Geigerzählrohr mit Langzeitmessung/Messkurve

Lambdasonde · 30. März 2022, 23:04

Hallo,

Ich bin Harald und neu hier.
Ich beschäftige mich seit Jahren mit Elektronik (Entwickler Hardware/Software)
und bastel seit Jahren (seit Tschernobyl/Fukushima) mit Zählrohren.
Ein Schwerpunktthema in meinem Studium war die Reaktortechnik. Das nur zur Info.

Ich habe vor einigen Jahren ein ausgemustertes Zählrohrsystem vom BA für Strahlenschutz mit zwei Röhren (schwach/hart) ersteigert und jetzt erst in Betrieb genommen. Habe es an einen Mikrokontroller STM32 mit Grafikdisplay angeklemmt und möchte über Tage die Zerfälle pro Minute in der Umgebung loggen. Man weiss ja nie.
Das Gerät misst in Echtzeit, zeichnet jedoch bis 96h auf(Zerfälle pro Minute).
Ich möchte keine Genauigkeit, nur eine evtl. Anstieg der Grundstrahlung detektieren.
Ist noch ein Prototyp. Eine Anbindung ins Internet ist angedacht.
Bin für Anregungen/Ideen dankbar.

LG
Harald

Henri · 31. März 2022, 01:16

Zitat von: Lambdasonde am 30. März 2022, 23:04
Hallo,

Ich bin Harald und neu hier.
Ich beschäftige mich seit Jahren mit Elektronik (Entwickler Hardware/Software)
und bastel seit Jahren (seit Tschernobyl/Fukushima) mit Zählrohren.
Ein Schwerpunktthema in meinem Studium war die Reaktortechnik. Das nur zur Info.

Ich habe vor einigen Jahren ein ausgemustertes Zählrohrsystem vom BA für Strahlenschutz mit zwei Röhren (schwach/hart) ersteigert und jetzt erst in Betrieb genommen. Habe es an einen Mikrokontroller STM32 mit Grafikdisplay angeklemmt und möchte über Tage die Zerfälle pro Minute in der Umgebung loggen. Man weiss ja nie.
Das Gerät misst in Echtzeit, zeichnet jedoch bis 96h auf(Zerfälle pro Minute).
Ich möchte keine Genauigkeit, nur eine evtl. Anstieg der Grundstrahlung detektieren.
Ist noch ein Prototyp. Eine Anbindung ins Internet ist angedacht.
Bin für Anregungen/Ideen dankbar.

LG
Harald

Hallo Harald,

herzlich willkommen hier!

Meine erste Anregung wäre, Deine Messapparatur mal auf Temperaturgang zu überprüfen. Diese Sondenplatinen sind uralt. Ich habe selber zwei Stück davon erstanden und war erst ganz angetan, wie schön die funktionieren, bis ich festgestellt habe, dass sie leider mehr als Thermometer dienen denn als Strahlungssensoren. Da alles in Kunststoff eingegossen ist, kann man den Fehler nicht eingrenzen. Eventuell ist es das Zählrohr, eventuell auch nur die Elektronik. Trotzdem, die Dinger sind ja jahrzehntelang auf irgend einer Wiese ohne Schatten durchgelaufen und wurden dann wegen Defekt, Alterungserscheinungen oder Modernisierung ausgemustert. Vermutlich über Schrott-Gitterboxen sind sie dann zum Händler gelangt. Aber vielleicht hast Du ja auch Glück, und Deine Platine ist noch OK.

Ansonsten ist das Wichtigste der richtige Aufstellungsort, zumindest wenn die Funktionsweise ähnlich der der amtlichen Stationen sein soll. Bei denen interessiert zum einen, wann die radiioaktive "Wolke" eintrifft und wieder vorbeigezogen ist, aber dann auch vor allem, wie viel Radioaktivität am Boden hängengeblieben ist. Deshalb auch der Aufbau mit umliegender Rasenfläche in 1m Höhe, da auch entferntere Rasenabschnitte dann noch einen guten Anteil zur empfangenen Strahlung beitragen und der Nachweis somit empfindlicher wird. Das Messfeld ist damit sozusagen "geometrisch optimiert". Am Balkon im 3. Stock festgeschraubt bringt die Platine nicht so viel.

Für Dich wird erst mal das Interessanteste sein, die Radon-Auswaschungen bei Regen zu beobachten (und ihr Wieder-Abklingen durch den raschen Zerfall), das ist ziemlich eindrucksvoll. Dafür brauchst Du halt Bodennähe und freie Fläche, wenn das möglich ist.

Viele Grüße!

Henri

Lambdasonde · 31. März 2022, 09:04

Danke für den Tip,

werde heute die Anordnung für längere Zeit mal aufheizen. Müsste dann ja an der Kurve zu sehen sein.

Harald

Lambdasonde · 31. März 2022, 15:06

Hallo,

in der Tat ist das System sehr temperaturabhängig.
Bei 17Grad hatte ich ca . 300Zerfälle/Minute, bei ca. 35Grad schon 400.

Meine Frage: Ist das zählrohrtypisch ?
Ist das ein temperaturabhängiger Offset oder ein Faktor, um den es naxh Temperatur steigt?
Kann man das kompensieren, da ich die Temperatur leicht messen kann und in der Software korrigieren könnte.
Ich müsste eine lange Messreihe über die Temperatur fahren, das ist mir zu aufwändig.
Ich habe die Spannung der Röhre mit 385V gemessen und die ist absolut stabil über die Temperatur.

Danke

Harald

Henri · 31. März 2022, 17:29

Zitat von: Lambdasonde am 31. März 2022, 15:06
Hallo,

in der Tat ist das System sehr temperaturabhängig.
Bei 17Grad hatte ich ca . 300Zerfälle/Minute, bei ca. 35Grad schon 400.

Meine Frage: Ist das zählrohrtypisch ?
Ist das ein temperaturabhängiger Offset oder ein Faktor, um den es naxh Temperatur steigt?
Kann man das kompensieren, da ich die Temperatur leicht messen kann und in der Software korrigieren könnte.
Ich müsste eine lange Messreihe über die Temperatur fahren, das ist mir zu aufwändig.
Ich habe die Spannung der Röhre mit 385V gemessen und die ist absolut stabil über die Temperatur.

Danke

Harald

Hallo Harald,

tja, gut, dass wir drüber gesprochen haben

Zählrohre haben eigentlich keinen nennenswerten Temperaturgang, die Elektronik hatte es sicherlich auch nicht, als sie neu war.

Das Besondere an dieser Schaltung ist, dass keine Impulse gezählt werden, sondern die Impulse laden einen Kondensator, der sich definiert wieder entlädt, und dann wird die Spannung am Kondensator in ein frequenzvariables Rechtecksignal transformiert. Das hat den Vorteil, dass man eine Sättigung des Zählrohrs erkennt, wenn halt die Maximalfrequenz ausgegeben wird.

Du könntest das Zählrohr ausbauen und mit einer anderen Elektronik für sich noch mal testen. Dann lohnt sich auch der Blick aufs Oszi: kommt statt einem Einzelimpuls öfters mal ein "Pärchen" ganz dicht hintereinander, das aber nur die halbe Amplitude hat, ist das Zählrohr so weit gealtert, dass es nicht mehr sinnvoll zu verwenden ist. Auch diese Doppelimpulse können temperaturabhängig sein.

Zur rechnerischen Kompensation: es kann ja sein, dass die Temperaturkurve auch noch von der Zählrate abhängt. Das heißt, Du müsstest pro Temperaturmesspunkt auch noch jeweils eine Messreihe mit sich änderndem Strahlungspegel aufnehmen, um das auszuschließen. Nur wie? Und dann kann es noch sein, dass die Alterung rasch voranschreitet.
Also ich würde eher empfehlen, das Problem auf Zählrohr oder Elektronik einzugrenzen und den defekten Teil zu ersetzen.

Viele Grüße!

Henri

Lambdasonde · 31. März 2022, 18:28

Hallo Henri,

guter Mann mit wertvollen Erfahrungen.

Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte.

Danke

Harald

DG0MG · 31. März 2022, 18:46

Die möglichen Doppelimpulse bei "alten" Zählrohren wurden hier schon mehrmals erwähnt, aber gezeigt hat sie - glaube ich - bis jetzt noch niemand. Sehr gut!

Wo genau ist das abgegriffen? Direkt am ZR?

Lambdasonde · 31. März 2022, 19:36

Nein, am Ausgang "Niedrigdosis" (TTL-Pegel) der Platine. Wie es bei der Hochdosis aussieht, weiss ich nicht.
Meine Software ignoriert Doppelpulse <10ms (also >100Hz), da sollten die nicht im Messwert auftauchen.
Ich habe mir Uranglasperlen bestellt, dann kann ich mal bei höherer Dosis messen.

Harald

NoLi · 31. März 2022, 19:55

Zitat von: Lambdasonde am 31. März 2022, 15:06
Hallo,

in der Tat ist das System sehr temperaturabhängig.
Bei 17Grad hatte ich ca . 300Zerfälle/Minute, bei ca. 35Grad schon 400.
...
Harald

Hallo Harald.

Ich möchte nicht schulmeisterlich sein, aber Du meinst sicherlich 300 IMPULSE/Minute, nicht ZERFÄLLE/Minute!

Zerfälle/Minute bedeuten in diesem Fachbereich die Anzahl der zerfallenden Atomkerne/Minute, die daraus resultierende Strahlung wird in alle Raumwinkel emittiert. Das Zählrohr kann aber nur das an emittierter Strahlung registrieren, was in seinem Innenvolumen und begrenzten Raumwinkelbereich an Ionisationen auslöst.

Gruß
Norbert

Lambdasonde · 31. März 2022, 20:08

Hallo,
kein Problem.

Natürlich meine ich die erfassten Zerfälle/Minute, die dann die CPM erbringen.
Begriffe wie "Einfangquerschnitt" etc. sind mir schon bekannt.
Danke

Harald

Lambdasonde · 03. April 2022, 18:30

Hallo,

habe noch ein altes russisches Modell aus den 80ern gefunden.
Die Digitalanzeige ist leider schwarz.
Da die kompletten Dokus auf russisch dabei sind

, konnte ich zumindest den Schaltplan lesen.
Somit konnte das neue Display adaptiert werden und siehe da:
Keine temperaturabhängigkeit.

Jetzt wüsste ich gerne, wie ich die Anzeige einigermaßen kalibrieren kann (in uS/h).
Das Gerät hat zwei Röhren und eine Klappe mit Bleischild. Aufschrift siehe Foto.
Die Doku gibt allerlei Zahlen und Formeln her, die ich aber nicht verstehe.

Danke
Harald

Na-22 · 03. April 2022, 18:57

Die erste Formel dient zum berechnen der Betateilchen-Flussdichte.

Mit der zweiten Formel lässt sich die Volumenaktivität berechnen.

Das meint zumindest der Google Übersetzer.

Henri · 03. April 2022, 19:01

Hallo Harald,

mach doch mal Fotos von den "Röhren". Sind wahrscheinlich SBM-20? Außerdem gibt es hier ein paar Leute, die Russisch können - auch da hilft ein Foto der Anleitung evtl. weiter.

Eine gute Möglichkeit zum Finden eines Kalibrierfaktors ist entweder der Vergleich mit einem anderen Gerät oder der Besuch einer amtlichen ODL-Sonde (https://odlinfo.bfs.de). Die Messwerte sind aus dem Internet abrufbar. Es gibt hier auch einen Thread zu den Standorten, damit man nicht so lange suchen muss

Viele Grüße!

Henri

DG0MG · 03. April 2022, 19:04

Zitat von: Lambdasonde am 03. April 2022, 18:30
Jetzt wüsste ich gerne, wie ich die Anzeige einigermaßen kalibrieren kann (in uS/h).
Das Gerät hat zwei Röhren und eine Klappe mit Bleischild. Aufschrift siehe Foto.

Das Gerät ist ein AN-RI, siehe https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,331.0.html

Es enthält 2 SBM-20U-Zählrohre. Deren Gamma-Empfindlichkeit ist https://www.pocketmagic.net/tube-sbm-20-%d1%81%d0%b1%d0%bc-20-geiger-tube/

Ra-226 (cps/mR/hr): 29
Co-60 (cps/mR/hr): 22

Der Deckel mit der Bleifolie hat den Sinn, zum einen Beta-Strahlung abzuhalten und zum anderen eine einfache Energiekorrektur durchzuführen. Welchen Kalibrierfaktor Du damit genau nehmen musst, wird man nicht sagen können, aber vmtl. kleiner 29.
Nehmen wir 28.
Da es zwei Zährohre sind, 56.
*60 (Sekunde-->Minute) ergibt 3360 cpm/mR/hr.
Da 1 mR/hr etwa 10 µSv/h sind: durch 10.
336 cpm/µSv/h.
Wenn Du also 1 Minute misst, dann den Zählwert durch 336 teilen, um auf µSv/h zu kommen.

Durch die Bleifolie kann der Faktor aber auch wesentlich kleiner sein (22-27), das kann ich nicht einschätzen.

Lambdasonde · 03. April 2022, 19:54

Super, Danke.

Das kann ich schon einmal programmieren.

Ich muss mich noch einmal einlesen in die Einheiten.
Ich werde bestimmt noch mal fragen.

Harald