Das auf dieser Seite erwähnte Rn-222 und sein Zerfall können in einem relativ einfachen Experiment zu Hause nachgewiesen werden. Das in der Natur zu 90% vorkommende Rn-222-Isotop zerfällt über acht Stufen in das stabile Blei-Isotop Pb-206. Die vollständige Zerfallsreihe ist hier angegeben (in der Angabe des jeweiligen Isotops finden sich die zugehörigen Halbwertszeiten):

Beschreibung des Experiments:
Ein aufgeblasener Luftballon wird beispielsweise durch Reiben an einem geeigneten Tuch elektrostatisch aufgeladen und mittels Bindfaden an der Decke eines Kellerraumes elektrisch isoliert aufgehängt. Nach einer gewissen nicht allzu langen Zeit (s. Aufhängezeiten in den Diagrammen) wird der Ballon abgenommen, die Luft herausgelassen und der Ballon eng zusammengerollt unverzüglich vor ein Geiger-Müller-Zählrohr gebracht, mit dem die Zählrate (in Impulsen pro Minute) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt wird (siehe Foto).
Bei diesem Experiment lagert sich das beim Rn-222-Zerfall entstehende kurzzeitig noch elektrisch geladene Zerfallsprodukt Po-218 an dem elektrostatisch aufgeladenen Luftballon als fester Stoff an, der dann gemäß der genannten Zerfallsreihe weiter zerfällt.
Die nachfolgenden beiden Abbildungen zeigen Messkurven, wie sie sich in einem Experiment mit für zwei unterschiedlich lange Aufhängungen des Ballons im Keller ergeben haben. Auf der Rechtsachse sind die Messzeit in Minuten und auf der Hochachse die Zählrate in Impulsen pro Minute angegeben.

Betreff:

Zentrale Experimente Physik GOSt

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# Der vielstufige Zerfall von Rn-222 - das Experiment

Tipp

Begründen Sie, warum man bei den registrierten Zerfällen nur verschwindend wenige Zerfälle des Pb-210 (s. o. an 6. Stelle) oder eines seiner weiteren Zerfallsprodukte (s. o. noch weiter rechts) registrieren wird.

Tipp 1

Schauen Sie sich die zu zeigende Formel an. Die dort auftretenden Größen geben Ihnen einen Hinweis auf den Ansatz.

Beachten Sie die Größenordnungen der Halbwertszeiten

Tipp

In beiden Messreihen sind also praktisch nur die Zerfälle des Po-218, Pb-214, Bi-214 und Po-214 registriert worden. Begründen SIe, warum auch der Zerfall des Po-218 kaum Einfluss auf die Gestalt der Kurven
ausübt.

Tipp 1

Schauen Sie sich die zu zeigende Formel an. Die dort auftretenden Größen geben Ihnen einen Hinweis auf den Ansatz.

Beachten Sie die Gesamtmessdauer im Vergleich zur Halbwertszeit des Po-218

Tipp

Messen Sie, jeweils beginnend bei t = 50 min, in beiden Kurven diejenige Zeitspanne, bis zu der die registrierte Zählrate auf die Hälfte abgesunken ist, und entscheiden Sie, ob damit die Halbwertszeit bestimmt wird.

Tipp 1

Schauen Sie sich die zu zeigende Formel an. Die dort auftretenden Größen geben Ihnen einen Hinweis auf den Ansatz.

Beachten Sie, dass es sich um ein Gemisch radioaktiver Substanzen handelt.

Beschreiben Sie beide Messkurven insbesondere hinsichtlich der Aktivitätsraten für die beiden unterschiedlich langen "Aufladezeiten" und hinsichtlich ihres unterschiedlichen Verlaufs unmittelbar nach dem Einbringen des aktivierten Luftballons vor den Detektor.

Geben Sie eine ungefähre Abschätzung für die Größenordnung der Strahlenbelastung durch den aktivierten Luftballon.
Beachten Sie dazu, dass in den beiden Messkurven weiter oben die vom Detektor registrierte Nullrate abgelesen werden kann, die Sie als Vergleichsmaß insbesondere für die anfängliche Aktivität des Luftballons heranziehen können.
Entscheiden Sie damit auch, ob Sie es für gefährlich ansehen, den "kontaminierten" Luftballon mit bloßen Händen anzufassen.

Eines der für den oben dargestellten Versuch relevanten Isotope aus der Zerfallsreihe des Rn-222 könnte jedoch Anlass geben, sich vor dem Verzehr von Nahrung im unmittelbaren Anschluss an die Versuchsdurchführung die Hände zu waschen.
Benennen Sie dieses Isotop und begründen Sie, inwieweit hier tatsächlich Vorsicht geboten wäre, wenn dessen Aktivität um einige Zehnerpotenzen größer wäre.

Listen Sie auf, welche Alpha-Strahler und welche Beta-Strahler in der oben dargestellten Zerfallsreihe vorkommen.
Geben SIe die Umwandlungsgleichung für denjenigen Alpha-Strahler mit der kürzesten Halbwertszeit und denjenigen Beta-Strahler mit der längsten Halbswertzeit an.

Wenn Sie in Ihrer Schule ein mobiles Messinterface haben, könnten Sie nachfragen, ob Sie dies zusammen mit einem Geiger-Müller-Zählrohr ausleihen dürfen, um diese Messung bei Ihnen zuhause durchführen zu können. Sie benötigen darüber hinaus nur noch einen Computer - und natürlich den Luftballon mitsamt mechanischem Zubehör.

Aufladezeiten nur bis zu etwa zwei Stunden. Die Aufladezeit muss so kurz sein, dass sich das ebenfalls in der Luft befind-liche Radon-Isotop Rn-220 noch nicht in einer größeren Menge am Luftballon anlagert, damit dessen Aktivität die hier dar-gestellte Messung noch nicht zu sehr beeinträchtigt.