Ablenkung von Beta-Strahlen in einem B-Feld: Intensität

BillyLow · Anmeldungsdatum: 21.04.2016 Beiträge: 11

Hallo,

Ich studiere Maschinenbau an der Univeristät und habe momentan ein physikalisches Praktikum, welches ich den oben genannten Versuch als Durchführung hatte. Der Versuch lief gut aus, leider habe ich in meinem Protokoll einige Lücken die ich im Nachtestat ausfüllen muss und bräuchte Hilfe für mein Fazit.

Kurz zum Versuch: Ein Strontium 90-Präperat wurde so positioniert, dass die Beta-Strahlen (Elektronen) durch eine Öffnung in ein kreisförmiges Spulenmagnetfeld gelangen. Auf der Zeichenebene werden die Elektronen also im Kreis nach oben/unten durch die Lorentzkraft abgelenkt. An der Spule ist ein Geiger-Müller-Zählerrohr befestigt, der je nach Winkel die Zählrate messen kann.

Zunächst sollte man die Zählrate zwischen 0° bis 90° in 10-er Winkelschritten über eine Messdauer von 60 Sekunden messen. Dabei wird das Magnetfeld des Trafomagneten erstmal ausgeschaltet und ein Graph bezüglich der Intensität angefertigt. Mein Maximum befindete sich ca. bei 5° am Graphen, was natürlich fehlerbehaftet ist, da ein Maximum eher bei 0° zu erwarten war. Die Maximale Intensität die ich gemessen habe lag bei 557 aufgenommen Beta-Strahlen nach 60 Sekunden.

Danach sollte die selbe Durchführung mit eingeschalteten magnetischen Feld geschehen. Mein neues Maximum war bei ca. 40° und das Geiger-Müller-Zählrohr misste 428 angeommene Beta-Strahlen.

Meine Frage:

Wieso ist die Intensität nun in der Durchführung mit einem angeschalteten magnetischen Feld gesunken? In meinem Schlussfazit muss ich diesen Punkt berücksichtigen und habe bereits mehrere Theorien für dieses Phänomen.

1) Mein gemessener Wert mit angeschalteten magnetnischen Feld war einfach fehlerbehaftet. Bin mir aber sicher, dass das nicht stimmt, da ich im selben Winkel die Zählrate nochmal gemessen habe und auf eine ähnliche Zählrate von 400 gekommen bin. Die Intensität ist also tatsächlich um ca. 100 gesunken.

2) Das Magnetfeld der Trafospule ist nicht exakt homogen. Dadurch kommt es zur verstärkten Streuung, da auf die einzelnen Elektronen unterschiedliche Lorentzkräfte wirken und dadurch die einzelnen Elektronen unter verschiedenen Winkeln gestreut werden. Dadurch müsste man mit einem Intensitätsverlust rechnen, da quasi der Streuungswinkel (Die Breite des Elektronenstrahls) zu nimmt. Dennoch bin ich mir hier auch unsicher, da es auch mit der Ionisation zusammenhängen kann, da die Sekundärelektronen, die auf dem kreisförmigen Magnetfeld entstehen, sich kreisförmig in alle Richtungen ausbreiten und diese dann die Primärelektronen abbremsen, wenn sie aufeinander stoßen. Aus der Analogie müsste das aber auch für die Durchfühung ohne magnetischen Feld passieren, wodurch sich dieser Effekt auf die Intensität aufheben müsste.

3) Meine logischste Erklärung wäre bezogen auf das Zerfallsprodukt von Strontium 90 zu Yttirum 90 und von Yttirum 90 zu Citrium 90. Beim Zerfall von Yttirum 90 wird mehr Energie frei als beim Zerfall von Strontium 90. Demzufloge haben die Elektronen, welche durch Yttirum 90 entstehen mehr kinetische Energie als die Elektronen durch Strontium. Entsprechend höherer kinetischer Energie haben die Elektronen durch Yttirum eine höhere relativistische Geschwindigkeit, wodurch die Elektronen im magnetischen Feld durch einen größeren Winkel abgelenkt werden im Gegensatz zu den Elektronen durch Strontium. Dadurch würde es in meinem Diagramm mit angeschalteten/auschgeschalteten magnetischen Feld zu einer Superposition von 2 Intensitätsmaxima führen, wo ohne magnetischen Feld die Intensitätsmaxima übereinanderliegen und ein höheres Maxima bilden als mit angeschalteten magnetischen Feld, wo die Intensitätsmaxima verschoben sind und sich insgesamt ein verzerrtes Intensitätsmaxima bildet.

Ich kann mich auch irren und die Geschwindigkeit der Elektronen hat keine Auswirkung auf die Lorentzkraft und somit war die Verzerrung der 2 verschiedenen Intensitätsmaxima jeweils durch Strontium und Yttirum kompletter Unfug.

4) Meine 4te Theorie wäre bezogen auf die Untergrundzählrate, aber das könnte ich nicht genau erklären.

Ich weiß, dass es viel Text war und würde mich für jede Bestätigung, Hilfestellungen und Aussagen über meine Theorien freuen!

Peace out, BillyLow

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5041

Ich würde auf 3) tippen. Kannst Du genau genug messen um das Integral der Intensität über alle Winkel zu bestimmen? Das müsste mit und ohne Feld ungefähr gleich bleiben.

Zusätzlich kommt noch die Abstrahlung von EM-Wellen durch die beschleunigten Elektronen in Frage. Man müsste mal nachrechnen, ob das einen signifikanten Einfluss haben kann.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Ich kann deinen Versuchsaufbau nicht nachvollziehen.
Kannst du eine Skizze machen und genauer erklären, welcher Winkel geändert wurde und wann das Magnetfeld dabei mit welcher Stärke eingeschaltet war?

BillyLow · Anmeldungsdatum: 21.04.2016 Beiträge: 11

Also das hier ist der Versuchsaufbau.

BillyLow · Anmeldungsdatum: 21.04.2016 Beiträge: 11

Und hier erkennt man die 2 gehörigen Graphen, die die Intensität mit/ohne B-Feld darstellt. Hier wird deutlich, dass mit angeschalteten magnetischen Feld die Intensität am Maxima (ca. 40°) im Vergleich zum Graphen ohne B-Feld abnimmt. Meine Begründung war, dass die Zerfallsenergie von Yttirium höher ist als von Strontium, weswegen die kinetische Energie von Elektronen beim Yttirium-Zerfall höher ist als von Strontium. Demzufolge werden die Elektronen stärker abgelenkt. Dadurch hat man im Graphen mit angeschalteten B-Feld eigentlich zwei Intensitätsmaxima, die an verschiedenen Winkeln sind. Da mein Geiger-Müller-Zählrohr nur Zählraten misst und die jeweiligen Elektronen durch Yttirium und Strontium nicht unterscheiden kann, verzerrt sich mein Maximum im 2ten Graph. Die Folge der Superposition meiner zwei Intensitätsmaxima ist also ein nicht so hohes, aber breiteres Intensitätsmaxima.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Ohne Magnetfeld werden die Elektronen hauptsächlich in Vorwärtsrichtung emmittiert, da deine Quelle entsprechend abgeschirmt ist.
Wenn du jetzt das Magnetfeld einschaltest, wirkt die Lorentzkraft auf die Elektronen. Damit werden sie abgelenkt. Diese Ablenkung hängt von der Geschwindigkeit und somit kinetischen Energie der Teilchen ab.
Kannst du den Effekt mit Hilfe der Lorentzkraft und kinetischen Energie berechnen?