Bragg-Reflexion von Gammaquanten an LiF-Einkristall

[stoppi]

Hallo!

Ich hoffe, das Thema passt hierher. Ich war ja was Radioaktivität angeht jetzt eine Zeit lang nicht sehr aktiv, andere Physikprojekte genossen indes Vorrang. Nun bin ich aber auf ein schönes Projekt gestoßen, welches Radioaktivität beinhaltet und zwar die Braggreflexion von niederenergetischer Gammastrahlung. Normalerweise verwendet man Röntgenstrahlung, welche an einem Einkristall reflektiert wird. Ich hätte sogar ein DIY-Röntgengerät, möchte dieses aber aus mehreren Gründen hier nicht verwenden. Stattdessen habe ich vor, die 60 keV Gammastrahlung von Am-241 zu verwenden.

Problem ist dann, dass die Glanzwinkel durch die doch relativ große Energie im Vergleich zu Röntgenstrahlung sehr klein werden. Daher musste ich Ausschau halten nach einem Einkristall mit möglichst geringem Netzebenenabstand/Gitterkonstante, um dies halbwegs zu kompensieren. Hier bietet sich Lithiumfluorid an mit einem Netzebenenabstand von nur 201 pm. Zum Vergleich, bei NaCl beträgt dieser 282 pm.

Aber selbst mit dem LiF beträgt der Glanzwinkel lediglich 3°. Es wird also mit Sicherheit schwer, die Braggreflexionen aufzulösen.

Dankenswerterweise wurden mir von der Firma Korth (https://www.korth.de/) ein Lithiumfluoridkristall gratis zur Verfügung gestellt, vielen Dank dafür nochmals. Von der Firma Firsching Analytical Systems (http://www.fias.at/) bekam ich dann auch noch Kochsalzeinkristalle kostenlos zugesandt. Auch hierfür vielen lieben Dank...

Detektieren werde ich die Gammastrahlung mit meinem LND712 Endfensterzählrohr. Für den mechanischen Aufbau verwende ich zum Teil Holzteile der Firma Matador. Dies habe ich etwa bereits bei der Betaspektroskopie schon so gemacht.

Auf ebay habe ich mir dann auch noch ein Winkelmesser-Set gekauft. Mit dem stelle ich dann den Winkel des Kristalls (phi) und den Winkel des Zählrohrs (2*phi) ein.

Die Holzplatte als Basis für den gesamten Aufbau habe ich auch schon besorgt. Wenn ich wieder Zeit habe, bastel ich weiter und werde hier über Fortschritte oder mein Scheitern berichten. 

Nachträglich wünsche ich allen noch ein gutes, neues Jahr und 2024 vor allem Gesundheit...

[NuclearPhoenix]

Klingt interessant! Ich bin sehr gespannt, was du uns für Ergebnisse/Erkentnisse berichten wirst.
Was für eine Aktivität hat deine Am-241 Quelle (wenn du das sagen möchtest)? Ich hatte sowas ähnliches auch schon mal vor, aber wegen den sehr kleinen Winkeln und der geringen Aktivität von den paar monoenergetischen Sachen die ich da habe, hat sich das für mich damals als nicht wirklich praktisch durchführbar herausgestellt.

Wie sieht's mit dem 26 keV Peak aus? Pfuscht dir der nicht irgendwie in die Messergebnissen rein? Kann man natürlich nachrechnen, aber du hast dir darüber sicher schon gedanken darüber gemacht.

[stoppi]

Danke, Phoenix für deinen Kommentar 

Laut https://www.researchgate.net/figure/A-typical-spectrum-of-Am-241-source-to-detector-distance-of-20-cm_fig3_272498204 ist der 26.3 keV peak von Am-241 nicht dominant verglichen mit den 59.5 keV. Obwohl ich eigentlich froh wäre über Gammaquanten mit weniger Energie. Dann würden sich halt die Glanzwinkel beider peaks zeigen. Einmal bei phi = 3° (59.5 keV) und bei phi = 6.8° (26.3 keV)...

Langsam schreitet das Projekt voran. Ich bin gerade am mechanischen Aufbau mit den Matador-Holzteilen und den Winkelmessern von ebay.

[stoppi]

So, mittlerweile konnte ich das Experiment durchführen. Jetzt weiß ich, warum ich dieses wohl unbewusst etwas auf die lange Bank geschoben habe  Die Ergebnisse sind nämlich ernüchternd.

Die verwendete radioaktive Probe ist viel zu schwach. Deshalb liegen die Zählraten auch nur minimal über dem Background (23 cpm vs. 22 cpm). Eine deutlich stärkere Probe würde aber auch nicht Abhilfe schaffen, da ich ja eine möglichst punktförmige Quelle benötige. Denn bei einer stärkeren aber flächenmäßig auch ausgedehnteren Quelle würde ich durch die Kollimation mit den Bleiblenden wieder alles verlieren.

Und zudem sind die Glanzwinkel mit n*3° sehr gering und machen die Sache nicht leichter. Kurz habe ich daher darüber nachgedacht, den gesamten Versuch wie üblich mit Röntgenstrahlung zu wiederholen. Ich hätte sogar eine Röntgenapparatur mit als Röntgenröhre missbrauchter Diodenröhre aber das ist mir dann doch zu sperrig. Und Dentalröntgenröhren aus Indien kämen auch an die 300 Euro, das kann und will ich mir nicht leisten. Obwohl mich nicht erfolgreich beendete Physikprojekte extrem wurmen. Aber was will man manchmal dagegen machen...

Man benötigt schon extrem viel Fantasie um in meinem Graphen auch nur ansatzweise die Glanzwinkel zu erkennen. Ich habe dann auch den LiF-Kristall mehr in den Strahl gerückt, damit die Gammaquanten diesen nicht nur tangieren. Aber auch das hat keine Veränderung verursacht, leider...

Dann bis zum nächsten Projekt, dem Nachweis der Verschiebung des Photopeaks im Gammaspektrum durch den Comptoneffekt. Dazu werde ich mich des Satzes von Thales bedienen 

[Kermit]

Obwohl mich nicht erfolgreich beendete Physikprojekte extrem wurmen. Aber was will man manchmal dagegen machen...

Nur so eine Idee:

In eigentlich jeder "gut sortierten" Nuklearmedizin gibt es physikalisch gebildete und interessierte Leute ("MPE"), die sich eventuell für Dein Projekt begeistern lassen könnten.

Die zweite Bedingung wäre dann noch, das dort mit I-125 gearbeitet wird, idealerweise mit I-125 Seed (die Aktivität der Seed liegt meistens so bei 18-20 MBq, die mittlere Energie liegt bei 27KeV (27,4KeV ; 31,4KeV ; 35,5KeV Gammalinien durch I-125), wobei man hier aufpassen muss, weil bei einigen Seeds Silbermarker enthalten sind die eine XRF bei 22,5KeV haben.

Eventuell hast Du ja ein paar nette Leute in Deiner Umgebung, die Du mit Deinem Experimentieraufbau mal besuchen kannst