Kernchemisches

Grundpraktikum

WS 2002/2003

Neutronenaktivierungsanalyse (NAA)

8. Praktikumstag

2. Woche

 

Script: A. Wieghaus, S. Ritzel

Stand: 7. September 2002

Inhalt

1 Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) *

1.1 Theorie der Neutronenaktivierung *

1.1.1 Aktivierungsgleichung *

1.1.2 Aktivierung mit Reaktorneutronen *

1.1.3 Aktivierung mit den Neutronen eines Spontanspalters *

1.1.4 Aktivierung mit energiereichen Neutronen *

1.1.5 Messung der prompten g-Strahlung *

1.1.6 Gesichtspunkte für die Anwendung der Aktivierungsanalyse *

1.2 Versuche zur Neutronenaktivierung NAA mit Reaktorneutronen *

1.2.1 Aufgabenstellung *

1.2.2 Zubehör *

1.2.3 Durchführung *

1.3 Versuche zur Neutronenaktivierung NAA mit der Pu/Be - Neutronenquelle *

1.3.1 Bestimmung des Gehaltes an Kupfer im 1 DM Geldstück *

1.3.1.1 Durchführung *

1.3.1.2 Auswertung *

1.3.2 Berechnung der erreichbaren Aktivitäten an 64Cu, 66Cu im Standard *

1.3.2.1 Durchführung *

1.3.2.2 Auswertung *

1.3.3 Aktivierung eines Österreichischen Groschens und qualitatitve Bestimmung der darin enthaltenen Metalle *

1.3.3.1 Durchführung *

1.3.3.2 Auswertung *

 

Zeichenerklärung:

¦ Lernziele des Kapitels, Schwerpunkte der Versuche.

} Wichtige Anweisungen zu Einstellungen an den Detektoren, bitte unbedingt

beachten da sonst ein Schaden an den Geräten entstehen kann.

  1. Neutronenaktivierungsanalyse (NAA)
    1. Theorie der Neutronenaktivierung
    2.  

      1. Aktivierungsgleichung

Die Neutronenaktivierungsanalyse beruht auf der Erzeugung von Radionukliden durch Kernreaktionen. Für die durch Aktivierung hervorgerufene Aktivität gilt Gleichung 1, die auch als Aktivierungsgleichung bezeichnet wird.

\* 1

in

\* 2

s ist der Wirkungsquerschnitt in barn, F der Fluß an Geschoßteilchen in cm-2 s-1, NA die Avogadro-Konstante, M die Atommasse bzw. Molmasse des Elements bzw. der Verbindung, die bestimmt werden sollen, und H die Häufigkeit des Nuklids, in dem die Kernreaktion abläuft. Durch Einführung der Einheit 1 b = 10-24 cm2 für den Wirkungsquerschnitt folgt:

in

\* 3

Aus Gleichung 2 bzw. 3 erkennt man sofort, daß die Nachweisbarkeit eines Elements von folgenden Faktoren abhängig ist:

Wirkungsquerschnitt für die Kernreaktion s

Fluß der Geschoßteilchen F

Verhältnis von Bestrahlungszeit zu Halbwertzeit, t1/2.

Die Möglichkeiten der Aktivierungsanalyse sind sehr vielseitig, weil alle Kernreaktionen für die Aktivierung herangezogen werden können. Man unterscheidet in der Praxis folgende Methoden:

 

      1. Aktivierung mit Reaktorneutronen
      2. Am häufigsten werden Reaktorneutronen für die Aktivierung benutzt, weil diese in Kernreaktoren in verhältnismäßig hoher Flußdichte zur Verfügung stehen. Außerdem ist der Wirkungsquerschnitt der (n,g)-Reaktionen, die durch thermische Neutronen bevorzugt ausgelöst werden, verhältnismäßig hoch. Geht man davon aus, daß eine Aktivität von 10 Bq eine quantitative Bestimmung erlaubt, so erhält man die in Tabelle 1 eingetragenen Werte für die Nachweisgrenze von verschiedenen Elementen durch (n,g)-Reaktionen bei einem Neutronenfluß (F =1014 cm-2 s-1 und einer Bestrahlungszeit von einer Stunde bzw. Woche. Die an der Spitze dieser Tabelle stehenden Elemente besitzen einen hohen Wirkungsquerschnitt für die Erzeugung von Radionukliden durch (n,g)-Reaktionen und können deshalb mit außerordentlich großer Empfindlichkeit nachgewiesen werden. Diese Nachweis-empfindlichkeiten werden durch andere analytische Methoden im allgemeinen nicht erreicht.

        Folgende Elemente werden durch (n,g)-Reaktionen nicht in nennenswertem Umfang aktiviert: H, Be, C, N. Diese Elemente sind in Tabelle 1 nicht aufgeführt, auch nicht die Elemente Li und B, die beide mit hohen Wirkungsquerschnitten (n,a)-Reaktionen eingehen. Sauerstoff wird nur sehr schwach aktiviert und steht in Tabelle 1 in der letzten Reihe. Zur Bestimmung dieser leichten Elemente (H, Li, Be, B, C, N, O) eignet sich die Aktivierung mit geladenen Teilchen oder mit Photonen. Diese Möglichkeiten werden weiter unten näher besprochen. Auch für den Nachweis vieler weiterer Elemente, die in Tabelle 1 ziemlich weit unten stehen, können andere Kernreaktionen als (n,g)-Reaktionen herangezogen werden. Reaktorneutronen enthalten neben thermischen Neutronen in mehr oder weniger großem Umfang auch solche höherer Energie (epithermische Neutronen). Da sich die Wirkungsquerschnitte der (n,g)-Reaktionen mit der Energie der Neutronen ändern und im epithermischen Bereich zum Teil auch Resonanzstellen zeigen, sind die bei der Aktivierung erreichten Aktivitäten nicht nur vom Neutronenfluß, sondern auch vom Energiespektrum der Neutronen abhängig. Das Energiespektrum der Neutronen ist in den verschiedenen Reaktoren unterschiedlich und variiert in einem bestimmten Reaktor auch von Ort zu Ort. Wenn man sichergehen will, daß nur thermische Neutronen vorhanden sind, kann man in einer thermischen Säule bestrahlen, die in manchen Reaktoren zur Verfügung steht. Man muß dann allerdings einen erheblich niedrigeren Neutronenfluß in Kauf nehmen.

        Tabelle 1: Nachweisgrenzen für die Bestimmung der Elemente durch Neutronenaktivierung bei einer Flußdichte an thermischen Neutronen von 1014 cm-2 s-1. Dabei wird angenommen, daß 10 Bq eine quantitative Bestimmung erlauben.

        *) Diese Elemente liefern bei der Neutronenaktivierung Radionuklide mit Halbwertzeiten zwischen 1 s und 1 min. Man muß deshalb für eine quantitative Bestimmung eine Zerfallsrate von der Größenordnung 100 s-1 voraussetzen; d. h. die Elemente sind hinsichtlich ihrer Nachweisgrenze bei der nächstfolgenden Gruppe eingeordnet.

        b) Nur ß-Strahlung, keine g-Strahlung.

        1)2) Bei Messung der g-Linien mit einem g-Spektrometer ist das Element mit Rücksicht auf die Häufigkeit der g-Übergänge in der nächsten bzw. übernächsten Gruppe einzuordnen.

      3. Aktivierung mit den Neutronen eines Spontanspalters
      4. 252Cf zerfällt mit einer Halbwertzeit von 2,638 a zu 96,9 %. durch a-Zerfall und 3,1 % durch Spontanspaltung, wobei im Mittel 3,8 Neutronen pro Spaltung freigesetzt werden. Die Neutronenerzeugung beträgt somit 2,34 1012 s-1 g-1. 252Cf kann in solchen Fällen zur Aktivierung dienen, in denen eine Aktivierung in einem Kernreaktor nicht in Frage kommt. z. B. hat man Geräte entwickelt, die eine Cf-Quelle sowie einen gegen diese Quelle abgeschirmten Detektor enthalten und als mobile Einheit zur Untersuchung der Zusammensetzung von Manganknollen auf dem Meeresboden eingesetzt werden können. Wegen des niedrigen Neutronenflusses liegt die Nachweisgrenze um mehrere Größenordnungen höher als in Tabelle 1 für einen Neutronenfluß von 1014 cm-2 s-1 berechnet wurde. Die Empfindlichkeit reicht aber aus, um den Gehalt an Schwermetallen festzustellen.

         

      5. Aktivierung mit energiereichen Neutronen
      6. Die Aktivierung mit energiereichen Neutronen, mit geladenen Teilchen oder mit Photonen ist immer dann von Interesse, wenn Reaktorneutronen nicht verwendet werden können, sei es, daß die Wirkungsquerschnitte für (n,g)-Reaktionen zu niedrig sind, oder daß Hauptbestandteile der Probe durch (n,g)-Reaktionen zu stark aktiviert werden.

        Mit Neutronengeneratoren neuerer Bauart wird ein Neutronenfluß an 14 MeV-Neutronen von der Größenordnung 109 cm-2 s-1 erreicht. Die Wirkungsquerschnitte von (n, 2n)-Reaktionen liegen in der Größenordnung von etwa 10 bis 100 mb. Damit folgt aus Gleichung 4, daß etwa 10-4 bis 10-5 g eines Elements quantitativ bestimmt werden können, wenn man ebenso wie in Tabelle 1 voraussetzt, daß 10 Bq eine quantitative Bestimmung erlauben.

        \* 4

        Dies ist in vielen Fällen ausreichend, insbesondere dann, wenn andere Methoden der Aktivierung nicht anwendbar sind oder nicht zur Verfügung stehen. Ein praktisches Beispiel ist die Bestimmung von Sauerstoff mit Hilfe der Kernreaktion

        \* 5

        Die Nachweisgrenze ist von der Größenordnung 10 ppm (10-5 g.g-1). Weitere Beispiele für die Anwendung von 14 MeV-Neutronen sind in Tabelle 2 gegeben.

        Tabelle 2: Beispiele für die Aktivierungsanalyse mit Beschleunigern (einschließlich Neutronengeneratoren)

         

        Tabelle 3: Fortsetzung von Tabelle 2

         

      7. Messung der prompten g-Strahlung
      8. Die Messung der prompten g-Strahlung, die z. B. bei einer (n,g)-Reaktion auftritt, kann ebenfalls für die quantitative Bestimmung der betreffenden Elemente herangezogen werden. Allerdings muß die Messung der g-Strahlung am Ort der Bestrahlung erfolgen, etwa in der Art, daß die Neutronen in einem Neutronenleiter aus einem Reaktor herausgeführt werden und auf die Probe treffen, wobei die entstehenden g-Quanten mit einem g-Spektrometer registriert werden. Die Intensität der für das betreffende Nuklid charakteristischen g-Strahlung ist proportional der Zahl der Kernumwandlungen pro Zeiteinheit.

        \* 6

        Viele Elemente, die durch Neutronenaktivierung nicht nachgewiesen werden können, lassen sich auf Grund der prompten g-Strahlung beim Neutroneneinfang bestimmen.

         

      9. Gesichtspunkte für die Anwendung der Aktivierungsanalyse

Auf Grund der hohen Empfindlichkeit ist die Aktivierungsanalyse eine Methode zur Bestimmung von Nebenbestandteilen, die in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Sie eignet sich insbesondere für die Bestimmung von Spurenelementen, z. B. in hochreinen Stoffen, und besitzt deshalb für die Halbleitertechnik als Analysenmethode große Bedeutung. Weitere Anwendungsgebiete sind die Spurenanalyse in Wasser, in biologischem Material und in Mineralien.

Die richtige Wahl der Bestrahlungszeit und des Zeitpunktes der Aktivitätsmessung spielen bei der Aktivierungsanalyse eine wichtige Rolle. Der Aktivitätsanstieg ist in Abbildung 1 als Funktion der Bestrahlungszeit dargestellt.

Abbildung 1: Aktivität als Funktion der Bestrahlungszeit

Zweckmäßigerweise wird man die Bestrahlungszeit so wählen, daß sie etwa einer bis zu mehreren Halbwertzeiten entspricht. Man unterscheidet Langzeitbestrahlungen (etwa 1 Tag oder mehr) und Kurzzeitbestrahlungen (z. B. einige Sekunden oder Minuten). Wenn man nur kurzlebige Radionuklide erzeugen will, genügt auch eine kurze Bestrahlungszeit. Für Kurzzeitbestrahlungen benötigt man ein schnelles Transportsystem, z. B. eine Rohrpostanlage, welche die Probe rasch in die Bestrahlungsposition befördert und nach vorgegebener Bestrahlungszeit wieder rasch in das Laboratorium oder zu einem Meßplatz zurückbefördert. Wenn die radioaktiven Verunreinigungen und von anderen störenden Radionukliden gemessen werden kann - z. B. in einem g- oder a-Spektrometer. Man spricht in diesem Fall von zerstörungsfreier oder instrumenteller Aktivierungsanalyse. Die g-Spektren können mit einem Rechenprogramm ausgewertet werden.

Ein besonderer Vorteil der g-Spektroskopie besteht darin, daß es möglich ist, eine größere Anzahl von Elementen gleichzeitig zu bestimmen (Multielementanalyse). Bei der Multielementanalyse kann man als Probe mit bekanntem Gehalt einen Monoelement-Standard oder einen Multielement-Standard benutzen. Der Vorteil eines Monoelement-Standards ist, daß er im allgemeinen leichter herstellbar ist, andererseits muß das Verhältnis

bekannt sein. Darin bedeuten s die Wirkungsquerschnitte der Kernreaktionen und h die Häufigkeiten der betreffenden Zerfallsvorgänge bzw. der gemessenen g-Linien. Der Index i steht für eines der zu bestimmenden Elemente, s für das Element, das als Standard dient. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Verhältnis si/ss auch von der Energie der Strahlung abhängig ist. Sofern die Werte für Ki hinreichend genau bekannt sind, wird man mit einem Monoelement-Standard zuverlässige Werte erhalten. Bei einem Multielement-Standard entfällt das Problem, daß man die Werte für Ki kennen muß. Die Herstellung geeigneter Multielement-Standards, die alle zu bestimmenden Elemente enthalten, ist jedoch meist recht aufwendig. Außerdem müssen beide Spektren, das der Probe und das des Standards, vollständig ausgewertet werden, während es bei Verwendung eines Monoelement-Standards genügt, eine g-Linie des Monoelement-Standards zu messen.

Sind unbekannte radioaktive Verunreinigungen zugegen oder ist die Auflösung des Spektrums im Spektrometer nicht möglich, weil sich die g-Linien der Radionuklide zu stark überlagern, so ist eine chemische Trennung erforderlich. Auch in diesem Falle kann die quantitative Trennung durch Anwendung der Verdünnungsanalyse umgangen werden. Nach der Bestrahlung wird eine bekannte Menge eines isotopen Trägers zugesetzt; dann wird die chemische Trennung ausgeführt und die Ausbeute dieser Trennung durch Bestimmung der noch vorhandenen Menge des Trägers ermittelt. Die Auswertung erfolgt nach Gleichung 7.

\* 7

Im Gegensatz zu anderen Verfahren der Spurenanalyse stören bei der Aktivierungsanalyse Verunreinigungen in den Reagenzien, die nach der Bestrahlung für die chemische Trennung verwendet werden, nicht. Dies wurde bereits oben für die Photonenaktivierungsanalyse an einem praktischen Beispiel erläutert.

Ein wichtiger Gesichtspunkt für die Anwendung der Aktivierungsanalyse zur Lösung einer bestimmten Aufgabe ist die Frage, in welchem Umfang der Hauptbestandteil aktiviert wird. In diesem Zusammenhang ist das Verhältnis der Wirkungsquerschnitte des gesuchten Nebenbestandteils und des Hauptbestandteils, sx/sh von Bedeutung. Je größer dieses Verhältnis, um so günstiger ist die Anwendung der Aktivierungsanalyse in dem betreffenden Fall. Besonders vorteilhaft ist die Aktivierungsanalyse dann, wenn der Wirkungsquerschnitt des Hauptbestandteils niedrig ist und aus dem Hauptbestandteil ausschließlich kurzlebige oder aber sehr langlebige Radionuklide entstehen. Diese Bedingungen sind beispielsweise für die Bestrahlung mit thermischen Neutronen bei den bereits oben erwähnten Elementen H, Be, C, N erfüllt, außerdem bei O, F, Mg, Al, Si, Ti. Verunreinigungen in diesen Elementen oder in Verbindungen, die diese Elemente enthalten, lassen sich demnach verhältnismäßig einfach durch Aktivierung mit thermischen Neutronen erfassen. Praktische Beispiele sind die Bestimmung von Kupfer oder Mangan in Aluminium, die Bestimmung von Seltenen Erden - die im allgemeinen hohe Wirkungsquerschnitte für (n,g)-Reaktionen besitzen (vgl. Tabelle 1) - in den oben erwähnten Elementen Beryllium, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium, Silicium, die Aktivierungsanalyse von hochreinem Silicium oder von Trinkwasser. Wenn der Hauptbestandteil in merklichem Umfang aktiviert wird, sind die bestrahlten Präparate verhältnismäßig stark radioaktiv. Die Handhabung und Aufarbeitung wird dadurch erheblich erschwert. Außerdem ist eine saubere Abtrennung des Hauptbestandteils meist unumgänglich, bevor die Aktivität des gesuchten Nebenbestandteils gemessen werden kann. Tritt bei der Aktivierung mit thermischen Neutronen eine unerwünscht hohe Aktivierung des Hauptbestandteils auf, so ergeben sich folgende Möglichkeiten

  1. Variation der Bestrahlungszeit und des Zeitpunktes der Messung. Wenn der Hauptbestandteil eine verhältnismäßig kurzlebige Aktivität liefert, ist es zweckmäßig, längere Zeit zu bestrahlen und die kurzlebigere Aktivität vor der Messung weitgehend abklingen zu lassen. Liefert der Hauptbestandteil im Vergleich zu den gesuchten Elementen dagegen eine langlebige Aktivität, dann ist es günstig, eine verhältnismäßig kurze Zeit zu bestrahlen und die Aktivität direkt im Anschluß an die Bestrahlung zu messen. Optimale Werte für die Bestrahlungszeit tb und die Abklingzeit ta können mit Hilfe der Gleichung 8, in der sowohl die Aktivierung während der Bestrahlungszeit als auch der Aktivitätsabfall während der Abklingzeit berücksichtigt sind. Für das Verhältnis der Aktivitäten von zwei Nukliden gilt Gleichung 9.
  2. \* 8

    \* 9

  3. Abschirmung der thermischen Neutronen, so daß die Aktivierung der Probe ausschließlich durch Neutronen höherer Energie erfolgt. Zu diesem Zweck kann die Probe beispielsweise in Cadmiumblech eingewickelt werden. Wenn der Nebenbestandteil im Resonanzbereich einen hohen Einfangquerschnitt besitzt, der Hauptbestandteil aber nicht, wird das Verhältnis sx/sh erheblich erhöht.
  4. Auswahl anderer Bestrahlungsmöglichkeiten. Beispiele sind: Bestrahlung mit den 14 MeV-Neutronen eines Neutronengenerators, Bestrahlung mit geladenen Teilchen wie Protonen, Deuteronen oder a-Teilchen an einem Zyklotron oder Linearbeschleuniger, oder mit Photonen, die indirekt mit Hilfe eines Elektronenbeschleunigers erzeugt werden. Wenn solche Geräte zur Verfügung stehen, sind viele Variationen möglich.

Die Auswahl optimaler Bedingungen hängt in entscheidender Weise von der jeweiligen Aufgabenstellung ab.

    1. Versuche zur Neutronenaktivierung NAA mit Reaktorneutronen
      1. Aufgabenstellung

In der zu analysierenden Probe werden durch Kernreaktionen radioaktive Nuklide erzeugt, die mittels g-Spektrometrie sehr empfindlich nachgewiesen werden können. Die Radionuklide entstehen während der Bestrahlung der Probe im Reaktor durch (n, g)-, (n,p)-, (n, a )- und (n, 2n)-Reaktionen.

Von den bestrahlten Münzen (Groschen, Österreich bzw. 5 Pfennige DDR) werden mehrere g-Spektren aufgenommen.

Die größten Peaks werden den entsprechenden Radionukliden zugeordnet.

Die Bildung der gefundenen Radionuklide wird mittels einer der drei genannten Kernreaktionen erklärt.

      1. Zubehör
      2. 2 Münze

        1 Halbleiterdetektor mit zugehöriger Efficiency-Kalibrierung

        1 PC mit PCA-Meßkarte

        1 Nuklidkarte

        1 Gamma-Katalog

        1 REM (Raster-Elektronenmikroskop)

      3. Durchführung

Die Probe (Münze) wurde im Mainzer Forschungsreaktor TRIGA 6 h bei einem Neutronenfluß von 7 . 1011 s-1 cm-2 (thermischer Fluß) (7 . 1010 s-1 cm-2 schnelle Neutronen) bestrahlt. Die genauen Zeiten für Bestrahlungsbeginn, -ende und -dauer werden vom Assistenten mitgeteilt. Die Probe wird in den entsprechenden Probenhalter eingesetzt und in einem Abstand vom Detektor gemessen, für den bereits eine Efficiency-Kalibrierung existiert. Die Auswertung erfolgt im Anschluß an die Messung mittels der entsprechenden Software (PCA, GammaW) und analog zur Auswertung bei der Kalibrierung des Detektors. In der Nuklidkarte und der folgenden Tabelle 1 sind die Wirkungsquerschnitte für die verschiedenen Kernreaktionen aufgeführt. Dabei muß berücksichtigt werden, dass für (n, p)- und (n, 2n)-Reaktionen schnelle Neutronen benötigt werden. Zum Vergleich wird die Münze auch mittels energy-dispersive-x-ray-fluorescence spectrometry (EDXF-spectrometry) untersucht.

 

Tabelle 4: Wirkungsquerschnitte einiger ausgewählter Materialien für schnelle Neutronen (14,7 MeV)

(aus: Neutron Cross Sections, Vol. 2, V. McLane, C. L. Dunford, P. F. Rose, Academic Press, Inc., New York (1988)

Isotop

Reaktion

Wirkungsquerschnitt /

10-24 cm

55Mn

(n, p)

4,00 . 10-2

 

(n, a )

2,33 . 10-2

 

(n, 2n)

7,65 . 10-1

63Cu

(n, p)

1,25 . 10-1

 

(n, a )

4,30 . 10-2

 

(n, 2n)

5,40 . 10-1

65Cu

(n, p)

1,96 . 10-2

 

(n, a )

8,00 . 10-3

 

(n, 2n)

9,40 . 10-1

64Zn

(n, p)

1,60 . 10-1

 

(n, a )

3,60 . 10-2

 

(n, 2n)

1,90 . 10-1

66Zn

(n, p)

7,20 . 10-2

 

(n, a )

-

 

(n, 2n)

6,05 . 10-1

67Zn

(n, p)

1,40 . 10-1

 

(n, a )

-

 

(n, 2n)

-

68Zn

(n, pg)

9,80 . 10-3

 

(n, pm)

6,10 . 10-3

 

(n, a )

1,03 . 10-2

 

(n, 2n)

5,30 . 10-1

70Zn

(n, pg)

2,90 . 10-3

 

(n, pm)

4,10 . 10-3

 

(n, a )

8,00 . 10-3

 

(n, 2ng)

1,307

 

(n, 2nm)

7,02 . 10-1

27Al

(n, p)

7,40 . 10-2

 

(n, a )

1,26 . 10-1

 

(n, 2n)

-

     

 

Für die Berechnung der bei der Bestrahlung gebildeten Aktivitäten findet die folgende Formel Anwendung.

mit A Aktivität bei Bestrahlungsende in Bq

N Anzahl der bestrahlten Teilchen (Isotopenhäufigkeit berücksichtigen!)

l Zerfallskonstante des zu bildenden Isotops in s-1

tB Bestrahlungsdauer in s

D t Zerfallsdauer, die seit Bestrahlungsende vergangen ist, in s

 

    1. Versuche zur Neutronenaktivierung NAA mit der Pu/Be - Neutronenquelle
      1. Bestimmung des Gehaltes an Kupfer im 1 DM Geldstück
      2.  

        1. Durchführung
        2. Ein 1 DM Geldstück wird 15 Minuten mit thermischen Neutronen bestrahlt und nach 30 Sekunden Abklingzeit mit dem Geiger-Müller-Zählrohr gemessen; die Bestrahlung wird analog mit dem Kupfer-Standard wiederholt. Anschließend wird der Nulleffekt mit justierter Pu/Be-Quelle (warum ?) für 3 x 5 Minuten gemessen.

           

        3. Auswertung

        Berechnen Sie den Kupfergehaltes über das Verhältnis der Zählraten (je Summe 5x1 min Nulleffekt).

         

      3. Berechnung der erreichbaren Aktivitäten an 64Cu, 66Cu im Standard
      4.  

        1. Durchführung
        2. Bestimmung von Durchmesser und Masse des Cu-Standards

          gegeben: m = 6,91 g

          d = 2,4 cm

          Abstand von Neutronenquelle = 5,0 cm

          F = 1,18.107 n/4p am 01.06.1972

          sth (63Cu) = 4,5 barn (1 barn = 10-24 cm2)

          sth (65Cu) = 2,17 barn

           

        3. Auswertung

        Berechnen Sie die mit unserer Neutronenquelle zum Zeitpunkt des Versuchs erreichbaren Aktivitäten an 64Cu, 66Cu bei einer Bestrahlungszeit von 15 Minuten.

         

      5. Aktivierung eines Österreichischen Groschens und qualitatitve Bestimmung der darin enthaltenen Metalle
        1. Durchführung
        2. In der Pu/Be Neutronenquelle wird das Geldstück für ca. zwei Stunden mit thermischen Neutronen aktiviert. Die Münze wird anschließend möglichst schnell auf einen Reinstgermanium- Gammadetektor gebracht und für eine ausreichende Zeit gemessen.

           

        3. Auswertung

Aus dem energiekalibrierten Spektrum des Gammadetektors sollen die Energien der Photopeaks herausgesucht werden. Über eine Abschätzung der enthaltenen Metalle (à Münzmetalle) und deren Aktivierbarkeit (à Aktivierungsgleichung) sollen die Photopeaks zugeordnet werden (siehe Karlsruher Nuklidkarte)

Münzmetalle

Metalle u. Legierungen zur Herst. von Münzen. Abgesehen von numismat. Ausgaben werden Münzen heute nur noch aus unedlen Metallen u. Leg. geprägt, deren Nennwert den Werkstoff- u. Herstellungswert zumeist deutlich überschreitet. Hierbei dominieren Kupfer-Leg., vgl. die Tab.

Kombinationen von Nichteisenmetallen als Plattierungen (z.B. Magnimat®) werden in erster Linie wegen ihrer physik. Eig. im automat. Zahlungsverkehr eingesetzt. Auf den Kern aus Nickel, CuNi 25 od. Kupfer ist auf beiden Seiten CuNi 25, Nickel od. CuNi9Zn10 plattiert.

Lit.: Chem. Unserer Zeit 7, 65f. (1973).

 

Tabelle 5: Legierungen zur Herstellung von Münzmetallen.

Legierungstyp

Bezeichnung nach DIN

Kupfernickel

CuNi 25, CuNi 16, CuNi 10

Neusilber

CuNi 25 Zn 15, CuNi 18 Zn 20, CuNI 15 Zn 25

Tombak

CuZn 5, CuZn 10, CuZn 15

Messing

CuZn 28, CuZn 30, CuZn 36

Nickelmessing

CuZn 20 Ni

Münzbronze

CuZn 3 Sn 2, CuZn 1 Sn 4

Aluminium-Nickel-Bronze

CuAl 6 Ni 2, CuNi 6 Al 2