English Title: Design of an Experiment for Measuring the Bremsstrahlung Emission Probability in the Alpha-Decay of Polonium-210

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Abstract

Die Emissionswahrscheinlichkeit von Bremsstrahlung kann in den meisten Fällen sehr gut semi-klassisch beschrieben werden. Beim Alpha-Zerfall jedoch tunnelt das Alpha-Teilchen durch die Coulomb-Barriere des Kernes, ein Prozess, der nur quantenmechanisch begriffen werden kann. Hierbei stellt sich die Frage, inwiefern der Tunnelprozess zur Emissionswahrscheinlichkeit der Bremsstrahlung beiträgt. Verschiedene theoretische Modelle der Bremsstrahlungsemission beim Alpha-Zerfall wurden diskutiert. Die Vorhersagen der semi-klassischen und quantenmechanischen Ansätze unterscheiden sich erst oberhalb einer Energie der Bremsstrahlungsphotonen von etwa 300keV merklich voneinander. Die geringe statistische Relevanz der bisherigen Daten in diesem Energiebereich, lässt jedoch keine Aussagen über die Gültigkeit der verschiedenen theoretischen Ansätze zu. Inhalt der vorliegenden Diplomarbeit ist die Planung und Verwirklichung eines experimentellen Aufbaus, der in der Lage ist, das Spektrum der Emissionswahrscheinlichkeit für Bremsstrahlung beim Alpha-Zerfall mit einer statistischen Genauigkeit zu messen, die Aussagen über die Gültigkeit der theoretischen Modelle erlaubt.

Translation of abstract (English)

The emission of bremsstrahlung is usually well described by a semi-classical treatment. However, in an alpha-decay the alpha-particle is tunneling through the Coulomb barrier of the nucleus, a process which can only be understood quantum-mechanically. The question that arises is: How is the bremsstrahlung emission influenced by the tunneling process? Several theoretical treatments of the bremsstrahlung emission in the alpha-decay have been discussed. The results of the semi-classical and fully quantum-mechanical calculations differ significantly only in an energy region above 300keV. Due to poor statistics the data available so far does not allow to distinguish between these models. The subject of this diploma thesis is the design and the construction of an experimental setup to measure the bremsstrahlung emission probability in the alpha-decay with high enough precession to be able to constrain the proposed theoretical models.