Kosmische Strahlung - Messtechnik - Dr. Christian Pinter - Astronomische Beobachtungstipps

Vielleicht haben Sie im Physikunterricht einst ein Elektrometer gesehen. Führt man einen geladenen Körper in die Nähe dieses Geräts, spreizen sich zwei Plättchen im Inneren des Glaszylinders. Sie sind dann nämlich in gleicher Weise aufgeladen und stoßen sich daher gegenseitig ab.

Diese abstoßende Ladung bleibt aber nicht. Die Luft ist nämlich kein perfekter Isolator. Vielmehr ist sie teilweise ionisiert. Bei der Ionisation werden den zunächst neutralen Atomkernen Elektronen zugeführt oder geraubt. Die Luft wird somit leitend.

Für die Ionisation machte man die radioaktive Strahlung verantwortlich. Daher dienten umgebaute Elektrometer einst zum Messen von Radioaktivität. Auch Viktor Hess führte sie bei seinen Ballonfahrten mit. Hier sehen Sie eines davon (Uni Graz).

Heutige Messgeräte für Radioaktivität funktionieren ebenfalls nach dem Ionisationsprinzip. Dort setzt man meist eine mit Gas befüllte Röhre ein, durch die ein feiner Draht führt. Bei der Inbetriebnahme wird eine recht hohe, im Gerät erzeugte Gleichspannung an Röhre und Draht angelegt; z.B. 360 V.

Normalerweise isoliert das Gas. Es kommt nur selten zu einem Ladungsausgleich zwischen Röhre und Draht. Erleidet die Röhre jedoch einen Strahlungstreffer, werden Elektronen freigesetzt. Sie wandern zum zentralen, positiv geladenen Draht.

Im sogenannten Geiger-Müller-Zählrohr löst jedes freigesetzte Elektron weitere Ionisationsvorgänge aus. Es kommt zu einem kaskadenartigen Prozess. Die Stromimpulse lassen sich von einem Lautsprecher (gegebenenfalls zuvor per Elektronik verstärkt) hörbar machen. So entsteht das typische Knacken.

Heutzutage werden solche Geräte mit Microcontrollern ausgeliefert: Die erlauben nicht nur eine bequeme Anzeige per LCD-Display, sondern auch interne Rechenoperationen (Umrechnungen). Sogar das automatische Abspeichern der Werte in einem wählbaren Intervall wird so möglich (Logging).

Strahlungstreffer sind stochastisch, ähnlich wie Sternschnuppen: Manchmal folgen etliche Treffer höchst geschwind aufeinander, dann stellt sich wiederum eine kurze Pause ein. Vor allem bei schwacher Radioaktivität und einfachen Messgeräten wirken die Strahlungsereignisse höchst erratisch.

Beim Fotografieren - speziell bei der Astrofotografie - erhöhen wir die Belichtungszeit, um mehr Photonen einzusammeln. So ähnlich ist es auch bei schwacher Strahlung. Bei den Messungen im Flugzeug loggt mein GMC 320 Plus alle Treffer einer Minute. So gelangt man zum CPM-Wert. Die Datenpunkte in den von mir erstellten Grafiken repräsentieren jeweils solche Einzelmessungen.

Selbst dann streuen die CPM-Werte noch von Minute zu Minute, wie obenstehende Grafik erkennen lässt. Daher bilde ich das mathematische Mittel aus ein bis drei Dutzend solcher Einzelmessungen. Die Zahlangaben meiner Messergebnisse sind so geglättet.

In der Praxis ist Eile geboten. Steht die Maschine am Vorfeld, bleiben oft nur an die zehn Minuten für Vergleichsmessungen. Beim Steig- und Sinkflug ändern sich Flughöhe und Strahlung schon während einer einzigen Minute erheblich. Da führte sich jede Mittelwertbildung ad absurdum. Erst in der Reiseflughöhe bleibt ausreichend Zeit dafür, vor allem bei Mittel- und Langstreckenflügen.

Man könnte das Ergebnis auch gleich in uSv/h oder nSv/h ausdrücken statt in CPM. Doch diese Umrechnung ist problematisch. Meines Wissens sind Messgeräte am ehesten auf Cäsium-137 kalibriert, weil dieses Isotop nach Nuklearunfällen relevant ist.

Im Mix der kosmischen Strahlung spielt Cäsium aber keine Rolle. Daher gefällt mir der CPM-Wert besser: Weil jedes Messgerät anders auf Strahlungstreffer reagiert, lassen sich die CPM-Werte unterschiedlicher Instrumente aber nicht so einfach vergleichen. Es macht daher Sinn, ein einmal bewährtes Gerät auch bei den folgenden Flügen beizubehalten.

Wir gelangen heute - zum Glück - nur vergleichsweise wenig mit Radioaktivität in Kontakt. Anders war dies vor allem Ende der Fünfzigerjahre, als es weltweit zu einer Fallout-Spitze nach der langen Serie überirdischer Atomtests kam. Das radioaktive Strontium aus dieser Zeit steckt Menschen meiner Generation buchstäblich in den Knochen.

Den zweiten bedenklichen Eintrag fassten Europäer 1986 nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl aus. Erzählungen von Zeitgenossen, die damals schon Geiger-Zähler besaßen, ließen einem mitunter die Haare zu Berge stehen. Noch heute sind die Böden in manchen Regionen Europas mit radioaktivem Cäsium belastet.

In den Jahrzehnten nach der Entdeckung der Radioaktivität ging man besonders naiv damit um. Auch Viktor Hess, der Entdecker der kosmischen Strahlung, verlor einen Daumen nach dem Hantieren mit Radium.

Vielleicht ergattern Sie ein Exemplar von Joseph Braunbecks beredtem Buch "Der strahlende Doppeladler": Es befasst sich u.a. mit dem Radiumhandel in der k.u.k Zeit, dessen problematische Spuren 100 Jahre später beunruhigen (siehe den Artikel von Bettina Figl in der Wiener Zeitung).

Daheim messe ich jeweils 100 Minuten lang. Nach der Division durch 100 gelange ich dann zu einem reliableren CPM-Wert. Auf dem Balkon zeigt der GMX-320 Plus im Schnitt 17 CPM an, auf den weißen Fliesen im Bad 24, auf einem Stapel weißer Teller 25. Fliesen werden aus Ton, vermischt mit Quarzsand, Feldspat und Kaolin gebrannt. Wie ich vermute, liegt die etwas erhöhte Strahlung am Kaolin.

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