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Geigerzähler – Messen der Radioaktivität

Ein Geiger-Müller-Zählrohr detektiert radioaktive Zerfälle wie Alpha- und Beta-Strahlung. Erfahre, wie es funktioniert und was die Totzeit bedeutet. Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Jakob Köbner
Geigerzähler – Messen der Radioaktivität
lernst du in der Sekundarstufe 3. Klasse - 4. Klasse

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.

  • 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.

  • 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.