Elektroskop mit Ionisationskammer

Grundlagen:
Die Verbindung eines Elektroskops mit einer Ionisationskammer ergibt ein empfindliches Messgerät für radioaktive Strahlung. Zur Messung wird das Elektroskop aufgeladen, der Ionisationsstrom entlädt das Elektroskop, die Entladezeit ist ein Maß für die Intensität der Strahlung.
Dosimeter zur Kontrolle der Strahlenbelastung von Beschäftigten in kerntechnischen Anlagen arbeiten oft nach diesem Prinzip

Aufbau:

relativ einfach ist der Aufbau eines Blättchen-Elektroskops. An einen isoliert befestigten Metallstab wird ein Blättchen aus möglichst dünner Metallfolie mit Leitsilber oder Grafitkleber leitend angeklebt. Wird nun der Metallstab aufgeladen spreizt sich das Blättchen unter dem Einfluss der Columbkräfte ab, der Winkel der Abspreizung ist ein Maß für die auf den Metallstab aufgebrachte Ladung, b.z.w. ´bei konstanter Kapazität ein Maß für das Potential des Stabes.
Unter dem Einfluss der ionisierenden Wirkung der radioaktiven Strahlung der Probe entlädt sich der Metallstab und die Spreizung des Blättchens wird kleiner bis es wieder am Stab anliegt.
Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen sollte das Blättchen dünn und leicht sein, gut als Material ist Blattgold-Folie geeignet. Von der nur 0,1 µm dicke Folie wird mit einem scharfen Skalpell in dünner Streifen abgeschnitten und an den Metallstab geklebt. Damit das Blättchen nicht auf seiner gesamten Länge am Stab klebt wird er etwas abgefeilt.Man kann aber auch die leichter handhabbare Haushaltsalufolie oder die Folie einer Rettungsdecke verwenden. Oder auch eine Kombination, das Scharnier aus weicher Folie, den Zeiger aus etwas steiferer.
Ebenso wichtig wie das Blättchen ist der verwendete Isolator für die Funktion des Elektroskops. Je besser die Isolation des selben umso geringere Aktivitäten der Probe können gemessen werden. Einer der besten Isolatoren ist Bernstein, aber auch billigere, moderne Materialien z.B. Teflon sind geeignet.

Um Arbeit zu sparen und trotzdem ein altertümliches Aussehen zu erhalten wurde das Elektroskop in das Messinggehäuse einer alten Uhr eingebaut. Das muss aber nicht sein, selbst berühmte Wissenschaftler wie Ernest Rutherford oder Otto Hahn bauten ihre Elektroskope aus alten Tabak- oder Teedosen. Wichtig ist aber ein geschlossenes Gehäuse da das Metallblättchen auf den schwächsten Luftzug reagiert, und natürlich sollte ein Fenster zur Ablesung des Ausschlag vorhanden sein.

Während früher der Ausschlag des Blättchens noch mit einem Beobachtungsmikroskop verfolgt wurde wird man heute besser eine Kamera verwenden. Die Entladungszeit dauert bei guter Isolation und schwachen Proben immerhin viele Stunden b.z.w. mehrere Tage. Am Einfachsten verwendet man eine Kamera im Zeitrafferbetrieb, die je nach Stärke der Probe jede Sekunde, jede Minute oder jede Stunde ein Bild des Blättchens aufnimmt.
Eine Kalibration über die Spannung zeigt eine erstaunlich lineare Kennlinie, aber auch dass das Blättchen doch etwas am Stab klebt und sich erst bei Spannungen über 400 V von ihm löst. Deshalb wird bei den folgenden Messung nur im Bereich zwischen 10° (695V) und 35° (1430V) gemessen. Zuerst wird eine Nullmessung ohne Probe gemacht. Das Abfallen des Zeigers von 35° auf 10° dauert zwei volle Tage. Nimmt man eine Kapazität des Stabes mit Zeiger von 10pF an, ein Wert dessen Größenordnung in etwa der Realität, entspricht kann man den Leckstrom ermitteln.
*Ladungsverlust = (1430 V - 695 V) 10 pf = 7,35 nC**
*Leckstrom = 7,35 nC / ( 48 60 * 60 s) = 2,5 fA**

Dieser Leckstrom setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen, dem Reststrom durch den Isolator und Ionisationsströmen durch das allgegenwärtige Radon, Strahlung aus den Elementen des Gehäuses und der Höhenstrahlung.

Messung verschiedener Proben
Rauchmelder	Americium	0,3 Minuten	306 pA
Uran-Mineral	Uran/Radium	24 Minuten	5,1 pA
Eichquelle	Strontium	71 Minuten	1,7 pA
Glühstrumpf	Thorium	129 Minuten	950 fA
Nullmessung		2880 Minuten	2,5 fA

Man sieht das mit diesem einfachem Gerät auch noch schwache Proben gemessen werden können