Das Openmess-Projekt

[opengeiger.de]

Ich kann hier auch noch ein Bild der Sonde beisteuern, das ich irgendwo mal gefunden habe:

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Im Anhang dann noch ein Prototyp, der in Styropor gebettet war. Aus dem Vergleich gehe ich nun davon aus, dass die heutige Sonde in einem dünnwandigen Alu-Schutzgehäuse steckt, das luftgefüllt ist. Man erinnere sich auch an das Foto, das hier mal gepostet wurde, wo jemand mit einem Luftgewehr o.ä. auf das Gehäuse geschossen hat. Dem luftgefüllten Gehäuse wird das dann vermutlich keinen funktionalen Schaden zugefügt haben.

Bei der Beurteilung des Gehäuse-Einflusses sollten wir uns aber vor Augen halten, dass uns ja eine sehr saubere Spezifikation des Ansprechverhaltens des 70031A Zählrohrs vorliegt. In der Sonde ist ein 70031E Zählrohr verbaut. Das wird deutlich mehr Einfluß haben als das Gehäuse der ODL Sonde. Und ich bin mir sicher, der Entwickler der ODL-Sonde wird nichts an Performance verschenkt haben von dem schön geglätteten Ansprechverhalten des Zählrohrs. Und oben, oberhalb von 3MeV, wo das Ansprechverhalten dann aus den Limits geht, da wird der Entwickler der Sonde sicher keine Möglichkeit mehr gehabt haben, das Ansprechverhalten zu verbessern. Von daher würde ich mir jetzt keinen Kopf mach um das dünnwandige Alugehäuse. Ich will mich vielmehr an das Datasheet von VacuTec halten und diese Performance so gut wie möglich implementieren. Als Schutz wird mir ein Plastikrohr reichen, da ich ja nicht unbedingt Vandalismus mit dem Luftgewehr oder Schlimmeres befürchten muss (hoffentlich  ). Und gut sichtbar und unbewacht auf der grünen Wiese werde ich mein eigenes Kunstwerk auch nicht zur Schau stellen. 
     

[opengeiger.de]

dann gehe ich mal in den Löwenkäfig und warte wie mein Vorschlag gesehen wird 

Super, @Peter-1 , dann sind wir nun schon zu zweit in der Manege! 

Ja, die Lösung klingt sehr gut!
Du hast also auch einen 1MegOhm als Strombegrenzungs-Widerstand genommen aber nur ein 47pF als Koppelkondensator. Beim exponenetiellen Eingangspuls sieht man natürlich den Einfluss des Koppelkondensators nicht, denn sieht man nur wenn man eine Sprungfunktion oder einen Rechteck als Anregung draufgibt. Erst dann kann man die Dachschräge erkennen, welche die Größe der Kapazität bewirkt. Als Last bzw. als Eingangswiderstand sieht das ausgekoppelte Signal dann die Basis-Emitter Strecke des Transistors Q1 parallel zu dem 1Megohm Pull-Up, der kaum eine Rolle spielen wird ausser um den DC Arbeitspunkt auf 5V einzustellen. Diese Basis-Emitter Diode ist natürlich massiv nicht-linear. Aber vermutlich siehst Du das schon als Teil der analog-digital Wandlung. Im Grunde genommen wirken doch beide Transistoren wie ein "Limiting Amplifier" dessen Verstärkung so groß ist, dass der Ausgang mit hoher Flankensteilheit an den Rails anschlägt und damit keine analoge lineare Verstärkung mehr macht, sondern quasi zu einem Komparator mit zunächst nur grob definierten Schwelle wird. Man muss daher die Impulsbreite des Digital-Impulses im Vergleich zur analogen Impulsform sehen. Wenn ich das Tp3 Signal anschaue, dann ergibt sich eine Schwelle, die im unteren Drittel der analogen Waveform liegt. Da der Impuls aber deutlich kürzer als die Halbwertsbreite des Anregungspulses ist, würde ich sagen, der Einfluß des kleinen 47pF verkürzt den Impuls und Du schaltest dann im unteren Drittel der Amplitude, daher wird der Digitalpuls kürzer als 100ps. Das ist nicht schlecht! Da so ein Bipolar-Transistor Strom-gesteuert ist, müsste das eine sichere Sache sein und wird gegen Störungen keine große Empfindlichkeit zeigen. Sehr gut! So könnte man den Zählimpuls-Verstärker wirklich machen! Hast Du diese Schaltung schon in Betrieb?   

Und ja, beim Gehäuse-Design muss man sehr vorsichtig sein, diese Erfahrung habe ich auch schon gemacht. Auch wenn man einen knall-gelben Kasten hat, der so ein gewisses Symbol in schwarz drauf hat, wird man schnell angesprochen. Dagegen hat sich auf der Königstrasse in Stuttgart ein stinknormaler Schuhkarton sehr bewährt. Da geht natürlich das 70031A von VacuTec nicht mehr vernünftig rein, aber wie wärs denn mit nem Geigenkasten? 

Aber beim Geigenkasten kommt sicher @NoLi und weist uns auf den Einfluss von Haselfichten-Holz hin, das im Geigenbau viel Verwendung findet und besondere Harze enthält!     

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Wenn das Projekt der Geräteentwicklung als Bachelorarbeit in der E-Technik an der Uni laufen würde, dann wäre jetzt natürlich die unweigerliche Frage des Betreuers, wie man das Übertragungsverhalten der Eingangsspannung U3(t) abhängig vom Zählrohrstrom I0(t) wissenschaftlich korrekt beschreiben könnte. In Anbetracht der Tatsache, dass im Forum promovierte Leute vom BfS, der PTB und sogar von Firmen inkognito mitlesen, machen wir doch mal den Versuch und diskutieren das.

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Ich hab das Modell der Auskopplung nochmal neu und etwas abstrakter gemalt, dann kann man die Rechnung leichter ableiten. Ich hatte ja schon gesagt, dass bei Modellierung des Zählrohrs mit einer Stromquelle der Anodenwiderstand keine Rolle spielt und es dann vorteilhaft sein kann, wenn man die Stromquelle in eine äquivalente Spannungsquelle umformt. Fängt man damit mal an, ist die Ableitung der Übertragungsfunktion relativ einfach:

U3/I0 = 1 / (1+iw (R1+R3) C1)
mit U0=I0 * R1
U3/I0 = iw R1 R3 C1 / (1+iw (R1+R3) C1)
Für w-->∞
U3/I0 = R3 R1 / (R1+R3)

Die Übertragungsfunktion Verstärker-Eingangsspannung zu Zählrohrstrom U3/I0 stellt daher bereits einen Transimpedanzverstäker dar, wobei die Dimension der Verstärkung dann die eines Widerstandes ist. Für w-->unendlich bekommt man bei der in meinem Experiment gewählten Bemaßung einen Verstärkungswert von V=9901ohm. Nun haben wir auch gesehen, dass man den Zählimpuls des 70031A mit I0(t)=80uA*(1-exp(-t/150us)) modellieren kann. Bei t=0 haben wir also den Maximalwert des Stroms von 80uA. Wenden wir nun den Verstärkungswert auf den Maximalwert des Zählrohrstroms an, dann erhalten wir als Eingangsspannung wie in meiner vorigen Simulation 80uA*9901ohm=0.792V. Das passt also.

Schaut man sich die Übertragungsfunktion an, dann erkennt der Fachmann den Hochpass 1.Ordnung an der Nullstelle bei w0=0 und an dem Pol bei w1=(R1+R3)*C1. Das bedeutet, dass diese Auskoppelschaltung für DC nichts durchlässt und die Dämpfung für die in meinem Experiment gewählten Werte schon bei etwa 1.57Hz nur noch 3dB unter dem Endwert für w-->∞ liegt. Der Endwert schließlich liegt bei R1*R3/(R1+R3) = 9901ohm.

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Die nächste Frage ist die nach dem Fourierspektrums am Eingang des Zählimpuslverstärkers um dessen Bandbreite richtig zu bemessen. Wenn man davon ausgeht, dass man einen Impuls von Ti=150us Dauer hat, kann man grob abschätzen, dass man dafür eine Bandbreite von 1/Ti benötigt. 1/Ti würde eine Bandbreite von 6667Hz bedeuten. Diese Abschätzung ist aber unabhängig von der Signalform eines Impulses und ist sehr rudimentär. Man muss bei dem exponentiellen Zählimpuls ja auch daran denken, dass er eine sehr steile Flanke zu Beginn hat, die hohe Frequenzen zur korrekten Übertragung beansprucht. Daher empfiehlt es sich, das Spektrum des Impulses zu überprüfen und die Frage zu stellen, wie wird es durch die Auskoppelschaltung beeinflusst. Das habe ich nun auch mal ganz formal durchexerziert, ganz so wie es im Fach Systemtheorie in der Elektrotechnik gelehrt wird. Ich habe dazu die Signalform im Zeitbereich mit Hilfe eines Octave-Skripts und einer FFT in den Frequenzbereich transformiert.

Das Spektrum des rohen Zählimpulses sieht so aus:
 
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Man sieht also, der Zählimpuls enthält schon sehr hohe Frequenzen auf Grund der steilen Flanke zu Beginn, aber sie nehmen doch sehr schnell ab. Oberhalb von 4kHz sind wir also schon 40dB tiefer als bei den ganz tiefen Frequenzen. Das heißt eine 10kHz Bandbreite müsste locker reichen. Um nun zu sehen, was der nachfolgende Verstärker im Frequenzbereich dann sieht, muss dieses Spektrum mit der Übertragungsfunktion der Auskoppelschaltung multipliziert werden. Das kommt so raus:
 
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Es sieht doch so aus, als wäre kein Unterschied außer einem konstanten Faktor. Das ist auch gut so. Denn das bedeutet, die Auskoppelschaltung verform den Zählimpuls nicht. Aber man muss genau hinschauen, ganz vorne bei den ganz tiefen Frequenzen da schneidet die Auskoppelschaltung was weg. Auch wenn 100nF zum Auskoppeln verwendet werden. Simuliert man das dagegen mit 47pF, dann sieht man, dass der Zählimpuls zu einem Dirac-Stoß wird. Das geht natürlich auch, aber damit hätten wir die Zählimpulsform des 70031A zur Unkenntlichkeit verformt, und der nachfolgende Verstärker bekommt dann quasi fast schon einen sehr kurzen Digitalimpuls, der mit der ursprünglichen Signalform nichts mehr zu tun hat. Aber solange dieser den Impulszähler dann immer noch sauber triggert, wäre das auch ok.

Mein derzeitiger Plan ist aber, zunächst mit 100nF auszukoppeln um den ursprünglichen Zählimpuls unverändert zu erhalten und dann analog so zu verstärken, dass ich auf einen Komparator gehen kann, der mit einer wählbaren Schwelle eine präzise 1-Bit Analog-Digital-Wandlung an dieser Schwelle macht. Ob das einen Vorteil bringt kann ich aber jetzt noch nicht sagen. Was meinen denn die Cracks dazu? 

[NoLi]

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Und oben, oberhalb von 3MeV, wo das Ansprechverhalten dann aus den Limits geht, da wird der Entwickler der Sonde sicher keine Möglichkeit mehr gehabt haben, das Ansprechverhalten zu verbessern. Von daher würde ich mir jetzt keinen Kopf mach um das dünnwandige Alugehäuse.
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Ich glaube kaum, dass die Sonde mit Radionuklide und Gammaenergien > 3 MeV in Kontakt kommt...

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Und ja, beim Gehäuse-Design muss man sehr vorsichtig sein, diese Erfahrung habe ich auch schon gemacht. Auch wenn man einen knall-gelben Kasten hat, der so ein gewisses Symbol in schwarz drauf hat, wird man schnell angesprochen. Dagegen hat sich auf der Königstrasse in Stuttgart ein stinknormaler Schuhkarton sehr bewährt. Da geht natürlich das 70031A von VacuTec nicht mehr vernünftig rein, aber wie wärs denn mit nem Geigenkasten? 

Aber beim Geigenkasten kommt sicher @NoLi und weist uns auf den Einfluss von Haselfichten-Holz hin, das im Geigenbau viel Verwendung findet und besondere Harze enthält!   

Hmmm, Geigenkasten...kommt in Bankennähe vielleicht auch nicht so gut... 

Norbert

[opengeiger.de]

@NoLi, Da hast Du jetzt allerdings völlig Recht!!!

[opengeiger.de]

Aber mir fällt gerade ein, da hat sich doch die Nuklear-Transportfirma Orano so drüber echauffiert, dass Geräte wie der Automess bei den Behältern mit den abgebrannten Brennelementen viel zu viel messen, weil die Enery Response des ZP1200 ähnlich wie die des 70031A oberhalb 3MeV auch deutlich über den Faktor 2 hoch gehen. Da ist was in den Brennelementen drin was Gamma mit mehr als 3MeV macht. Hat davon mal jemand was davon gehört? Wenn das also z.B. begleitendes Gamma beim Plutonium Zerfall wäre und so ne Wiederaufbereitung fliegt mal in die Luft (soll vorkommen   ), dann könnte das doch über die ODL-Sonden runter rieseln 

[Lennart]

Da ist was in den Brennelementen drin was Gamma mit mehr als 3MeV macht. Hat davon mal jemand was davon gehört?

Ich kenne aus Siedewasserreaktoren N-16 mit 6,1 MeV Gammastrahlung, wohl aber nur im Dampfkreislauf anzutreffen.

Du kannst auch in der Nuklidkarte vom Isotope Browser suchen und dort z.B. Zerfallsart Beta - und Strahlungsart Gamma mit > 3 MeV suchen, da findet man doch einiges.

[NoLi]

Ich kenne aus Siedewasserreaktoren N-16 mit 6,1 MeV Gammastrahlung, wohl aber nur im Dampfkreislauf anzutreffen.

Halbwertszeit von N-16 = 7,4 Sekunden!

Was alles an Spaltprodukten genau im CASTOR ist, weiß ich auch nicht. Mir sind keine relevanten Radionuklide (Spaltprodukte) mit langer Halbwertszeit und > 3 MeV bekannt. Ich könnte mir aber gut vorstellen, dass einige Neutronen der Spontanspaltung von Cf-252 und anderen Tansuranen einen Einfluß auf die AUTOMESS-6150 ausüben (je nach Zählgasfüllung).

Norbert

[Lennart]

Halbwertszeit von N-16 = 7,4 Sekunden!

Ja das wird im Dampf durch Aktivierung von O-16 gebildet und die Aktivität nimmt nach Abschaltung schlagartig ab. Ich habe in der IAEA-Liste auch nichts mit HWZ > Minuten und Gammaenergie > 3 MeV gefunden.

[Prospektor]

Aber mir fällt gerade ein, da hat sich doch die Nuklear-Transportfirma Orano so drüber echauffiert, dass Geräte wie der Automess bei den Behältern mit den abgebrannten Brennelementen viel zu viel messen, weil die Enery Response des ZP1200 ähnlich wie die des 70031A oberhalb 3MeV auch deutlich über den Faktor 2 hoch gehen. Da ist was in den Brennelementen drin was Gamma mit mehr als 3MeV macht. Hat davon mal jemand was davon gehört? Wenn das also z.B. begleitendes Gamma beim Plutonium Zerfall wäre und so ne Wiederaufbereitung fliegt mal in die Luft (soll vorkommen   ), dann könnte das doch über die ODL-Sonden runter rieseln 

Ja, da kommen Gammas mit teilweise bis 7,6 MeV raus. Gammaspektren sieht man hier auf Seite 21:

https://doris.bfs.de/jspui/bitstream/urn:nbn:de:0221-201206198614/1/BfS-ET-24-97.pdf

Grund wohl u.a. Neutroneneinfang an Fe-56.

[NoLi]

Ja, da kommen Gammas mit teilweise bis 7,6 MeV raus. Gammaspektren sieht man hier auf Seite 21:

https://doris.bfs.de/jspui/bitstream/urn:nbn:de:0221-201206198614/1/BfS-ET-24-97.pdf

Grund wohl u.a. Neutroneneinfang an Fe-56.

Ich hätte nicht gedacht, dass der Anteil und Einfluß auf das Photonenspektrum durch den Neutroneneinfang an Fe-56 so hoch ist.

Norbert

[DL8BCN]

Es gibt bei Ebay übrigens wieder 70013 Zählrohre für noch nicht mal 20 Euro das Stück.
Plus 13 Euro Versand.

https://www.ebay.de/itm/234634677766

Ich hatte früher da auch schon 70013 Zählrohre gekauft.
Das hatte super geklappt.
Sind natürlich auch gebrauchte. Haben aber alle funktioniert.
Eins von denen läuft an einem GA 500 Adapter mit dem DIL Master V5.
Leider ist die DIL Master V5 Platine aktuell nicht mehr lieferbar bei Ebay.
Wenn das 70013 energiekompensiert wäre, dann würde es sich ideal eignen für Bernd sein Projekt.
Fraglich ist, ob man es selber schaffen könnte, das ZR so abzuschirmen, das man es energiekompensiert nennen darf.
Ich könnte es jedenfalls nicht.
Es sind auf jeden Fall trotzdem schöne Zählrohre, vor allem zu dem Preis😎

[opengeiger.de]

Ja, da kommen Gammas mit teilweise bis 7,6 MeV raus. Gammaspektren sieht man hier auf Seite 21:

https://doris.bfs.de/jspui/bitstream/urn:nbn:de:0221-201206198614/1/BfS-ET-24-97.pdf

Grund wohl u.a. Neutroneneinfang an Fe-56.

Oh ja, das deckt sich sehr gut mit dem EDF/Orano Paper mit dem Titel ,,MEASUREMENT OF GAMMA DOSE RATES ON PACKAGES LOADED WITH SPENT FUEL ASSEMBLIES" (Thierry Miquel et al.) das zu haben ist unter:
https://resources.inmm.org/system/files/patram_proceedings/2019/a1373_1.pdf
Die haben mit einem schicken Canberra Falcon 5000 das Gamma Spektrum eines Castors, beladen mit abgebrannten normalen und MOX Brennelemente aus 17m Entfernung vermessen. Das Gamma Spektrum sah so aus:
 
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Und ja sie sagen genau dasselbe, was @Prospektor gefunden hat:
Zitat:
<< These high energy photons are mainly produced by - (n, γ) reactions occurring in the body of the packaging. In these reactions, the compound nucleus deexcites by gamma emission to the ground state. The cross-section of this kind of reaction becomes high when thermal neutrons interact with low Z materials, as it can be found in the body of the package." >> Zitat Ende. Und dazu kommt noch ne echt spannende Grafik:
 
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Diese Grafik sagt nämlich wie sehr die Musik in höchsten Tönen wirklich weh tut. Und da steht bei 7MeV dass das 20% des Gesamtschmerzes sind. Und nun nölt die EDF und Orano rum, dass z.B. der Automess AD6H in dem Energiebereich viel zu viel misst, und damit Mist misst, im Gegensatz zum einem Plastik Scintillator beispielsweise.

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Ja und wie siehts nun mit der guten alten BfS ODL Sonde aus? Ich hab nochmal die Spec der GA-05 Sonde des BfS rausgesucht (also nicht des VacuTec Rohrs, sondern der Sonde) und die spezifiziert einen Energiebereich von 45keV  bis 1.25MeV. Echt jetzt?  Heißt das jetzt oberhalb misst die nix oder misst die Mist?
 
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Nochmal einen Schritt zurück. Also die abgebrannten Brennelemente der EDF werden von der Orano nach La Hague transportiert. Dort werden sie wiederaufbereitet. Die Wiederaufbereitung läuft meist nach dem Purex-Prozess (https://de.wikipedia.org/wiki/PUREX-Prozess). Ganz am Anfang des Prozesses werden die Brennelemente kleingesägt und kommen mit Haut und Haar in den sogenannten Auflöser, wo sie in kochender Salpetersäure (!!!) komplett aufgelöst werden. Aus dieser heißen Suppe werden dann wiederverwertbares Uran und Plutonium chemisch herausgelöst. (https://de.wikipedia.org/wiki/Wiederaufarbeitungsanlage_Wackersdorf). Deswegen auch der Name ,,Heiße Chemie". Dieser Prozess wurde im Kernforschungszentrum Karlsruhe am Institut für heiße Chemie mitentwickelt mit dem Ziel, das in großem Stil in Wackersdorf zu machen. Siehe auch   https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/cite.202100064 .

Man kann also davon ausgehen, dass das radioaktive Inventar eines Brennstabs nun in der heißen und mega-aggressiven Suppe vollständig enthalten ist, mit alledem, was da so strahlt, auch die von der EDF und der Orano erwähnten Gammas oberhalb 3MeV. Nun die Gretchen-Frage: Muss sich dafür denn eine ODL-Sonde dafür überhaupt interessieren???

Nun ja, wir erinnern uns ans Jahr 1980, als die Wiederaufbereitungsanlage in Karlsruhe (WAK) noch am Leben war und bei den deutschen Kernforschern noch Goldgräberstimmung herrschte. Gemäß dem Bericht KFK3510 ereignete sich im Mai 1980 in der WAK ein Störfall mit Aktivitätsfreisetzung in und aus der Anlage. Dabei hieß es, ,,die hohen Pu-241-Emissionen zwischen Mai und Juni dürften im direkten Zusammenhang mit den Dekonatminationsarbeiten stehen". Es wurde im Zeitraum Januar bis Mai von immensen Pu-241 Emissionen bis zu 7700μCi/Monat (=285MBq/Monat) in der Abluft berichtet. In der Summe wurden 1980 758MBq an Pu241 in die Umwelt emittiert. Die beschriebenen Dekontaminationsarbeiten waren die Folgen eines ,,Auflöser-Störfalls" Am 7.12.82 unterrichtete dann die Bundesregierung die Bevölkerung über ein anzeigepflichtiges Vorkommnis am 17.5.1980 ,,Aktivitätsanstieg im Heizdampfsystem" auf Grund eines ,,Austritts von Kondensat durch Undichtigkeit an einem Auflöser" jedoch ohne radiologische Folgen. In einer Mitteilung vom 30.4.92 erklärte die Landesregierung schließlich (Drucksache 10/6846), dass es im Mai 1980 zu einem Auflöserschaden durch Korrosion in Zelle 1 kam, der den Austausch des Auflösers erforderlich machte. Dabei wurden die Zellen 1 und 2 komplett freigeräumt und anschließend von Herbst 1980 bis Ende 1981 dekontaminiert.  Also da ging wohl doch etwas von dem radioaktiven Inventar eines Auflösers in die Luft und kam dann auch mit dem Niederschlagswasser wieder runter. Und wo konnte man es nachweisen? Mit H fängt der Wassergraben bei Karlsruhe an.

Gut, wenn jetzt Tschernobyl schon passiert gewesen wäre, dann hätte doch eigentlich die ODL-Sonde in Stutensee/Friedrichstal was sehen können. Aber ob sie die Gamma-ODL richtig gemessen hätte, wenn sie nur bis 1.25MeV spezifiziert ist?

Ich denke man kann die Frage schon beantworten, wenn man sich die Energy Response Spec des VacuTec Zählrohrs 70031A anschaut. Das von dem 70031E Rohr habe ich leider nicht. Oberhalb von 3MeV wird die Kurve aber bei beiden gleich verlaufen, denn das A Rohr wurde ja nur in der Kompensation auf H*(10) optimiert und da liegen die Unterschiede zur alten Äquivalentdosis doch hauptsächlich bei tieferen Energien. Und wenn man sich die Energy Response des Automess AD6H anschaut, auch diese Kurve läuft oberhalb von 3MeV nach oben davon (siehe EDF/Orano Paper). Also da wird die Sonde einfach Mist messen. Aber, und das ist das Gute dran, sie wird zu viel messen. Und ja, auch mit Geigenkasten drum rum, unser Openmess Messgerät würde nach so nem ,,Störfall" ebenfalls zu viel messen, genau wie die meisten Messgeräte der deutschen Profis!    .
Drum machen wir weiter so.

[Raddet]

Ich erinnere mich, dass ich vor einiger Zeit einen Entwurf für eine Messsonde entworfen habe. Vielleicht lässt sich das nutzen. Das Design kann für verschiedene Aufgaben angepasst werden.

https://hackaday.io/project/189517-geiger-muller-search-detector

[NoLi]

Es gibt bei Ebay übrigens wieder 70013 Zählrohre für noch nicht mal 20 Euro das Stück.
Plus 13 Euro Versand.

https://www.ebay.de/itm/234634677766
...

ROBOTRON...wieviel Jahre gibt es die schon nicht mehr?

Norbert