F17 Fortgeschrittenen-Praktikum

Das Gebiet der Neutronenphysik war in den Praktika des Physikstudiums in Heidelberg bisher nicht vertreten. Um dieses Gebiet der Physik mit seinem großen Spektrum an experimentellen Methoden und Anwendungen für Studenten mittlerer Semester erfahrbar zu machen, wurde ein Praktikumsplatz mit Experimenten zur Neutronenphysik für das Fortgeschrittenenpraktikum, Teil 2, eingerichtet. Dazu wurde eine Neutronenquelle aufgebaut, an der die verschiedenen Experimente durchgeführt werden können. Zunächst lernen Sie mit dem ³He-Zählrohr einen universellen Neutronendetektor kennen und können damit schon einfache Messungen zum Absorptions- bzw. Transmissionsverhalten verschiedener Materialien durchführen. In einem Teil zur angewandten Neutronenphysik wird ein weiterer bildgebender Neutronendetektor, die Neutronenkamera, erklärt, mit der Sie selbst beliebige Gegenstände durchleuchten können und sollen. Ebenfalls in diesen Bereich sowie in den Bereich der Isotopenforschung gehört die Aktivierungsanalyse. Hier werden durch Neutronenbeschuß Isotope aktiviert und können dadurch untersucht und nachgewiesen werden. Mit der Messung des Flugzeitspektrums der Neutronenstrahlung werden Sie eine grundlegende Methode der Neutronenspektroskopie bei inelastischen Streuprozessen einsetzen. Die Neutronen besitzen ein typisches Moderatorspektrum, dessen mittlere Temperatur gemessen werden soll.

Um den Versuch mit Erfolg durchführen zu können, sind einige Grundkenntnisse erforderlich, die Sie vor der Versuchsdurchführung besitzen müssen! Dazu gehören die Wechselwirkung von Neutronen- und Gamma-Strahlung mit Materie (hier besonders Absorption von Neutronen, Photoeffekt, Comptonstreuung und Paarbildung) sowie die verschiedenen radioaktiven Zerfallsarten, zu finden z. B. in:

• W. R. Leo, Techniques for Particle Physics Experiments, Springer-Verlag, 1994 (Kapitel 1, 2.7, 2.8, 6 und 10.7)

Da für die Auswertung der Flugzeitmessung ein kleines Programm geschrieben werden muß, sind grundlegende Programmierkenntnisse, am besten in der Programmiersprache C, notwendig! Außerdem werden Grundkenntnisse aus der Festkörperphysik benötigt, so daß der Versuch erst im zweiten Teil des Fortgeschrittenen-Praktikums durchgeführt werden soll. Weiterführende Literatur zu den Themen des Versuches finden Sie z. B. in folgenden Lehrbüchern:

• T. Mayer-Kuckuk, Kernphysik, Teubner Studienbücher Physik, Teubner Stuttgart, 1994 (vor allem Kapitel 3)
• W. Demtröder, Experimentalphysik 4, Springer-Verlag, 1998
• G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, New York 1978 (Kapitel 1, 2, 12 und 14)

Einen Überblick über die Analyse von Meßdaten finden Sie z. B. in:

• P. R. Bevington, D. K. Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, McGraw-Hill Inc., 1992 (Kapitel 4)

Weiterhin gehört zur Vorbereitung des Versuches, daß die Praktikanten in der Lage sind, den prinzipiellen Ablauf der Versuche vor der Durchführung der Experimente darzulegen. Während der Messungen muß ein übersichtliches und lesbares Protokoll geführt werden. Es muß die Skizzen des verwendeten Aufbaus, die Einstellungen der Geräte und die wichtigen Meßwerte und Meßzeiten enthalten. Die Auswertung muß in sich geschlossen und so klar sein, daß Messung, Analyse und Fehlerrechnung ohne weitere Hilfsmittel verständlich und nachvollziehbar sind, d.h. z.B. daß Zeichnungen vollständig zu beschriften sind und eventuell daraus abgeleitete Werte eingezeichnet werden müssen!

Der Versuch selbst findet an vier Tagen (Doppelversuch) im Physikalischen Institut, Philosophenweg 12 statt. Der Versuchsaufbau befindet sich dort im Keller schräg gegenüber dem Aufzug.

F17 - Versuchsanleitung

• F17 - Versuchsanleitung: f17_de.pdf (pdf-File, 823 kB)
• Fragenkatalog zu F17
• F17 - Script: f17_en.pdf (pdf-File, 793 kB) (english version)
• Questions on F17

Weitere Informationen zum Versuch F17 findet man in der Staatsexamensarbeit von Nicole Thake (ps-File, gezippt, 1.45 MB).

F17 - Staatsexamensarbeit zu vergeben

Staatsexamensarbeit zu vergeben, um einen weiteren Versuch zur Neutronenphysik für das Fortgeschrittenen-Praktikum aufzubauen.