Nachweismethoden für radioaktive Strahlung

Diese drei Möglichkeiten des Nachweises sind nachfolgend genauer beschrieben. Darüber hinaus gibt es weitere Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung. Dazu gehören Szintillationszähler, Blasenkammern, Ionisationskammern, Spinthariskope oder Detektoren unterschiedlicher Bauart.

Fotografische Schichten (Filme, Dosimeterplaketten)

Lichtdicht verpackte Filme werden durch radioaktive Strahlung geschwärzt. Die Schwärzung ist umso stärker, je intensiver die auftreffende Strahlung ist. Genutzt wird diese Nachweismöglichkeit bei Dosimeterplaketten (Bild 2), die Personen tragen müssen, die beruflich mit Strahlung in Berührung kommen können. Dosimeterplaketten dienen dem Nachweis radioaktiver Strahlung (Betastrahlung, Gammastrahlung) und Röntgenstrahlung. Alphastrahlung wird wegen ihrer geringen Reichweite in Luft nicht erfasst. Solche Dosimeterplaketten müssen von Personen getragen werden, die beruflich Strahlung ausgesetzt sein können. Das sind in Deutschland ca. 350.000 Personen.

Aufbau und Wirkungsweise: Den Aufbau einer Dosimeterplakette, auch Filmdosimeter oder Dosimeter genannt, zeigt Bild 2. In einer Kunststoffkassette befindet sich ein lichtdicht eingepackter Film. Er wird als Dosismessfilm oder Messfilm bezeichnet, weil seine Schwärzung ein Maß für die aufgetroffene Strahlung ist. Im Kassettenboden gibt es mehrere Fenster mit Filter n aus Kupfer und Blei mit genormten Schichtdicken:

Darüber hinaus gibt es ein Fenster ohne jegliches Filter.
Trifft radioaktive Strahlung oder Röntgenstrahlung auf die Dosimeterplakette, so wird der Messfilm geschwärzt. Durch die verschiedenen Filter gelangt unterschiedlich viel Strahlung zum Film und bewirkt eine unterschiedliche Schwärzung der betreffenden Stellen. Damit kann man eine Auswertung der Schwärzung des Films dahingehend vornehmen,

• welche Arten von Strahlungen aufgetreten sind und
• wie intensiv diese Strahlungen waren.

Die Auswertung des Messfilms erfolgt in der Regel monatlich.

Die Vorteile von Dosimeterplaketten bestehen darin, dass

• sie problemlos an der Kleidung angebracht und ständig getragen werden können,
• mit ihnen relativ genau die Strahlenbelastung ermittelt werden kann,
• die Filme langjährig für eine Auswertung zur Verfügung stehen.

Die Nachteile von Dosimeterplaketten sind, dass

• die Messunsicherheit bei niedrigen Strahlendosen relativ groß ist und
• erst im Nachhinein festgestellt werden kann, ob eine Person einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt war.

Geiger-Müller-Zählrohre

Geiger-Müller-Zählrohre dienen zum Nachweis radioaktiver Strahlung. Sie beruhen auf der ionisierenden Wirkung radioaktiver Strahlung und auf den Vorgängen, die bei einer Gasentladung vonstatten gehen. Das Geiger-Müller-Zählrohr wurde im Jahre 1928 von den deutschen Physikern HANS GEIGER (1882-1945) und WALTHER MÜLLER (1905-1979) entwickelt.
Ein Geiger-Müller-Zählrohr eignet sich zum Nachweis von Beta-Strahlung (Elektronen) und von Gamma-Strahlung (energiereiche elektromagnetische Strahlung). Allerdings wird die Gamma-Strahlung nicht vollständig, sondern nur zu einem geringen Prozentsatz registriert.

Aufbau und Wirkungsweise: Das Zählrohr besteht aus einem gasgefüllten Metallrohr, in dem sich ein für die radioaktive Strahlung weitgehend durchlässiges Fenster befindet. Im Inneren des Metallrohres verläuft ein Metalldraht (Bild 4). Zwischen Metalldraht und Rohr wird eine äußere Spannung angelegt. Das Rohr wird mit einer Kombination verschiedener Gase gefüllt. Das Füllgas kann durch die ankommende radioaktive Strahlung ionisiert werden. Man verwendet häufig Argon, Xenon oder Methan.
Ein radioaktives Teilchen führt zur Ionisation eines oder mehrere Füllgasatome. Die äußere Spannung wird so gewählt, dass es beim Vorhandensein von Ladungsträgern im Füllgas schlagartig zur Entstehung einer Elektronenlawine kommt und eine Gasentladung wie in einer Gasentladungsröhre einsetzt. Dadurch kommt es zu einem Stromstoß im Zählrohr, der durch Abgriff an einem äußeren Widerstand in einem Spannungsimpuls umgeformt und elektronisch weiterverarbeitet wird. Häufig erfolgt eine akustische Darstellung, sodass man die einzelnen radioaktiven Teilchen als „Knacken“ in einem Lautsprecher wahrnehmen kann. Häufig erfolgt parallel dazu ein Zählen der Impulse.
Kurz nach dem Zünden der Gasentladung ist das Zählrohr für den Empfang weiterer radioaktiver Teilchen unempfindlich, da sich noch zu viele Ionen im Füllgas befinden. Um die Gasentladung selbsttätig zu unterbrechen, wird neben dem Füllgas noch ein Löschgas in das Zählrohr gebracht. Es ist auch möglich, die einmal in Gang gekommene Gasentladung von außen durch Einschaltung eines hohen Widerstandes zu beenden. In diesem Fall kann man auf die Beimengung eines Löschgases verzichten. Solche Zählrohre sind heute allerdings kaum noch in Gebrauch.

Nebelkammern

Die Nebelkammer dient dem Nachweis radioaktiver Strahlung. Sie wurde 1912 von dem schottischen Physiker CHARLES THOMAS REES WILSON (1869-1959) entwickelt und wird deshalb auch als wilsonsche Nebelkammer bezeichnet. Geeignet ist sie vor allem zum Nachweis von Alpha- und Betastrahlung, da das Ionisierungsvermögen dieser beiden Strahlungsarten besonders groß ist. Heute haben Nebelkammern nur noch historische Bedeutung.
Aufbau und Wirkungsweise: Eine Nebelkammer besteht aus einem luftdicht abgeschlossenen Raum mit einem Plexiglasdeckel. Den Boden der Kammer bildet eine elastische Membran. In diesen Raum werden durch eine Öffnung einige Tropfen einer Wasser-Ethanol-Lösung gebracht. Da Ethanol leicht verdampft, bildet sich in der Kammer Ethanoldampf.
Am Rande der Kammer befindet sich ein radioaktives Präparat. Außerdem liegt eine Spannung an, um die Ionen abzusaugen, die durch die radioaktive Strahlung entstehen.

Wird der Druck in der Kammer durch Herunterziehen der elastischen Membran plötzlich verringert, so entsteht durch Abkühlen ein übersättigter Dampf. An die Ionen, die sich längs der Bahn der radioaktiven Strahlung bilden, lagern sich Wasser- bzw. Ethanolmoleküle an und bilden kleine Nebeltröpfchen, die bei seitlicher Beleuchtung kurzzeitig als Spuren sichtbar sind. Vergleichbar ist das mit einer Erscheinung, die man häufig am Himmel beobachten kann. Hinter Flugzeugen, die in großen Höhen fliegen, bilden sich Kondensstreifen. Sie zeigen uns die Bahn des Flugzeuges, wobei das Flugzeug selbst mitunter gar nicht zu erkennen ist.

Erkennbar sind die Spuren und damit der Weg radioaktiver Strahlung. Darüber hinaus ist die Länge der Spuren ein Maß für die Energie, die die betreffende radioaktive Strahlung besitzt. Je länger die Spuren sind, desto größer ist die Energie der Strahlung.