

315 30 3098 103,27 89,54

345 30 2758 91,93 78,20

375 30 2383 79,43 65,70

405 30 2193 73,10 59,37

435 30 1974 65,80 52,07

465 30 1729 57,63 43,90

495 30 1597 53,23 39,50

525 30 1418 47,27 33,54

555 30 1300 43,33 29,60

585 30 1152 38,40 24,67

615 30 1132 37,73 24,00

645 30 981 32,70 18,97

675 30 983 32,77 19,04

705 30 912 30,40 16,67

735 30 799 26,63 12,90

765 30 795 26,50 12,77

795 30 761 25,37 11,64

825 30 650 21,67 7,94

855 30 613 20,43 6,70

885 30 621 20,70 6,97

915 30 601 20,03 6,30

945 30 581 19,37 5,64

975 30 535 17,83 4,10

1005 30 538 17,93 4,20

1035 30 475 15,83 2,10

1065 30 501 16,70 2,97

1095 30 495 16,50 2,77

1125 30 491 16,37 2,64

1155 30 483 16,10 2,37

1185 30 483 16,10 2,37

1215 30 462 15,40 1,67

1245 30 447 14,90 1,17

1275 30 414 13,80 0,07

1305 30 430 14,33 0,60

1335 30 408 13,60 -0,13

1365 30 419 13,97 0,24

1395 30 421 14,03 0,30

1425 30 457 15,23 1,50

1455 30 443 14,77 1,04

1485 30 411 13,70 -0,03

1650 300 4114 13,71 -0,02

1950 300 4125 13,75 0,02

Untergrund 13,73

Tabelle 15: Tag 2 Versuch 2: Zerfall von 137mBa

50

Tag 3 Versuch 1

T [s] Messzeit t [s] N I [1/s] I(Bi) [1/s]15 30 0 Fehler Fehler

45 30 0 Fehler Fehler

75 30 5032 Fehler Fehler

105 30 8802 293,40 159,96

135 30 9473 315,77 133,53

165 30 10103 336,77 108,51

195 30 10856 361,87 79,42

225 30 10899 363,30 74,03

255 30 11269 375,63 57,78

285 30 11383 379,43 50,10

315 30 11659 388,63 37,05

345 30 11913 397,10 24,77

375 30 11622 387,40 30,69

405 30 11708 390,27 24,07

435 30 11762 392,07 18,56

465 30 11949 398,30 8,65

495 30 11829 394,30 9,00

525 30 11666 388,87 10,82

555 30 11749 391,63 4,48

585 30 11755 391,83 0,73

615 30 11501 383,37 5,68

645 30 11547 384,90 0,66

675 30 11367 378,90 3,20

705 30 11476 382,53 -3,85

735 30 11292 376,40 -1,11

765 30 11061 368,70 3,22

795 30 11089 369,63 -1,04

825 30 11009 366,97 -1,68

855 30 11010 367,00 -4,98

885 30 10924 364,13 -5,36

915 30 10842 361,40 -5,84

945 30 10465 348,83 3,54

975 30 10451 348,37 0,85

1005 30 10445 348,17 -2,08

1035 30 10461 348,70 -5,71

1065 30 10221 340,70 -0,79

1095 30 10210 340,33 -3,47

1125 30 10151 338,37 -4,52

1155 30 9979 332,63 -1,77

1185 30 9737 324,57 3,33

1215 30 9770 325,67 -0,71

1245 30 9856 328,53 -6,49

1275 30 9779 325,97 -6,81

1305 30 9513 317,10 -0,80

1335 30 9386 312,87 0,60

1365 30 9373 312,43 -1,78

1395 30 9221 307,37 0,51

1425 30 9079 302,63 2,48

1455 30 9111 303,70 -1,32

1485 30 9100 303,33 -3,66

1515 30 9089 302,97 -5,98

1545 30 8811 293,70 0,63

1575 30 8867 295,57 -3,88

1605 30 8548 284,93 4,14

1635 30 8598 286,60 -0,11

1665 30 8515 283,83 0,09

1695 30 8474 282,47 -1,09

Tabelle 16: Tag 3 Versuch 3: Nachbildung und Zerfall von 211Bi aus 211Pb (α-Zählung)

51

Tag 3 Versuch 2

T [s] t [s] N I [1/s] I-Nulle� [1/s] I-Pb [1/s] I-Pb-Tl [1/s]15 30 601 20,03 19,76 18,46 45,17

45 30 646 21,53 21,26 19,98 38,52

75 30 677 22,57 22,29 21,03 32,76

105 30 704 23,47 23,19 21,95 27,50

135 30 655 21,83 21,56 20,34 25,13

165 30 707 23,57 23,29 22,09 19,72

195 30 632 21,07 20,79 19,61 18,83

225 30 663 22,10 21,83 20,66 14,68

255 30 613 20,43 20,16 19,01 13,49

285 30 604 20,13 19,86 18,73 11,15

315 30 572 19,07 18,79 17,68 9,79

345 30 571 19,03 18,76 17,66 7,60

375 30 561 18,70 18,43 17,34 5,88

405 30 523 17,43 17,16 16,09 5,26

435 30 459 15,30 15,03 13,97 5,66

465 30 494 16,47 16,19 15,16 2,89

495 30 458 15,27 14,99 13,97 2,62

525 30 425 14,17 13,89 12,89 2,37

555 30 396 13,20 12,93 11,94 2,09

585 30 409 13,63 13,36 12,38 0,51

615 30 388 12,93 12,66 11,70 0,16

645 30 327 10,90 10,63 9,68 1,22

675 30 307 10,23 9,96 9,03 1,00

705 30 262 8,73 8,46 7,54 1,68

735 30 315 10,50 10,23 9,32 -0,85

765 30 268 8,93 8,66 7,77 0,02

795 30 244 8,13 7,86 6,98 0,18

825 30 210 7,00 6,73 5,86 0,73

855 30 242 8,07 7,79 6,94 -0,88

885 30 204 6,80 6,53 5,69 -0,12

930 60 364 6,07 5,79 4,97 -0,06

990 60 307 5,12 4,84 4,05 0,10

1050 60 284 4,73 4,46 3,69 -0,18

1110 60 268 4,47 4,19 3,44 -0,48

1170 60 238 3,97 3,69 2,97 -0,46

1230 60 210 3,50 3,23 2,52 -0,40

1290 60 166 2,77 2,49 1,81 -0,02

1350 60 155 2,58 2,31 1,64 -0,13

1410 60 124 2,07 1,79 1,15 0,13

1470 60 119 1,98 1,71 1,08 0,00

1530 60 109 1,82 1,54 0,94 -0,02

1590 60 92 1,53 1,26 0,67 0,10

1650 60 82 1,37 1,09 0,52 0,13

1710 60 83 1,38 1,11 0,55 0,00

1770 60 75 1,25 0,98 0,44 0,03

1830 60 69 1,15 0,88 0,35 0,04

1890 60 61 1,02 0,74 0,24 0,10

1950 60 52 0,87 0,59 0,10 0,18

2010 60 39 0,65 0,38 -0,10 0,34

2070 60 46 0,77 0,49 0,03 0,17

2550 300 185 0,62 0,34 -0,02 0,07

2850 300 170 0,57 0,29 -0,02 0,04

Tabelle 17: Tag 3 Versuch 2: Nachbildung von 207T l aus 211Bi (β-Zählung)

52

Tag 3 Versuch 3

T [s] t [s] N I [1/s]15 30 1040 34,67

45 30 868 28,93

75 30 808 26,93

105 30 719 23,97

135 30 551 18,37

165 30 455 15,17

195 30 387 12,90

225 30 373 12,43

255 30 293 9,77

285 30 247 8,23

315 30 232 7,73

345 30 191 6,37

375 30 173 5,77

405 30 143 4,77

435 30 121 4,03

465 30 112 3,73

495 30 83 2,77

525 30 81 2,70

555 30 58 1,93

585 30 52 1,73

615 30 41 1,37

645 30 42 1,40

675 30 49 1,63

705 30 34 1,13

735 30 28 0,93

765 30 29 0,97

795 30 34 1,13

825 30 25 0,83

855 30 20 0,67

885 30 22 0,73

915 30 13 0,43

Tabelle 18: Tag 3 Versuch 3: Zerfall des 211Bi (α-Zählung)

53

Tag 3 Versuch 4

T [s] t [s] N I [1/s] I-Nulle�ekt35 30 5312 177,07 176,79

65 30,3 4986 164,55 164,28

95 29,8 4606 154,56 154,29

125 30 4374 145,80 145,53

155 30,1 4183 138,97 138,70

185 30,1 3850 127,91 127,63

215 30,4 3602 118,49 118,21

245 29,7 3282 110,51 110,23

275 30,1 3198 106,25 105,97

305 29,4 2914 99,12 98,84

335 30 2893 96,43 96,16

365 30,3 2571 84,85 84,58

395 30,7 2533 82,51 82,24

425 29,1 2276 78,21 77,94

455 30,1 2156 71,63 71,35

485 30 2028 67,60 67,33

515 30 1949 64,97 64,69

545 30,4 1084 35,66 35,38

575 30 - - -

605 30,2 - - -

635 30,1 970 32,23 31,95

665 29,1 1332 45,77 45,50

695 30,2 1278 42,32 42,04

725 29,8 1113 37,35 37,08

755 30,4 1177 38,72 38,44

785 29,8 1025 34,40 34,12

815 30,2 907 30,03 29,76

845 29,9 882 29,50 29,23

875 30,2 824 27,28 27,01

905 30,3 801 26,44 26,16

935 29,8 712 23,89 23,62

965 30 682 22,73 22,46

995 30 620 20,67 20,39

1025 30,2 - - -

1055 29,8 - - -

1085 30,3 - - -

1115 30 - - -

1145 29,7 144 4,85 4,58

1175 30,3 423 13,96 13,69

1205 29,8 411 13,79 13,52

1235 30 380 12,67 12,39

1265 30,2 327 10,83 10,55

1295 29,6 313 10,57 10,30

1325 30,1 269 8,94 8,66

1355 30,1 286 9,50 9,23

1385 29,8 286 9,60 9,32

1415 30 241 8,03 7,76

1445 30,1 248 8,24 7,97

1475 29,9 235 7,86 7,59

1505 30 144 4,80 4,53

1535 30 1 0,03 -0,24

1565 30 109 3,63 3,36

1595 30 122 4,07 3,79

Tabelle 19: Zerfall von 207T l-Rückstoÿatomen (β-Zählung)

54

Tag 6 Versuch 1

T [s] t [s] N I [1/s] I-Untergrund [1/s] I-U-108Ag [1/s]23,5 15 1337 89,13 88,73 59,52

38,5 15 908 60,53 60,13 33,28

53,5 15 697 46,47 46,06 21,37

68,5 15 559 37,27 36,86 14,16

83,5 15 425 28,33 27,93 7,06

98,5 15 355 23,67 23,26 4,07

113,5 15 311 20,73 20,33 2,68

128,5 15 231 15,40 15,00 -1,23

143,5 15 222 14,80 14,40 -0,52

158,5 15 208 13,87 13,46 -0,25

173,5 15 172 11,47 11,06 -1,55

188,5 15 165 11,00 10,60 -1,00

203,5 15 131 8,73 8,33 -2,33

218,5 15 127 8,47 8,06 -1,74

233,5 15 123 8,20 7,80 -1,21

248,5 15 96 6,40 6,00 -2,29

263,5 15 86 5,73 5,33 -2,29

278,5 15 103 6,87 6,46 -0,54

293,5 15 93 6,20 5,80 -0,64

308,5 15 90 6,00 5,60 -0,32

346 60 276 4,60 4,20 -0,60

406 60 229 3,82 3,41 -0,02

466 60 176 2,93 2,53 0,08

526 60 136 2,27 1,86 0,11

586 60 97 1,62 1,21 -0,04

646 60 82 1,37 0,96 0,07

706 60 64 1,07 0,66 0,02

766 60 52 0,87 0,46 0,01

826 60 31 0,52 0,11 -0,21

886 60 43 0,72 0,31 0,08

946 60 31 0,52 0,11 -0,05

1006 60 16 0,27 -0,14 -0,26

1066 60 31 0,52 0,11 0,03

1126 60 24 0,40 0,00 -0,07

1186 60 20 0,33 -0,07 -0,11

1246 60 31 0,52 0,11 0,08

1306 60 21 0,35 -0,05 -0,08

1366 60 20 0,33 -0,07 -0,09

1426 60 21 0,35 -0,05 -0,07

1486 60 26 0,43 0,03 0,02

Untergrund 0,40

Tabelle 20: Messwerte nach 288s Bestrahlung

55


35,5 15 931 62,07 62,07 47,20

50,5 15 653 43,53 43,53 29,70

65,5 15 495 33,00 33,00 20,13

80,5 15 401 26,73 26,73 14,76

95,5 15 298 19,87 19,87 8,72

110,5 15 245 16,33 16,33 5,96

125,5 15 200 13,33 13,33 3,68

140,5 15 160 10,67 10,67 1,69

155,5 15 125 8,33 8,33 -0,02

170,5 15 138 9,20 9,20 1,42

185,5 15 125 8,33 8,33 1,10

200,5 15 111 7,40 7,40 0,67

215,5 15 87 5,80 5,80 -0,47

230,5 15 74 4,93 4,93 -0,90

245,5 15 86 5,73 5,73 0,31

260,5 15 83 5,53 5,53 0,48

275,5 15 69 4,60 4,60 -0,10

290,5 15 65 4,33 4,33 -0,04

305,5 15 80 5,33 5,33 1,27

343 60 206 3,43 3,43 0,04

403 60 145 2,42 2,42 -0,13

463 60 122 2,03 2,03 0,12

523 60 76 1,27 1,27 -0,17

583 60 68 1,13 1,13 0,06

643 60 47 0,78 0,78 -0,02

703 60 58 0,97 0,97 0,36

763 60 32 0,53 0,53 0,08

823 60 37 0,62 0,62 0,28

883 60 29 0,48 0,48 0,23

943 60 32 0,53 0,53 0,34

1003 60 16 0,27 0,27 0,12

1063 60 23 0,38 0,38 0,28

1123 60 20 0,33 0,33 0,25

1183 60 22 0,37 0,37 0,31

1243 60 19 0,32 0,32 0,27

1303 60 14 0,23 0,23 0,20

1363 60 19 0,32 0,32 0,29

1423 60 13 0,22 0,22 0,20

1483 60 19 0,32 0,32 0,30

Untergrund 0,31



56


36,5 15 620 41,33 41,04 33,03

51,5 15 462 30,80 30,50 23,18

66,5 15 310 20,67 20,37 13,66

81,5 15 240 16,00 15,70 9,56

96,5 15 161 10,73 10,44 4,82

111,5 15 128 8,53 8,24 3,09

126,5 15 99 6,60 6,30 1,60

141,5 15 98 6,53 6,24 1,93

156,5 15 66 4,40 4,10 0,16

171,5 15 64 4,27 3,97 0,36

186,5 15 61 4,07 3,77 0,47

201,5 15 51 3,40 3,10 0,08

216,5 15 45 3,00 2,70 -0,06

231,5 15 46 3,07 2,77 0,24

246,5 15 41 2,73 2,44 0,12

261,5 15 34 2,27 1,97 -0,15

276,5 15 23 1,53 1,24 -0,71

291,5 15 27 1,80 1,50 -0,27

306,5 15 35 2,33 2,04 0,41

344 60 98 1,63 1,34 0,03

404 60 69 1,15 0,85 -0,06

464 60 57 0,95 0,65 0,01

524 60 43 0,72 0,42 -0,03

584 60 37 0,62 0,32 0,00

644 60 42 0,70 0,40 0,18

704 60 31 0,52 0,22 0,07

764 60 34 0,57 0,27 0,16

824 60 29 0,48 0,19 0,11

884 60 17 0,28 -0,01 -0,07

944 60 19 0,32 0,02 -0,02

1004 60 17 0,28 -0,01 -0,04

1064 60 26 0,43 0,14 0,12

1124 60 25 0,42 0,12 0,11

1184 60 16 0,27 -0,03 -0,04

1244 60 9 0,15 -0,15 -0,15

1304 60 16 0,27 -0,03 -0,03

1364 60 14 0,23 -0,06 -0,07

1424 60 20 0,33 0,04 0,04

1484 60 16 0,27 -0,03 -0,03

Untergrund 0,30



57


34,5 15 430 28,67 28,35 26,42

49,5 15 292 19,47 19,15 17,39

64,5 15 168 11,20 10,89 9,28

79,5 15 140 9,33 9,02 7,55

94,5 15 99 6,60 6,29 4,95

109,5 15 77 5,13 4,82 3,60

124,5 15 48 3,20 2,89 1,77

139,5 15 54 3,60 3,29 2,27

154,5 15 47 3,13 2,82 1,89

169,5 15 24 1,60 1,29 0,44

184,5 15 31 2,07 1,75 0,98

199,5 15 35 2,33 2,02 1,31

214,5 15 21 1,40 1,09 0,44

229,5 15 20 1,33 1,02 0,43

244,5 15 18 1,20 0,89 0,35

259,5 15 13 0,87 0,55 0,06

274,5 15 16 1,07 0,75 0,31

289,5 15 25 1,67 1,35 0,94

304,5 15 16 1,07 0,75 0,38

342 60 49 0,82 0,50 0,21

402 60 38 0,63 0,32 0,11

462 60 46 0,77 0,45 0,31

522 60 28 0,47 0,15 0,05

582 60 30 0,50 0,19 0,12

642 60 32 0,53 0,22 0,17

702 60 17 0,28 -0,03 -0,06

762 60 24 0,40 0,09 0,06

822 60 21 0,35 0,04 0,02

882 60 27 0,45 0,14 0,12

942 60 33 0,55 0,24 0,23

1002 60 25 0,42 0,10 0,10

1062 60 20 0,33 0,02 0,02

1122 60 21 0,35 0,04 0,03

1182 60 19 0,32 0,00 0,00

1242 60 15 0,25 -0,06 -0,07

1302 60 20 0,33 0,02 0,02

1362 60 19 0,32 0,00 0,00

1422 60 16 0,27 -0,05 -0,05

1482 60 21 0,35 0,04 0,04

Untergrund 0,31



58

Abbildung 34: Abhängigkeit von I0 von der Bestrahlungszeit. Der Fit liefert I∞

59

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