Erklärung — vom Impuls zum Spektrum
Wie aus Impulsen ein Histogramm wird
Ein Vielkanalanalysator (MCA) hinter dem Halbleiterdetektor (8.3.1) sortiert jeden Impuls nach seiner Höhe in einen Kanal und zählt dort eins hoch.
- Kanal = Energiestufe:hoher Kanal = hoher Impuls = hohe Energie; erst die Kalibrierung macht aus der Nummer eine Energie in MeV.
- Häufigkeit staffelt sich auf:Kommen viele Teilchen mit derselben Energie, wächst ein Kanal besonders schnell. So entsteht ein Peak (Gipfel).
- Das Ergebnis ist ein Histogramm:Häufigkeit (y) gegen Energie (x). Diese Auftragung nennt man ein Spektrum.
Das α-Spektrum lesen: Lage und Höhe
Das α-Spektrum zeigt scharfe Linien bei festen Energien:
- Lage → Energie:Wo ein Peak steht, das ist die Energie der zugehörigen α-Teilchen. Verschiedene Zerfallsübergänge eines Kerns liefern verschiedene, feste Energien.
- Höhe bzw. Fläche → Häufigkeit:Ein hoher Peak (bzw. große Peakfläche) bedeutet: Dieser Übergang tritt oft auf. Ein kleiner Peak steht für einen selteneren Übergang.
- Feinstruktur:Oft sieht man mehrere eng benachbarte Linien. Sie entstehen, weil der Tochterkern mal im Grundzustand, mal in einem angeregten Zustand gebildet wird (Energieniveaus wie in der Atomhülle, 7.1.1) — die Differenz strahlt er danach als \(\gamma\)-Quant ab.
Der Ablese-Cursor zeigt Energie und Häufigkeit an der gewählten Stelle. Im Vergleich: α-Spektrum (scharfe Linien) und β-Spektrum (kontinuierlich).
α-Spektrum: scharfe Linien bei festen Energien. Steht der Cursor auf einem Peak, liest du dort die Häufigkeit dieses Übergangs ab.
| Cursor-Energie | – |
| Nächster Peak | – |
| Häufigkeit am Cursor | – |
| Spektrumtyp | – |
\(W=m\cdot K+b\qquad\text{und}\qquad h_{\text{rel}}=\dfrac{A_{\text{Peak}}}{\sum A}\)
\(K\) = Kanalnummer · \(m,\,b\) = Steigung und Achsenabschnitt der Kalibriergeraden aus zwei bekannten Linien · \(h_{\text{rel}}\) = relative Häufigkeit: Peakfläche \(A_{\text{Peak}}\) durch Summe aller Peakflächen
Was das Spektrum verrät — und warum β anders aussieht
- Fingerabdruck:jedes Nuklid hat eigene, feste α-Energien — aus den Peak-Lagen lässt es sich identifizieren.
- α: Linien:das α-Teilchen trägt (fast) die ganze Übergangsenergie, immer denselben Betrag.
- β: Band:Elektron und Neutrino (8.2.1) teilen sich die Energie beliebig — das Elektron trägt alles zwischen fast 0 und einer Maximalenergie (mehr in 8.3.3).
So kalibrierst du das Spektrum
Kanal \(100\) entspricht \(2\,\mathrm{MeV}\), Kanal \(500\) entspricht \(6\,\mathrm{MeV}\). Welche Energie hat ein Peak bei Kanal \(300\)?
So bestimmst du die relative Häufigkeit
Ein Spektrum hat zwei Linien: Peakfläche \(A_1=9000\) bei \(5{,}3\,\mathrm{MeV}\) und \(A_2=1000\) bei \(6{,}0\,\mathrm{MeV}\). Wie häufig ist der \(6{,}0\text{-MeV}\)-Übergang?
Allgemeine Hinweise
Erst x, dann y lesen
Lies immer zuerst die Lage (x→Energie), dann die Höhe (y→Häufigkeit). So verwechselst du „welche Energie“ nicht mit „wie oft“.
α ist nicht β
Linien = α (diskret). Weiches Band mit Maximalenergie = β (kontinuierlich, wegen des Neutrinos). Nicht verwechseln!
Kanal ist noch keine Energie
Der MCA zählt in Kanälen. Erst die Kalibrierung \(W=m\cdot K+b\) macht daraus MeV. Ohne zwei bekannte Linien geht das nicht.
