Wir ziehen um. 
Eines meiner aktuellen Projekte ist es, mit einem Photomultiplier Teilchen bzw. Gammastrahlen zu detektieren. Für die meisten Teilchen verwendet man einfach einen sogenannten Plastikszintillator. Die Teilchen ionisieren ihn lokal, und durch ein paar molekulare Prozesse wird die Energie in Licht umgewandelt, welches eben mit dem Photomultiplier (PMT) detektiert wird.
Für Gammastrahlung nutze ich diverse Szintillatoren. Plastikszintis kann man dafür auch nutzen, aber sie liefern keine brauchbare Information über die Energie der Gammas. Hierfür nimmt man anorganische Szintillatoren, bei denen die Helligkeit des abgestrahlten Lichts proportional zur Energie des eintreffenden Gammas ist. Meine Favoriten sind NaI(Tl) (veraltet auch NaJ), weil es billig und robust ist, und LaBr3(Ce), weil es eine super Energieauflösung hat.
Plastikszintillatoren sind meist ein System aus mehreren Komponenten, in den öftesten Fällen drei. Eine sog. Matrix, die die Teilchen stoppt und ionisiert wird, sie ist das Plastik selber. In dieser Matrix gelöst ist ein primärer Szintillator, der die Energie aus der ionisierten Matrix aufnimmt und als Licht im tiefen UV Bereich wieder abgibt. Leider sind alle als Matrix geeigneten Kunststoffe für UV praktsich absolut opak, und die wenigsten PMTs in dem Bereich wirklich empfindlich. Deshalb ist noch eine dritte Komponente, ein sekundärer Szintillator, in der Matrix gelöst. Diese absorbiert die UV Strahlung des primären Szintis und gibt die Energie in einer beliebigen, längeren, Wellenlänge wieder ab. Meist werden alle Zutaten so gewählt, dass am ende Licht um die 420 nm raus kommen, da hier das Empfindlichkeitsmaximum von den üblichsten PMTs liegt.
Plastikszintis kann man sich auch selber machen, daran forsche ich aktuell in meinem Bastelkeller, aber sie sind noch nicht so hell wie ich es gerne hätte.
Rezept kommt, wenn ich damit glücklich bin, ist aber eh größtenteils nur Kunstharz.
- Herstellung von zwei Plastikszintis
- Selbstgemachter Plastikszinti, PMT und alles was man zum verheiraten braucht
- Plastikszinti an der PMT, mit einem Fenster das Licht stoppt, aber alles inkl. Alphastrahlung durchlässt.
Hier ist das Pulshöhendiagramm eines meiner Plastikszintis in grün, ein Komerzieller in schwarz, beide wurden zu Testzwecken mit der Betastrahlung aus Sr/Y90 bestrahlt:
Aber genug zu dem Plastik.
Wie bereits erwähnt kann man mit anorganischen Szintillatoren Gammaspektrometrie betreiben, also die Energie von hochenergetischen Photonen bestimmen.
Das ist besonders interessant zur Identifikation von Radionukliden und diversen Kernprozessen. Wenn ein Atomkern radioaktiv zerfällt kann der Tochterkern der übrig bleibt in einem erhöhten Energiezustand sein, wenn sich dieser abregt gibt er seine Energie als hochenergetisches Photon ab. Die Energie ist absolut Spezifisch für jeden Kern. Dieser Prozess ist vergleichbar mit den Spektrallinien von heißen Gasen in einem Plasma.
Mein LaBr Gammaspektrometer ist komplett selber gebaut, aus einem 10x20 mm großen Kristall aus China und einer R9420 Photomultiplier. Die Auswertung ist auch selbst gebaut und basiert auf der Red Pitaya Messplattform.
- Kristall und PMT
- Fertiger Detektor
Mit den meisten kann man ohne weitere Gefahr umgehen, oft sind sie nichtmal chemisch bedenklich oder können einfach durch einen dichten Behälter durch gemessen werden. Sehr interessant ist hier Lutetium, denn es enthält ¹⁷⁶Lu, welches mit einer Halbertszeit von 3.8*10^10 Jahren Betazerfall untergeht und dabei eine ganze Hand voll Photonen um sich wirft.
- Gamma-, Röntgen-, und Betaenergien von ¹⁷⁶Lu
Nun sieht das aber doof aus, denn Lanthan sollte nur zwei, drei Peaks (senkrechte grüne Linien) haben und sonst still sein. Wenn man den Detektor gut kalibriert hat kann man nun die Energie der unbekannten Peaks bestimmen, und daraus erschließen welches Nuklid sich denn hier dazugemischt hat.
Mit ein bisschen suchen findet man dann heraus, dass es sich hier um eine Kontamination mit ²²⁷Actinium handelt. Actinium ist dem Lanthan chemisch sehr ähnlich und wird bei der aufreinigung des Metalls immer in einer kleinen Spur drinnen sein.
Da haben wir auch schon eine praktische Anwendung von Gammaspektrometrie, denn so kann man gut Prozessparameter und Problemquellen suchen, absolut zerstörungsfrei und oft auch noch durch eine Wand hindurch.
Bis auf das Strontium sind alle hier genannten Strahler radiologisch absolut unbedenklich!
Chemisch sind sie nicht gesund, aber zum Glück muss man sie ja nie aus ihrem Container nehmen oder sogar ankratzen um damit Versuche zu machen.
Die Aktivität des Strontiums liegt unter der legalen Freigrenze von 10 kBq, und es sitzt in einem Kolimator, damit die Strahlung nur in eine kontrollierte Richtung austreten kann
Ich hoffe ihr fandet meinen doch relativ langen Beitrag interessant, Fragen sind gerne gesehen!
Lukas
EDIT: Auf wunsch der Mods und um Verwirrung zu vermeiden habe ich den titel geändert
Es geht auch billiger.