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Ernest Rutherford bestimmte bei seinem berühmten Streuversuch (https://stoppi-homemade-physics.de/rutherford-streuexperiment/) die Zählrate der durch die Goldfolie abgelenkten Alphateilchen mit einem Zinksulfidschirm. Treffen Alphateilchen auf diesen Schirm, so erzeugen sie sehr schwache Lichtblitze. Man nennt dies auch Szintillation. Ähnliches geschieht auch beim Szintillator in einer Gammastrahlensonde (https://stoppi-homemade-physics.de/gammaspektroskopie/).
Ein kleines auf der Szintillation beruhendes Messgerät zum Nachweis von Alphastrahlen nennt man Spinthariskop. Es lässt sich zum Beispiel sehr einfach mit einem Mikroskopokular und einem Zinksulfid-Szintillator, konkret ZnS(Ag), umsetzen. Den Szintillator erhält man für rund 6 Euro auf ebay.com.
Wie adaptiert man nun das Okular für das Spinthariskop. Nun, man muss lediglich das Zinksulfid in die Brennebene des Okulars bringen.
Achtung: Die Zinksulfidschicht ist auf einem Trägermaterial aufgebracht. Dieses können die Alphateilchen nicht durchdringen. Daher muss die Zinksulfidschicht in Richtung Okularöffnung und nicht in Richtung Linsen zeigen!
Blickt man nun durch das Okular, so sollte man die Zinksulfidschicht scharf sehen.
Zudem kann das Auge sehr entspannt die Lichtblitze beobachten, da sich das Bild im Unendlichen befindet (Zinksulfidschicht in der Brennebene der Okularlinse).
Als radioaktive Strahlungsquelle benötigt man noch einen Alphastrahler. Ich verwende konkret Americium-241 mit einer Aktivität von rund 1 µCi (= 37 000 Zerfälle/sek). Die Halbwertszeit von Am-241 beträgt 432,2 Jahre.
Damit man den Alphastrahler nicht ständig mit der Hand vor der Zinksulfidschicht postieren muss, habe ich diesen auf einen Okularfilter geklebt. Der Filter lässt sich sehr bequem in die Okularöffnung schrauben. Im Umgang mit den radioaktiven Strahler ist natürlich wieder größte Vorsicht geboten!
In einem total abgedunkelten Raum und nach einiger Zeit des Wartens aufgrund der Dunkeladaption des Auges sieht man dann durch das Okular blickend viele, sehr schwache Lichtblitze. Auf diese Weise hat eben wie Eingangs erwähnt Ernest Rutherford die Zählraten der abgelenkten Alphateilchen bestimmt.
Man kann diese Lichtblitze auch dadurch sichtbar machen, indem man den Szintillator + Alphastrahler mit einer Digitalkamera über mehrere Sekunden Belichtungszeit im Dunklen aufnimmt. Dann sieht man auf dem Bild ein schwaches, bläuliches Leuchten.
Diese durchs Spinthariskop sichtbaren Lichtblitze wollte ich natürlich auch mit einer Kamera aufzeichnen. Dazu habe ich mir eine „Night-vision“-App heruntergeladen und die Smartphonekamera vor die Okularlinse gehalten. Leider waren selbst bei größter Verstärkung keine Lichtblitze zu sehen, nur Rauschen.
Daher musste ich mir etwas anderes einfallen lassen. Zum Glück hatte ich noch einen sehr kompakten Photomultiplier der Firma Hamamatsu mit integrierter Hochspannung in meinem Fundus:
Diesen brachte ich in einer Metallbox unter und verband den Signalausgang mit meinem Digitaloszilloskop:
Nach außen führen lichtdicht die 12V Spannungsversorgung und die Signalleitung:
Damit die Box auch wirklich lichtdicht ist, füllte ich die Innenseite des Deckels mit einem Stück Moosgummi aus:
Ohne Spinthariskop in der Metallbox und damit ohne Lichtblitze zeigte das Oszilloskop wie zu erwarten/hoffen war keinerlei Pulse:
Nun kam der Moment der Wahrheit. Ich postierte das Spinthariskop so vor dem Photomultiplier, dass die Lichtblitze den empfindlichen Lichtsensor erreichen konnten:
Und in der Tat, auf dem Oszilloskopbildschirm waren viele einzelne Pulse zu sehen, Heureka 😉
Ich muss aber noch erwähnen, dass ich von der Leistung des menschlichen Auges wahrlich beeindruckt bin. Denn dieses ist in der Lage, Licht mit unterschiedlichster Intensität von extrem schwach bis extrem stark zu erfassen. Mit der Night-vision-App konnte ich wie gesagt die Lichtblitze nicht nachweisen, erst mit dem Photomultiplier.
Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…
