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Autor Thema: Radonmessung / hier: Vieldrahtimpulsionisationskammer (VIIK) - Korrektur  (Gelesen 186 mal)

grovea

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Vor etwa 2 Jahren Zeit stand ich vor der privaten Anfrage in der Nähe von Marienberg/Erz. in einem Kellerraum den Radongehalt zu messen.

Etwas leichtfertig habe ich zugesagt und beim Einlesen in die Materie feststellen müssen, daß dies doch mit einer gewissen Problematik verbunden ist. Nur wenige hundert Alphazerfälle / m^3 *s werden schon als kritisch eingestuft. Wie soll man die finden, bzw. messen bei Reichweiten der Alphateilchen von wenigen cm in Luft ?

Bekannlich führen aber viele Wege nach Rom. Zuerst habe ich das indirekte Verfahren versucht.

Details siehe hier:  http://www.neulinger.com/radon/

Vorteil dieses Verfahrens ist die einfache Realisierbarkeit, Nachteil die mit "Hausmitteln" kaum mögliche Kalibrierung bzw. Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse. "Messen" im eigentlichen Sinne ist mir damit leider nicht gelungen.

Nach einiger Zeit des Suchens bin ich auf die Methode der Vieldrahtimpulsionisationskammer (VIIK) gestoßen. Im WWW existieren mehrere Arbeiten von denen der PTB-Bericht Basis für meine Versuche war.
Hier: PTB-Bericht

Die Messung einzelner Alphazerfälle gelingt in der VIIK indirekt durch Sammlung der ionisierten Ladungsträger beim "Durchqueren" des Alphateilchens durch die Luft. Durch Rekombination sind die Elektronen sofort verschwunden und für das ionisierte Gas stehen etwa 10...20 ms zur Verfügung. Weitere theoretischen Details siehe PTB-Bericht.

Zur Realisierung, welche einfacher ausgeführt wurde:

1.
Das Volumen der Meßkammer beträgt etwa 2,5l. Genutzt habe ich einen leeren Farbeimer. Bei 100 Bq/m^3 treten dann statistisch etwa (0,25*60)Imp/min auf und somit nach 5 Minuten etwa 75 Impulse in Summe. Das Meßergebnis ist dann verfügbar mit einem Fehler < 15% (...ganz grob). In der Realität sind es nur etwa 80% der Impulse, wie eine spätere, grobe Kalibrierung gezeigt hat.
2.
Die "Stäbe" im Innern bestehen aus verzinnten Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1 mm. Die front- und endseitigen Halterungen aus Universalleiterplatten. Die Anordung ist dabei parallel in 5 Reihen.
3.
Der Ladungsverstärker entspricht weitestgehend der Schaltung auf S.25 vom PTB-Bericht. Die Dimensionierung war in dieser Arbeit leider nicht enthalten. Diese ist auf S.68 hier zu finden.
4.
Die Hochspannung beträgt 600V und muß sehr gut geglättet sein. Die Spannung wird duch einen CCFL-Wandler aus einem alten Scanner erzeugt und mit zweistufiger Villardschaltung auf 600V erhöht. Die Glättung erfolgt nacheinander über 2 RC-Kombinationen 10M/47n und Zuleitung über koaxiales Kabel.
5.
Zur Zählung der Impulse wurde ein Arduino benutzt, welcher auch den eigentlichen Meßwert in Bq/m^3 über eine Zeit von 5 Minuten gemittelt, berechnet.

In der Anlage einige Bilder und ein Video welches die Impulse am Meßverstärker der Alphazerfälle zeigt. Erkennbar sind die unterschiedlichen Impulshöhen, welche auch spektroskopisch auswertbar sind.

Auf der Vorderseite ist geschirmt unter der Abdeckung der Vorverstärker eingebaut. Die Rückseite zeigt den Zu- und Rücklauf für die durchstömende Luft. Bei Langzeitmessungen werden die Daten mit der MCA-Theremino-Software aufgezeichnet. Auf diesen Bild ist auch die Pumpe (PC-Lüfter in Konservendose) und die Lufttrocknung mit Silikagel zu erkennen, da über 70% rel. Luftfeuchte die Kammer nicht mehr korrekt arbeitet.

Gruß
grovea

grovea

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Radonmessung / hier: VIIK - Video
« Antwort #1 am: 21. Juni 2020, 18:44 »
... hier noch das Video, da die Summe der Anhänge zu groß war.

DG0MG

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Re: Radonmessung / hier: Vieldrahtimpulsionisationskammer (VIIK)
« Antwort #2 am: 21. Juni 2020, 19:05 »
Sehr interessant!
Der Link zu dem PTB-Dokument fehlt noch.

1. Das Volumen der Meßkammer beträgt etwa 2,5l. Genutzt habe ich einen leeren Farbeimer. Bei 100 Bq/m^3 treten dann statistisch etwa 25 Imp/min auf

Das kann ich nicht nachvollziehen - warum ist das so?
Ich würde so denken:
Wenn in 1 m3 (1000 Liter) Luft 100 Zerfälle pro Sekunde passieren, dann sind das in 2,5 Liter 1/400stel, also 0,25 Zerfälle pro Sekunde. Macht pro Minute (x60) 15 Zerfälle in 2,5 Litern Volumen. Von denen wird man ja nicht alle mitbekommen (Wirkungsgrad), es müssten also noch weniger sein. Daran dürfte ja auch ein Durchpumpen der Luft nichts ändern?

Wo ist der Denkfehler?

grovea

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Meine Rechnung war falsch, inzwischen korrigiert. Die "Links" habe ich ergänzt. Das Durchpumpen der Luft erfolgt sehr langsam, etwa 0,5l/min und ist nur bei Langzeitmessungen über mehrere Tage notwendig/sinnvoll (HWZ: Rn222 etwa 3,5 Tage).
Gruß
grovea

DL3HRT

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Jetzt stimmt das auch gut mit dem RadonEye überein. Dessen Kammer hat ein Volumen von 250 ml, also ein Zehntel, und liefert bei 100 Bq/m3 13,5 Impulse in 10 Minuten.

Na-22

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Der Ladungsverstärker entspricht weitestgehend der Schaltung auf S.25 vom PTB-Bericht. Die Dimensionierung war in dieser Arbeit leider nicht enthalten. Diese ist auf S.68 hier zu finden.
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Auf Seite 31 der Dissertation "Entwicklung einer Low-Level-Radon Referenzkammer" findet man auch einen vollständigen Schaltplan für einen passenden Vorverstärker.

grovea

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Diese Schaltung funktioniert nur gut, wenn man R1-R7 stark vergrößert, z.B. die GS-Strecke eines FET in Sperrrichtung dazu als Widerstand benutzt.