• View
• Edit
• History
• Print
• Backlinks

Pilze

Das ist die Seite von: Jan Felix, F

Untersuchung von osteuropäischen Pfifferlingen auf Radioaktivität + Vergleich mit regionalen Pfifferlingen

Recherche:
1. Warum Pilze?:
Cäsium-137 ist ein Isotop, welches bei der Kernspaltung von Uran entsteht, wie es in Tschernobyl im Rahmen des Atomkraftwerkes der Fall war.
Es kann mit einer Wahrscheinlichkeit von 6,5% direkt und 93,5% indirekt, über metastabiles Barium-137m, in stabiles Barium-137 zerfallen.
Beim direkten Zerfall wird Betastrahlung und beim indirekten Zerfall von metastabilem Barium-137m zu stabilem Barium-137 Gammastrahlung frei.
Da die Wahrscheinlichkeit des indirekten Zerfalls deutlich höher ist, wird Cäsium-137 über die Gammastrahlung nachgewiesen.
Nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl kontaminierte das freigesetzte Cäsium-137 auch die Waldböden, weshalb es die Pilze über das Myzel, ihre fadenförmigen Zellen, aufnehmen konnten. Durch eine nahe Lage an Tschernobyl und der damit verbundenen starken Verstrahlung sowie der dreißigjährigen Halbwertszeit, könnten Pfifferlinge aus dieser Umgebung immer noch eine erhöhte radioaktive Strahlung aufweisen.

2. Bedingungen:
Der Boden muss radioaktiv verstrahlt sein: da die in Treibhäusern verwendeten Böden zum Züchten von Pilzen in der Regel nicht verstrahlt sind, sind Pilze aus dem Treibhaus folglich nicht zu gebrauchen. Um bei den Messungen ein vergleichbares Ergebnis zu erhalten, müssen konstante Messbedingungen (z.B.: Abstand, Dauer) herrschen. Diese sind vor der Hauptuntersuchung festzulegen. Im Rahmen der Probemessungen können diese allerdings variieren, da wir beispielsweise so die Auswirkungen von einem vergrößerten Abstand feststellen können.

3. Alternative Länder bzw. Orte:
Aus der Windaufzeichnung nach dem Unglück von Tschernobyl gehen folgende Gebiete als belastet hervor:
- Ukraine (am besten: so nah wie möglich an Tschernobyl)
- Waldgebiete in Süddeutschland aufgrund des radioaktiven Regens (z.B.: Bayerischer Wald, Oberpfälzer Wald, Alpen)
- Polen
- Tschechoslowakei
In jedem Fall ist aber vorauszusetzen, dass die Gebiete westlich von der Ukraine liegen, da Ostwind, sprich von Osten wehender Wind, herrschte.
(Windauzeichnung: https://www.zeit.de/wissen/umwelt/2016-04/tschernobyl-gau-wolke-1986-deutschland)
[Datum der Veröffentlichung: 22.4.2016, 16:32; letzter Aufruf: 26.1.2019, 18:01]

4. Alternative Sorten (neben Pfifferlingen):
- Champions
- Röhrenpilze (auch: Röhrlinge) im Allgemeinen.
Diese charakterisieren sich durch eine klare Gliederung in Hut und Stiel. Außerdem weisen sie an der Hutunterseite ein Hymenophor (Umgangssprachlich auch Schwamm genannt) auf (verschiedene Formen sind Röhren, Lamellen, Poren, Leisten oder Stacheln).
Beispiele für Röhrenpilze sind Steinpilze, Rotkappen oder Birkenpilz.
-> Wichtig ist, dass die Pilze auf Waldboden und nicht zum Beispiel auf Holz wachsen.

Offene Fragen:
- Welche Messzeit? -> 180 Sekunden
- Welche Messart? -> Ø Rate/sek.
(Als Rate pro Sekunde wird die Anzahl an Zerfällen pro Sekunde definiert. Mathematisch ausgedrückt: R/s = Absolute Zerfälle N innerhalb der Messzeit/Messzeit in Sekunden)
- Grundstrahlung? -> (siehe Experiment)
- Welcher Abstand? -> 1cm
- Welche Stelle wird untersucht? (Hut? Stil? Angeschnitten?) -> Hut
- Mit Kappe bzw. Deckel? -> ohne Deckel

Versuchsaufbau für alle folgenden Probemessungen:

(1) Probemessung der absoluten Zerfälle N in Abhängigkeit vom Abstand:
Verwendete Materialien: Geiger-Müller-Zähler, GM-Box, Laptop, CASSY-System, Experimentierplatte
Verwendete Chemikalie: radioaktives Mischpräparat (Cäsium-137, Strontium-90, Americium-241)
Beobachtung:

Diagramm:

Auswertung:
Unsere erste Probemessung, welche die Abhängigkeit der absoluten Zerfälle N vom Abstand untersuchte, diente dazu erste Erfahrungen im Bereich der Arbeit mit radioaktiven Stoffen zu sammeln.
Anhand der Wertetabelle sowie dem zugehörigen Diagramm, ist zu erkennen, dass sobald der Abstand zwischen dem Präparat und dem Geiger-Müller-Sensor vergrößert wird, die Anzahl der Zerfälle, die innerhalb der Messzeit gemessen werden, erheblich sinkt. Zudem zeigt das Diagramm, dass sich die gemessenen Differenzen zwischen den Werten, die sich im Abstand um 1cm unterscheiden, nicht proportional verhalten. So ist es der Fall, dass sich im Unterschied von 9cm zu 8cm die geringste Differenz von 21 absoluten Zerfällen beobachten ließ. Im nächsten Schritt, als wir den Abstand von 8cm auf 7cm verringerten, kam es zur größten Differenz der Probemessung von 89 absoluten Zerfällen.
Abschließend lässt sich sagen, dass wir durch die erste Probemessung bereits erkennen konnten, dass der Messabstand ein erheblicher Faktor bei der Messung von Radioaktivität ist. Folglich werden wir weitere umfangreichere Versuche anstreben, um auch die Messzeit und die Rate pro Sekunde zu untersuchen. Diese sowie die restlichen probehaften Untersuchungen sollen letztendlich dazu dienen, sich mit den verschiedenen Parametern vertraut zu machen, sodass wir vor dem eigentlichen Experiment die bestmögliche Wahl dieser treffen können.

(2) Probemessung der durchschnittlichen Rate R pro Sekunde in Abhängigkeit von der Messzeit:
Verwendete Materialien: Geiger-Müller-Zähler, GM-Box, Laptop, CASSY-System, Experimentierplatte
Verwendete Chemikalie: radioaktives Mischpräparat (Cäsium-137, Strontium-90, Americium-241)
Durchführung: Das Experiment wurde je zwei mal mit und ohne Kappe durchgeführt. Die vorliegenden Werte sind Mittelwerte der zwei Experimentierdurchgänge.
Beobachtung:

Diagramm:

Auswertung:
Im Gegenzug zur ersten Probemessung, haben wir bei der zweiten Probemessung die Rate pro Sekunde untersucht und dabei die Messzeit pro Messdurchgang um zehn Sekunden erhöht.
Das zugehörige Diagramm zur Wertetabelle zeigt erst einmal, dass sobald wir keinen Deckel verwenden die gemessene Rate pro Sekunde näherungsweise doppelt so groß ist. Die maximalen Differenzen zwischen dem größten und dem kleinsten gemessenen Wert liegt bei 4,85 Zerfällen pro Sekunde für die Messungen ohne den Deckel und 1,23 Zerfällen pro Sekunde für die Messungen mit Deckel. Anhand dieser Werte lässt sich sagen, dass bei der Verwendung des Deckels die gemessenen Werte konstanter sind, jedoch ohne den Deckel logischer Weise mehr radioaktive Strahlung gemessen werden kann, da die Fläche in diesem Fall größer ist. Diese annähernd vierfach so große Differenz, könnte jedoch problematisch für unsere Hauptuntersuchung werden. Hier ein kleines Beispiel:
1. Messdurchgang: R/s = 1 bei 180 Sekunden Messzeit -> 180 absolute Zerfälle innerhalb der 180 Sekunden
2. Messdurchgang: R/s = 4 bei 180 Sekunden Messzeit -> 720 absolute Zerfälle innerhalb der 180 Sekunden
Ausgehend davon, dass die Rate pro Sekunde R multipliziert mit der Messzeit den absoluten Zerfällen N entspricht, würde dies eine Differenz von 540 absoluten Zerfällen bedeuten. Der zugehörige Mittelwert von 450 absoluten Zerfällen, würde sowohl die starke positive und negative Abweichung relativieren.
Allerdings haben wir im Rahmen dieser Probemessung auch festgestellt, dass es schwer fällt die Bedingungen konstant zu halten, wenn wir einen Deckel verwenden. So kann schon eine geringe Veränderung der Neigung des Präparats nach oben oder unten zu Folge haben, dass die Rate pro Sekunde erheblich zu oder abnimmt.

(3) Probemessung der durchschnittlichen Rate R pro Sekunde in Abhängigkeit vom Messabstand:
Verwendete Materialien: Geiger-Müller-Zähler, GM-Box, Laptop, CASSY-System, Experimentierplatte
Verwendete Chemikalie: radioaktives Mischpräparat (Cäsium-137, Strontium-90, Americium-241)
Durchführung: Das Experiment wurde je zwei mal mit und ohne Kappe durchgeführt. Die vorliegenden Werte sind Mittelwerte der zwei Experimentierdurchgänge.
Beobachtung:

Diagramm:

Auswertung:
Wie bereits in der Auswertung zur zweiten Probemessung beschrieben, zeigen auch diese Ergebnisse, dass der Geiger-Müller-Zähler eine deutlich erhöhte Rate pro Sekunde misst, wenn wir keinen Deckel verwenden. Auffällig ist bei dieser Durchführung der in der Wertetabelle blau markierte Wert der Rate pro Sekunde von 4,2. Dieser sticht besonders hervor, da sich aus rein logischer Perspektive der Wert zwischen 1,9 und 1,7 befinden sollte, dieser aber sogar das Ergebnis ohne Deckel übertrifft.
Anhand des zugehörigen Diagramms kann beobachtet werden, dass bis auf diesen auffälligen Wert, die Kurve der Messreihe, die ohne den Deckel durchgeführt wurde, immer über der Kurve der Messreihe ohne Deckel liegt.
- Die absolute Differenz zwischen den Werten ohne Deckel, die bei einem und zwei Zentimeter Abstand gemessen wurden, liegt bei 101,1 Zerfällen pro Sekunde
- Die relative Differenz zwischen den Werten ohne Deckel, die bei einem und zwei Zentimeter Abstand gemessen wurden, liegt bei knapp 74%
- Die absolute Differenz zwischen den Werten mit Deckel , die bei einem und zwei Zentimeter Abstand gemessen wurden, liegt bei 10,2 Zerfällen pro Sekunde
- Die relative Differenz zwischen den Werten mit Deckel, die bei einem und zwei Zentimeter Abstand gemessen wurden, liegt bei 56%
Beiden Kurven kann eine annähernd exponentiell verlaufende Abnahme zugeschrieben werden, wobei die orange Kurven eine dementsprechend größere Abnahme aufweist. Nicht nur die absolute Differenz der Werte zwischen einem und zwei Zentimeter Messabstand ist größer, sondern auch die Differenz der prozentualen Abnahme.
Nachdem wir im Rahmen der ersten Probemessung bereits die absoluten Zerfälle N in Abhängigkeit von dem Messabstand gemessen haben, konnten wir nun eine zweite, ausgeweitete Messung, mit der Rate pro Sekunde durchführen und haben dabei nun endgültig festgestellt, dass der Messabstand so gering wie möglich sein sollte, denn das Kurvendiagramm zeigt, dass bereits ein Unterschied von einem Zentimeter einen erheblichen Unterschied macht (max. Differenz der orangen Kurve = 101,1 Zerfälle pro Sekunde). Für die anstehende Untersuchung der Pfifferlinge haben wir uns auf einen Messabstand von einem Zentimeter geeinigt.

Protokoll:
Material:
benötigte Chemikalien: Pfifferlinge aus der Region, osteuropäische Pfifferlinge
benötigte Materialien: Laptop, CASSY-System, Geiger-Müller-Zähler, GM-Box, Experimentierplatte

Aufbau:

Für das Experiment müssen im Vorfeld relevante Werte wie die Messart, die Messzeit und der Messabstand festgelegt, damit es zu einem vergleichbaren Ergebnis kommt. Außerdem muss die Umgebung auf eine mögliche Grundstrahlung untersucht werden. Die zu untersuchenden Pfifferlinge werden in dem festgelegten Abstand zum Sensor auf der Experimentierplatte befestigt und der Geiger-Müller-Zähler wird über die GM-Box an das CASSY-System angeschlossen und eingerichtet.
In diesem Fall wurden getrocknete Pfifferlinge aus Serbien verwendet. Diese mussten im Vorfeld 30 Minuten lang in warmen Wasser einweichen.
Die Parameter wurden folgendermaßen festgelegt:

Durchführung:
Die Pfifferlinge werden einzeln untersucht, wobei immer drei Messungen pro Pilz durchgeführt werden, sodass am Ende ein Durchschnittswert berechnet werden kann.
Wichtig ist, dass alle Pfifferlinge unter konstanten Voraussetzungen untersucht werden. Die Pfifferlinge werden hierbei mit dem Schirm bzw. Hut in Richtung des Sensors untersucht.

Beobachtung:
1. Werteerfassung:
- Grundstrahlung:
0,222/s (180 Sekunden; ohne Pilz)

Diagramm:

Auswertung:
Das zugehörige Diagramm zeigt neben der durchschnittlichen Rate pro Sekunde auch die Abweichung von diesem Durchschnittswert. Beim Betrachten des Diagramms fällt auf, dass der trockene Pfifferling nicht nur den geringsten Durchschnittswert, sondern auch die größte positive und negative Abweichung aufweist (positive Abweichung: 0,073 Zerfälle pro Sekunde; negative Abweichung: 0,055 Zerfälle pro Sekunde). Im Gegensatz dazu liegen die Werte der beiden eingeweichten Pilze näher beieinander und auch die Abweichungen sind deutlich geringer. Zwischen dem geringsten und höchsten Durchschnittswert der Pilze liegen 0,067 Zerfälle pro Sekunde. Die Differenz zur Grundstrahlung beträgt maximal 0,083 Zerfälle pro Sekunde.
Zusammenfassend lässt sich bereits nach jetzt sagen, dass die Differenzen der einzelnen Werte sehr gering sind und eine radioaktive Belastung der Pfifferlinge nahezu ausgeschlossen ist, allerdings ist ein Teil der negativen Abweichung des trockenen Pilzes kleiner als die gemessene Grundstrahlung. Ein solches Ergebnis scheint nicht realistisch, weshalb wir eine zweite Werteerfassung durchführen wollen. Im Folgenden werden wir auch für die Grundstrahlung einen Durchschnittswert ermitteln und so Ungenauigkeiten verhindern.
Im Übrigen wurde die Rate pro Sekunde R und die absoluten Zerfälle unabhängig voneinander gemessen. Aufgrund dessen ist nicht gegeben, dass die Rate pro Sekunde multipliziert mit der Messzeit der Anzahl der absoluten Zerfälle N entspricht. Auch deshalb wäre eine zweite Werteerfassung sicherlich sinnvoll.
Ob nun die deutlich größere Abweichung sowie der Durchschnittswert des trockenen Pilzes auf die Trocknung zurückzuführen ist, ist fraglich, denn ein Messfehler ist nicht ausgeschlossen.

2. Werteerfassung:
Aufgrund den Fehlern bei der ersten Erfassung, wurde eine zweite Erhebung durchgeführt. Zwar lässt die Beschriftung vermuten, dass hierbei dieselben Pilze verwendet wurden, dies ist aber nicht der Fall. Den trockenen Pfifferling haben wir bei der zweiten Werteerfassung ausgelassen.

Diagramm:

Auswertung:
Die zweite Werteerfassung sollte eigentlich dazu dienen die Fehler der ersten Erfassung zu beheben um so mögliche Ungenauigkeiten so weit wie möglich ausschließen zu können. Allerdings zeigt das zugehörige Diagramm, dass dies nicht gelungen ist.
Zwar ist es nun der Fall, dass die Rate pro Sekunde R sowie die absoluten Zerfälle N gleichzeitig gemessen wurden, jedoch hat sich die Beobachtung aus der ersten Werteerfassung verdeutlicht.
Angefangen bei den Durchschnittswerten lässt sich sagen, dass sich diese beide unterhalb der durchschnittlichen Rate pro Sekunde der Grundstrahlung befinden
- 1. eingeweichter Pilz: 0,27 < 0,276
- 2. eingeweichter Pilz: 0,233 < 0,276
Ein solches Ergebnis ist nicht realistisch und zeigt die Ungenauigkeit des verwendeten Sensors.
Auch die Abweichungen von den durchschnittlichen Werten zeigt dies.
Die negative Abweichung des ersten eingeweichten Pilzes sowie alle erfassten Werte des zweiten eingeweichten Pilzes sind kleiner, als die durchschnittliche Grundstrahlung und teilweise auch, als die negative Abweichung.
Folglich müsste die Abweichung der Grundstrahlung mindestens zu dem kleinsten Wert, den wir gemessen haben reichen, welcher 0,194 Zerfällen pro Sekunde entspricht.
Aufgrund dessen lässt sich sagen, dass der uns zur Verfügung stehende und verwendete Sensor zu ungenau misst. Gleichzeitig haben wir aber auch festgestellt, dass die untersuchten Pfifferlinge aus Serbien nicht kontaminiert sind.

endgültige Auswertung:
Bevor ein abschließendes Urteil gefällt werden kann, müssen die Ergebnisse auswertet werden. Hierzu wird die jeweilige Grundstrahlung des Durchgangs von der Strahlung der Pilze abgezogen.
Aus der ersten Werteerfassung folgt dann, dass sich die durchschnittliche Rate pro Sekunde nur um die folgenden Werte von der Grundstrahlung unterscheidet:
- getrockneter Pilz: 0,016 zusätzliche Zerfälle pro Sekunde ≙ 2,88 Zerfälle in 3 Minuten
- 1. eingeweichter Pilz: 0,083 zusätzliche Zerfälle pro Sekunde ≙ 14,94 Zerfälle in 3 Minuten
- 2. eingeweichter Pilz: 0,048 zusätzliche Zerfälle pro Sekunde ≙ 8,64 Zerfälle in 3 Minuten
Diese Differenzen zur Grundstrahlung sind sehr geringfügig. Anhand der dritten Probemessung, die wir im Vorfeld durchgeführt hatten, um den Messparametern zu untersuchen, lässt sich sagen, dass die verwendeten Pilze aus Serbien eindeutig nicht verstrahlt sind, denn neben diesen geringen Unterschieden, zeigt das Mischpräparat aus Cäsium-137, Strontium-90 und Americium-241 klar, wie sich die absoluten Zerfälle bei einer radioaktiven Belastung verhalten:
Bei einem Zentimeter Abstand haben wir eine durchschnittliche Rate pro Sekunde von 137,4 gemessen, wobei die Messzeit zehn Sekunden betrug. Ausgehend davon, dass diese Rate von 137,4 Zerfällen pro Sekunde für 180 Sekunden konstant bleiben würde, würde dies 24 732 absoluten Zerfällen innerhalb von 180 Sekunden entsprechen.
Zum Vergleich: der Höchstwert, den wir während der ersten Werteerfassung gemessen haben, entspricht 0,311 Zerfällen pro Sekunde. Umgerechnet sind dies 55,98 Zerfälle innerhalb von 180 Sekunden.
Natürlich ist das radioaktive Präparat nur schwer mit den verwendeten Pfifferlingen zu vergleichen, allerdings zeigt es in Kombination mit den oben erwähnten Differenzen zur Grundstrahlung, dass die serbischen Pilze nicht verstrahlt sind beziehungsweise keiner radioaktiven Strahlung ausgesetzt waren.

Die zweite Messwerterfassung hat uns gezeigt, dass unser Sensor für die gemessenen Ergebnisse, die sich um ein Zehntel unterschieden, zu ungenau ist.
Aus der Tatsache, dass die durchschnittliche Rate pro Sekunde der beiden eingeweichten Pilze unterhalb des Durchschnittwertes der Grundstrahlung lag, müssen wir daraus schließen, dass die negative Abweichung der Grundstrahlung mindestens diesen Werten entspricht. Eine solche Ungenauigkeit kann es dementsprechend auch für die positive Abweichungen geben. Darum ist nicht klar, wie groß die Abweichung der Grundstrahlung ist, ob sich die Werte nicht noch im Bereich der Abweichung der Grundstrahlung befinden und ab wann die Werte größer sind als die Grundstrahlung.

Dennoch haben wir bewiesen, dass die untersuchten Pfifferlinge aus Serbien nicht radioaktiv belastet sind. Die Ursache dafür kann unterschiedlich sein und lässt nur Spekulationen zu.
Zum einen ist es möglich, dass die Pilze gar nicht oder nicht ausreichend genug mit radioaktivem Fallout in Kontakt kamen, weshalb es nicht zur Aufnahme von Radioaktivität über das Myzel kam. Gleichzeitig kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Pilze in einem Zuchthaus gewachsen sind. Zwar wird hierfür der saure Waldboden benötigt, jedoch ist dieser recht einfach zu verlagern.
Die erhebliche positive und negative Abweichung des getrockneten Pilzes in der ersten Werteerfassung ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die Ungenauigkeit des Sensors zurückzuführen.
Den bislang geplanten Vergleich mit regionalen Pfifferlingen führen wir folglich nicht durch, da der Sensor zu ungenau ist und die Pfifferlinge aus Serbien nicht radioaktiv belastet sind.