Prinzip: Weil die Aufenthaltsdauer auf dem zu messenden Energieniveau sehr kurz ist, wird eine schnelle Verstärkung des Signals benötigt - aber elektronische Verstärkung ist zu langsam. Deshalb verwendet man einen Fotomultiplier, der das Signal schnell und stark verstärkt - leider geht dabei die Information über die Energie des Signals verloren, weil der Fotomultiplier in Sättigung betrieben wird (d.h. die Spannung ist so hoch, dass sämtliche Sekundärelektronen abgesaugt werden, egal ob sie viel oder wenig Energie haben). Daher braucht man einen zweiten Messkreis: die Signale verstärkt man elektronisch und misst die Energie, aber zeichnet nur jene Messwerte auf, bei denen die beiden Impulse (ein Gammaquant vom Übergang von einem höheren Energieniveau zum gesuchten Niveau und ein Gammaquant vom Übergang weiter zu einem tieferen Niveau) innerhalb eines bestimmten Zeitfensters liegen (bei zeitlich weiter auseinanderliegenden Impulsen nimmt man an, dass sie nicht vom gleichen Zerfall stammen).
Effizienz des Detektors = Anzahl der gemessenen Ereignisse
dividiert durch Anzahl der tatsächlichen Ereignisse (aus der
Aktivität der Probe); die Effizienz ist energieabhängig,
aber im betrachteten Energiebereich ist die doppelt logarithmierte
Effizienzkurve näherungsweise linear fallend;
Aktivität
der Proben: Na-22 hatte am 01.01.1987 48,5 kBq, Co-57 hatte am
01.10.1997 335 kBq => daraus muss man die momentane
Aktivität (20.06.2002) berechnen
Gefährlichkeit von Radioaktivität: hängt von der Art der Strahlung und von der Verweilzeit im menschlichen Körper ab
Art der Strahlung: thermische Neutronen sorgen für Elementumwandlung (werden zu einem zusätzlichen Nukleon, das sich durch Beta-Minus-Zerfall in ein Proton verwandeln kann => Elementumwandlung) und können somit DNA zerstören, während schnelle Neutronen v.a. Protonen im Kern ersetzen (v.a. Wasserstoffkerne, d.h. Wasser ist betroffen)
Verweilzeit: Tritium verweilt nur ca. 1 Woche im Körper, während sich Strontium in den Knochen statt Calcium ablagert und so eine Verweilzeit von ca. 30 Jahren hat
Radioaktivität im Körper: kommt v.a. von K-40 und C-14 (ca. 10-12 des Kohlenstoffs im Körper ist radioaktiv); Entstehung von C-14: Höhenstrahlung wandelt Luftstickstoff (N-14) in C-14 um, und dieses wird durch die Atmung aufgenommen
K-Einfang ist normalerweise häufiger als Beta-Plus-Zerfall, weil sich die Elektronen der K-Schale statistisch meist innerhalb des Kerns aufhalten
Bestimmung der Spitze des Peaks in der Software: am besten umschließt man den Peak mit zwei Markern - dabei bekommt man die Anzahl der eingeschlossenen Messwerte angezeigt - und fährt anschließend einen Marker so weit zum anderen hin, bis sich die Anzahl halbiert hat, d.h. auf beiden Seiten dieses Markers stehen jetzt gleich viele Messwerte
Szintillationszähler: ein Kristall, der Gammaquanten zu Lichtquanten umwandeln kann; ein Gammaquant wird zu mehreren Photonen, die Energie wird dabei durch Phononen verteilt (deshalb funktioniert es mit einzelnen Atomen nicht, sondern man braucht ein Kristallgitter)
Hafnium-Präparat: in einem Quarzbehälter eingeschlossen und mit Quarzsand aufgefüllt, wurde im Reaktor bestrahlt; Quarz deshalb, weil Kunststoff durch Neutronenbeschuss kaputt ginge (Protonenersetzung beim Wasserstoff) und dabei Gas erzeugen würde;
Verteilung der Aufenthaltszeiten: Kurve fällt exponentiell ab, weil zwar die Zerfallswahrscheinlichkeit immer konstant ist, aber nur das zerfallen kann, was noch nicht zerfallen ist => vgl. Abnahme von Bierschaum
Zeitkreis:
Verstärkung (Fotomultiplier)
CFT (Constant Fraction Trigger): normiert die Signale; Hinweis: Poti nicht verstellen, da Schleifkontakte oxidiert sind, und man so die momentane Einstellung nur schlecht wieder hinkriegen würde
TAC (Time Amplitude Converter): wandelt die Zeit, die zwischen dem Start- und dem Stoppimpuls vergangen ist, in eine proportionale Spannung um
Delay-Box: besteht aus aufgewickelten Kabeln bekannter Länge, die das Signal entsprechend verzögern; Sinn: damit wegen verschiedenen Kabeln nicht ein Stoppimpuls vor dem dazugehörigen Startimpuls im Detektor eingeht, schleift man den Stoppimpuls durch die Delay-Box und gibt so einen konstanten Zeit-Offset drauf.
Energiekreis:
elektronische Verstärkung des Signals
Einkanal-Diskriminator: hier kann man ein Zeitfenster einstellen, in dem Start- und Stoppimpuls (aus dem Zeitkreis) liegen müssen. Liegen beide Messimpulse zeitlich weiter auseinander, nimmt man an, dass sie nicht vom gleichen Zerfall stammen, und verwirft das Ergebnis der Energie-Messung
Gate-Generator: macht ein kurzes Signal länger, damit der Koinzidenzschalter auch Signale akzeptiert, die kurz nacheinander statt absolut gleichzeitig kommen
Koinzidenzschalter: wie ein AND-Gatter, d.h. wenn an zwei Eingängen ein Signal anliegt, wird ein Signal am Ausgang signalisiert
Linear Gate Stretcher: nimmt das halbe Signal und legt es invertiert auf das ursprüngliche Signal (bekommt dadurch Form von liegendem S); dadurch wird die Signalflanke amplitudenunabhängig
ADC (Analog Digital Converter) mit 4096 Kanälen + Aufnahme der Messung durch den PC
Bedienung des PC-Programms:
Pos1: aktive Marker auswählen
F3: Menü, zum Anhalten und Weitermessen
F4: Kalibrierung (Kanäle, auf die man kalibrieren will, per Marker auswählen, und dann hier die zugehörigen Werte eingeben - z.B. Peak markieren und die zugehörige Wellenlänge (Literaturwert) eingeben)
F5: speichern und drucken
F9: der gewählte Ausschnitt aus dem Kanalspektrum wird
fixiert (damit man auf dem Monitor einen Peak gut erkennen kann,
muss man die Anzahl der angezeigten Kanäle beschränken,
z.B. von Kanal 0 bis 645)
Skalierung: am besten auf
„automatisch“, so wird immer bildschirmfüllend
skaliert
Energieeichung: mit Na-22; zu 90% Wahrscheinlichkeit passiert
ein Beta-Plus-Zerfall in einen angeregten Zustand, so dass man zwei
Energien misst: der Übergang vom angeregten Zustand in den
Grundzustand (1,27458 MeV) sowie die beiden Gammaquanten, die
durch Rekombination des Positrons mit einem Elektron entstehen
(zweimal 511 keV). Entsprechend müsste der 511 keV-Peak
doppelt so hoch wie der andere sein, aber er ist deutlich höher;
Grund ist die bei hohen Energien geringere Empfindlichkeit des
Detektors
1. Eichung: man trägt ein, bei welchen ADC-Kanälen
die Peaks sind
2. Eichung: aus dem Zerfall von Co-57 (122 keV
und 511 keV-Peak) die Empfindlichkeit eichen (Annahme: linearer
Empfindlichkeitsverlauf)
Zeiteichung: man stellt mit Hilfe der Delay-Box zwei feste Signallaufzeiten her => Ergebnis: Kanal 181 = 40 ns, Kanal 325 = 80 ns
Messung der Lichtgeschwindigkeit: mit Na-22; man misst den 511 keV-Peak (da jeder Zerfall aus 2 Quanten besteht, die jeweils von einem Detektor gemessen werden können); anschließend zieht man die Detektoren 45 cm auseinander, befestigt die Probe am linken Detektor und nimmt die Messung auf (dauert viel länger als vorher wegen sphärischer Abstrahlung der Gammaquanten, d.h. jetzt landen viel weniger Gammaquanten auf dem entfernten Detektor)
Messung mit Hafnium: zuerst Spektrum der Probe aufzeichnen
und Fensterdiskriminatoren so einstellen, dass nur jeweils der
gewünschte Peak vorhanden ist; Kanalbereich: 50-430;
Bestimmung
der Aktivität der 483 keV-Linie, dann Messung der 346 keV
bzw. 343 keV-Linie (diese beiden Linien sind bei der Messung
nicht trennbar, daher arbeitet man mit der 483 keV-Linie, weil
diese nur von einem Zerfall stammt)