Strahlungsabsorption im virtuellen Labor: Alpha, Beta, Gamma

Aktualisiert am 2026-10-07

Diese Strahlungsabsorption im virtuellen Labor entspricht dem GCSE-Stoff zum Durchdringungsvermögen von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung und dem Pflichtversuch (required practical) aus AQA A-level Physics zum Abstandsgesetz für Gammastrahlung. Die Lernenden messen die Nullrate mit einem Geiger-Müller-Zählrohr, zählen dann eine Betaquelle durch Papier und Aluminium zunehmender Dicke, vergleichen Alpha und Gamma und korrigieren jede Zählrate um die Nullrate. Die Zählungen sind zufällig, wie bei echten Quellen, sodass die Lernenden auch die Unsicherheit √N kennenlernen. Keine Schule braucht dafür einen umschlossenen Strahler oder eine Gefährdungsbeurteilung für Strahlung.

Geigerzähler-Labor – Absorption von α-, β- und γ-Strahlung und Abstandsgesetz

Lehrplanbezug

AQA GCSE Physics 4.4.2.1 (Eigenschaften von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung): Durchdringung von Materialien, Reichweite in Luft und ionisierende Wirkung.
AQA A-level Physics 3.8.1.2, Pflichtversuch 12: das Abstandsgesetz für Gammastrahlung, mit Korrektur um die Nullrate und um die unbekannte Lage der Quelle.
IB Physics E.3 (radioaktiver Zerfall) und Cambridge IGCSE Physics 5.2 (Nachweis und Eigenschaften von Strahlung).

Simulic ist weder mit AQA noch mit dem IB, Cambridge oder einer anderen Prüfungsstelle verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Welcher ist der dünnste Absorber, der fast die gesamte Betastrahlung der Quelle abschirmt?“

Lernende wählen oft Blei, „weil Strahlung Blei braucht“, oder Papier, „weil es wie bei Alpha ist“. Verlangen Sie zu jeder Antwort eine Begründung.

Durchführung in der Simulation

Bleiben Sie im Reiter Absorption. Stellen Sie Tempo auf Sofort und Zählzeit auf 100 s, damit jede Zählung schnell und genau ist.

Klicken Sie auf Nullrate zählen. Notieren Sie die Nullrate B.
Wählen Sie die Quelle β (Typ Sr-90), den Absorber Keiner und Abstand d 3 cm. Klicken Sie auf Zählung starten. Die Simulation zeigt N, N/t und die korrigierte Rate C = N/t − B.
Wählen Sie Papier (0,1 mm), dann Aluminium mit 0,5, 1, 2, 3 und 4 mm. Zählen Sie jeweils und notieren Sie C.
Wechseln Sie zu γ (Typ Co-60): Zählen Sie ohne Absorber, dann mit Blei 10 mm und 20 mm.
Wechseln Sie zu α (Typ Am-241) ohne Absorber bei d = 2, 3 und 4 cm, dann mit Papier bei 3 cm.
Tragen Sie für Beta C gegen die Aluminiumdicke auf.

Quelle	Absorber	Dicke (mm)	d (cm)	C = N/t − B (s⁻¹)
Nullrate	—	—	—	—
β	keiner / Papier / Aluminium	0 / 0,1 / 0,5 / 1 / 2 / 3 / 4	3
γ	keiner / Blei	0 / 10 / 20	3
α	keiner / Papier	0 / 0,1	2 / 3 / 4

der Absorptionsaufbau mit der Betaquelle, 1 mm Aluminium und der Ergebnistabelle nach einer Zählung über 100 s

Erwartete Ergebnisse

Typische Zählungen über 100 s aus der Simulation (jede Wiederholung weicht etwas ab):

Nullrate: etwa 0,40 Impulse/s, 24 pro Minute. Eine einzelne Zählung über 100 s ergibt 0,31 bis 0,51.
Beta bei 3 cm: ohne Absorber 159 s⁻¹; Papier 151; Aluminium 0,5 mm 65, 1 mm 26,5, 2 mm 4,1, 3 mm 0,4, 4 mm 0. Durch 1 mm kommen etwa 16,6 % hindurch (15,9 bis 17,3 % in 30 Durchgängen).
Gamma bei 3 cm: ohne Absorber 164 s⁻¹; 8 mm Aluminium lassen noch 145 durch; 10 mm Blei etwa 84 (51 %), 20 mm etwa 43.
Alpha: 48 s⁻¹ bei 2 cm, 22 bei 3 cm und fast nichts bei 4 cm; ein Blatt Papier schirmt sie vollständig ab.

Ab 4 mm Aluminium entspricht die unkorrigierte Beta-Anzeige der Nullrate, C ist also null. Ohne die Korrektur um die Nullrate würden die Lernenden fälschlich folgern, dass noch etwas Betastrahlung durchkommt.

Abstandsgesetz (A-Level). Zählen Sie im Reiter Abstandsgesetz die Gammaquelle bei 5, 10, 20 und 30 cm. C fällt von etwa 72 auf 21, 5,8 und 2,6 s⁻¹. Eine Verdopplung von d von 10 auf 20 cm teilt C durch etwa 3,7, nicht durch 4, weil die Quelle hinter dem Nullpunkt des Lineals sitzt. Der Graph von 1/√C gegen d ist eine Gerade; die Ausgleichsgerade der Simulation ergibt e ≈ 0,9 bis 1,2 cm (wahrer Wert 0,9 cm).

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Welcher dünnste Absorber schirmt fast die gesamte Betastrahlung ab?
Was muss gleich bleiben, wenn Sie Absorber für die Betaquelle vergleichen?
Betaquelle, d = 3 cm, kein Absorber, 100 s: Wie groß ist die korrigierte Zählrate?
Fügen Sie 1 mm Aluminium hinzu. Wie viel Prozent der Beta-Zählrate kommen hindurch?
Mit 5 mm Aluminium knackt der Zähler immer noch. Erklären Sie, warum, und warum die Nullrate abgezogen wird.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Wenige Millimeter Aluminium. (2) Die Quelle und ihr Abstand zum Zählrohr. (3) Etwa 159 s⁻¹ (akzeptiert 155 bis 164). (4) Etwa 16,6 % (akzeptiert 15 bis 18,5 %). (5) Die Betateilchen werden alle abgeschirmt; das Knacken ist Hintergrundstrahlung (etwa 0,4 pro Sekunde, aus Gestein, Gebäuden und kosmischer Strahlung). Sie steckt in jeder Messung, deshalb muss sie gemessen und abgezogen werden.

Häufige Fehlvorstellungen

„Gammastrahlung wird von Blei aufgehalten.“ Blei schwächt sie nur: 10 mm halbieren die Rate, 20 mm lassen ein Viertel übrig.
„Eine Null-Anzeige bedeutet null Impulse.“ Das Zählrohr zählt immer die Nullrate mit, deshalb fällt die unkorrigierte Anzeige nie unter etwa 0,4 s⁻¹.
„Eine wiederholte Zählung sollte dieselbe Zahl ergeben.“ Der Zerfall ist zufällig. Eine längere Zählung ergibt ein größeres N und eine kleinere prozentuale Unsicherheit, 1/√N.

Erweiterung

Reiter Felder: vergleichen, wie Alpha und Beta in magnetischen und elektrischen Feldern abgelenkt werden und warum Gamma geradeaus läuft.
Halbwertsdicke: Gammastrahlung durch 0 bis 30 mm Blei zählen und die Dicke finden, die C halbiert (etwa 10 mm).

Häufige Fragen

Darf das den echten Versuch sicher ersetzen?

Die Simulation ist sicher, ersetzt aber nicht die praktische Arbeit, wo Ihre Prüfungsstelle sie verlangt. Nutzen Sie sie, um die Durchführung zu planen, die Korrektur um die Nullrate zu üben und Daten auszuwerten. Siehe virtuelle Labore und echte Labore im Vergleich.

Warum erhalten meine Lernenden unterschiedliche Zahlen?

Jede Zählung ist zufällig (Poisson-verteilt), wie bei einer echten Quelle. Das ist gewollt: Vergleichen Sie die Ergebnisse der Klasse und besprechen Sie die Unsicherheit.

Kann ich die Einstellungen für meine Klasse festlegen?

Ja. Legen Sie in Ihrem Klassenlink die Startwerte für Quelle, Absorber, Dicke, Abstand und Zählzeit fest. Der Hinweis unter der Simulation nennt die Modellwerte, etwa die Nullrate.