Geigertæller og baggrundsstråling

Fysik C · STX · C-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ Geigertæller og baggrundsstråling

Geigertæller (Geiger-Müller-tæller) = standard-måleinstrument for ioniserende stråling.

Princip: ioniserings-stråling (α, β, γ) ioniserer en gas (typisk argon med en smule halogen) i et rør → frigiver elektroner → strøm-puls → klik-tæller.

Tæller antal henfald per tid: Bq (becquerel) = 1 henfald/s. CPM (counts per minute) eller CPS (counts per second).

Standard skole-Geigertæller: detekterer mest β + γ, ikke α (stoppes af tæller-vinduet). Følsomhed: ~10-100 CPM ved typisk skole-kilde. Baggrundsstråling = naturlig stråling der altid er til stede.

Kilder til baggrundsstråling:

1.

Kosmisk stråling — fra rummet, mest neutrinoer + protoner. ~0,3 mSv/år. Stiger med højde (fly-passagerer + piloter får mere).

2.

Terrestrial stråling — fra grundstoffer i jorden + sten (uran, thorium, kalium-40). ~0,5 mSv/år. Højere i granit-områder (Bornholm).

3.

Radon — luft-radioaktiv gas fra jorden. Største bidrag ~1 mSv/år gennemsnit. Højere i kælderlukkede huse.

4.

Internt — vores krop indeholder kalium-40 + carbon-14. ~0,3 mSv/år.

5.

Medicinske procedurer — røntgen, CT-scan. CT-scan = 5-15 mSv (= flere års baggrund).

Total naturlig baggrund i DK: ~3 mSv/år. Højere i bjerg-områder (Brasilien, Iran — op til 100 mSv/år lokalt).

Skoleforsøg — mål baggrundsstråling: tag Geigertæller, mål uden kilde i 5-10 minutter, beregn CPM. Forventet i typisk skole-laboratorium: 20-40 CPM (afhænger af bygningsmateriale + højde). Skoleforsøg — kilde-måling: anbring kilden i afstande på 5, 10, 20, 40 cm fra tælleren, mål CPM og verificér 1/r²-loven ved at plotte CPM mod 1/r².

Læringsmål

• Bruge Geigertæller og forklare princippet: ioniserende stråling ioniserer gas → strøm-puls → tæller
• Måle og tolke baggrundsstråling: typisk 20-40 CPM i dansk skole-lab, omsættes til Bq (1 CPM = 1/60 Bq)
• Beskrive baggrundsstrålingens 4 naturlige kilder: kosmisk stråling, terrestrial stråling, radon, intern (K-40)
• Skelne α-, β- og γ-stråling ud fra gennemtrængelighed: papir/hud, Al-plade, bly
• Forstå statistisk natur: radioaktivt henfald er tilfældigt — mange målinger giver mere stabilt gennemsnit

Sådan kan du arbejde med emnet

• Mål baggrundsstråling i 5 minutter. Beregn gennemsnits-CPM og omsæt til Bq. Er det indenfor normalt interval?
• Kilde på 10 cm fra tæller → aktivitet A₁. Flyt til 20 cm → aktivitet A₂. Hvad er forholdet? (1/r²-lov giver A₂ = A₁/4)
• Afskærmnings-forsøg: mål aktivitet med papir, aluminiumsplade og blyskive foran kilden — hvilken stråle-type er det?

Eksperiment-forslag

• Mål baggrundsstrålingen i 5-10 minutter, beregn gennemsnits-CPM og diskuter, om den afviger fra det forventede (~20-40 CPM) for jeres laboratorium.
• Undersøg 1/r²-loven ved at måle aktivitet for en kilde i afstandene 5, 10, 20 cm — lav en log-log-plot og bestem eksponenten.
• Brug tre afskærmninger (papir, alu-folie, blyskive) til at identificere stråletypen fra en ukendt kilde.

Brobygning

I har nu gennemført en række forsøg — det vigtigste er at dokumentere dem korrekt. Næste emne er 'Forsøgsrapport (basis-niveau)'.