RikamIno - Radon-Ionisationskammer Break-Out für den Arduino

Begonnen von opengeiger.de, 29. April 2024, 21:49

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silfox

Momentan ist für meine Versuche festzustellen, dass

a) die Temperaturmessung ("im Gartenhaus" mit starken Temperaturschwankungen) komplett zu trennen ist von
b) der Vergleichsmessung mit einem Radoneye mit erhöhter Radonaktivitätskonzentration (Eimer-Messung) - bevorzugt an einem Ort mit konstanter Temperatur (Innenraum).
c) Auch bei der Temperaturmessung ("Gartenhaus") sollte ein Radoneye parallel betrieben werden, um nur Situationen mit geringer Radonaktivitätskonzentration zu berücksichtigen (was ich für die aktuelle Variante der Temperaturkompensation auch getan habe). 

Momentan fehlt mir noch die Möglichkeit für b)

d) Ferner sollte die Temperaturmessung mit ausreichender Güte durchgeführt werden, was einen gesonderten Sensor (z.B. am RPi-Pico) erfordert. Ich sehe aktuell eine starke Hysterese und führe den Effekt darauf zurück, dass der in den Pico integrierte Temperatursensor verwendet wird (der eigentlich sehr ungenau ist). Da ich den BME280 bevorzuge, würde auch gleich die Luftfeuchte bestimmt werden.

Ich werde zunächst den BME280 in die Rikaminos integrieren und damit die Versuche fortsetzen.

Viele Grüße

Radioquant98

Zitat von: opengeiger.de am 11. Juni 2024, 06:11
Zitat von: Radioquant98 am 10. Juni 2024, 22:12ich vermute auch den Einfluß von Feuchtigkeit.

Welchen Einfluss denkst Du denn, dass die Feuchtigkeit hat, und warum? Und welche Feuchte meinst Du, die relative oder die absolute?   ;)
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Zitat von: opengeiger.de am 11. Juni 2024, 06:11
Zitat von: Radioquant98 am 10. Juni 2024, 22:12ich vermute auch den Einfluß von Feuchtigkeit.

Welchen Einfluss denkst Du denn, dass die Feuchtigkeit hat, und warum? Und welche Feuchte meinst Du, die relative oder die absolute?   ;)
Ich weiß es nicht, aber im Eimer könnte sich Dampf bilden. Ob und wie das direkt Auswirkungen auf das Kammerluft hat weiß ich nicht. Abgesehen vom Isolationswiderstand könnte auch die Kammerkapazität und deren Verlustfaktor steigen.

Viele Grüße
Bernd

Radioquant98

Komisch, oben ist mein Text nicht zu sehen :o


Ich weiß es nicht, aber im Eimer könnte sich Dampf bilden. Ob und wie das direkt Auswirkungen auf das Kammerluft hat weiß ich nicht. Abgesehen vom Isolationswiderstand könnte auch die Kammerkapazität und deren Verlustfaktor steigen.

Viele Grüße
Bernd

opengeiger.de

Zitat von: Radioquant98 am 11. Juni 2024, 10:51Ich weiß es nicht, aber im Eimer könnte sich Dampf bilden. Ob und wie das direkt Auswirkungen auf das Kammerluft hat weiß ich nicht. Abgesehen vom Isolationswiderstand könnte auch die Kammerkapazität und deren Verlustfaktor steigen.

Nun kommen wir zu einem ganz, ganz schwierigen Thema: die Luftfeuchte. Also erstmal müssen wir meiner Meinung nach unterscheiden zwischen rein gasförmigem Wasser in der Luft und feuchtem Wasserdampf. Die Luftfeuchte bezieht sich meinem Verständnis nach nur auf den Gehalt an rein gasförmigem Wasser in der Luft. Luft höherer Feuchte (höherer Gehalt an rein gasförmigem Wasser), die nicht speziell ionisiert wird, müsste meinem Verständnis nach sogar eine reduzierte (!) Leitfähigkeit aufweisen, da sich freie Elektronen an die Wassermoleküle anlagern und so die Bewegung behindert wird. Aber das gilt nur für das rein gasförmige Wasser. Dass rein gasförmiges Wasser die Elektronik beeinflusst, so wie die Temperatur das tut, davon weiß ich bisher nichts, es sei denn man baut einen Feuchtesensor, wo die gasförmigen Wassermoleküle gezielt dazu gebracht werden einen Ladungsfluss zu beeinflussen. Das würde bedeuten, dass man, was den Detektor anbelangt, normalerweise keinen Einfluss der Luftfeuchte fürchten muss.

Anders sieht das aus, wenn rein gasförmiges Wasser kondensiert. Abhängig von der Temperatur und dem Druck, nämlich bei hoher relativer Luftfeuchte, kann das rein gasförmige Wasser in der Luft kondensieren. Das heißt nur dann wird es flüssig und kleinste Tröpfchen lagern sich an feste Aerosolpartikel (Feinstaub und Ultrafeinstaub) an. Diese Aerosolpartikel im Nanometerbereich enthalten oft auch Salze und sind entsprechend hygroskopisch. So entsteht dann Nebel bzw. nasser Wasserdampf. Diese, um das flüssige Wasser angewachsene Partikelchen (feuchtes Aerosol) sind dann wegen des Salzgehalts auch elektrisch leitfähig und können sich auf Oberflächen niederschlagen und bilden dort einen leitfähigen Wasserfilm. Das ist dann tatsächlich der Killer für empfindliche Elektronik. Aber bei einer ,,normalen" relativen Luftfeuchte (50-60%) ist das nicht zu befürchten.

Jetzt müssen wir aber mal weg vom Detektor gehen und schauen, was in der Luft passiert, wenn man sie mit Radongas mischt und sich die Luftfeuchte ändert. Ändert nun der Gehalt an rein gasförmigem Wasser die Ionisierbarkeit von Luft? Ich denke schon. Denn jetzt hat es Wassermoleküle in der Luft, denen man auch die Elektronen wegnehmen kann. Vermutlich lagern sich auch Zerfallsprodukte des Radon an die gasförmigen Wassermoleküle an, dadurch ändert sich bestimmt auch der Gleichgewichtsfaktor F und die Ionenbeweglichkeit in der Luft. Damit würde sich auch der Ionisationsstrom im Detektor ändern. Dennoch, wir würden damit ziemlich genau das messen, was wir eigentlich messen wollen, nämlich die Folgen der Ionisation in der Luft durch die ionisierende Strahlung. Das bestimmt den Ionisationsstrom, den wir sehen. Nur sieht es der Gesetzgeber anders. Er hat einen Grenzwert für das Radon allein festgelegt, nicht für Radon zusammen mit seinen Zerfallsprodukten, also für die gesamte potenzielle Alphaenergie. Das ist das Dumme. Deswegen beißt man sich nun mit der einfachen Ionisationskammer als Detektor die Zähne aus beim Zurückrechnen aufs Radon allein. Das Zurückrechnen auf die Radon-Aktivitätskonzentration des Rn222 müsste eigentlich auch der RadonEye machen. Das gleiche Problem hat auch mein Sirad, der die Zerfallsprodukte auf dem elektrostatisch geladenen Detektor abscheidet. Er geht dabei einfach von F=0.5 aus. Die einzigen Detektoren, mit denen man näher an die Wahrheit kommt, sind die, die eine Alphaspektrometrie machen und so das Rn222 mehr oder weniger gut von seinen Zerfallsprodukten unterscheiden können. Ich glaube der DoseMan von Sarad, der sollte genau das können. Kost halt nur bissle was.  :heat:

(Ich hoffe ich hab es richtig verstanden, also alles ohne Gewehr  :hunter: ).

Flipflop

Leider kann ich nicht mitbauen,  :unknw:
Interessantes Projekt. 
Auf Wikipedia unter Radon/Literatur findet man etwas von Henning von Philipsborn: Radon und Radonmessung. Teil I. und II.

opengeiger.de

Ich hatte ja versprochen, ich schau nach einer geeigneten Radon-Exhalations-Referenz. Flossenbürger-Granit wäre sicher ein Kandidat, aber da das Erzeugen von Steinmehl aus Granit mit kontrollierter Korngröße etwas schwierig ist, denke ich ist das Superphosphat 18% von ICL Fertilizers (https://www.raiffeisen-duengershop.de/produkt/einzelnaehrstoffe/p-duenger/superphosphat-18/) sicher die bessere Wahl. Im Rahmen der RikamIno Messungen habe ich nun verschiedene Mengen getestet, in einer 73x110mm Konservenbüchse im 10 Liter Eimer.  Mein Vorschlag sind nun 250g. Damit schafft man die 1000Bq/m^3 in 1.5 Tagen. Die Exhalationsrate (Steigung der Pile-Up Kurve im Nullpunkt) betrug für die 250g Superphosphat in meinem Eimer 955Bq/m^3 pro Tag. Ich habe auch 100g gleich im Anschluss getestet, da denke ich, das ist ein bisschen zu wenig, damit komme ich nur auf 436Bq/(m^3 * Tag) und die Kurve sättigt unter 500Bq/m^3. Ich denke, bei den 100g geht auch viel durch Plate-Out an der Wand des Plastikeimers verloren. Von daher schlage ich eher die 250g Superphosphat vor. Allerding müsste man, wenn man es genau nimmt, auch noch den Eimer spezifizieren. Mein Eimer (mit Deckel) stammt von einem Streusalz (Quick-Tau Auftausalz, 10kg).

Radioquant98

Sagt mal, ist das Ausströmen von Radon eventuell selbst von der Temperatur abhängig ?

Viele Grüße
Bernd

grovea

Hallo in die Runde,
einige Zeit lese ich schon mit. Das System nachzubauen, habe ich mich bisher noch nicht entschlossen. Somit kann ich dazu keinen direkten Beitrag leisten. Aber basierend auf meine Erfahrungen mit Radon-Impuls-Ionisationskammern hier einige Anmerkungen:
1. Bei einer relativen Luftfeuchte über 80% versagt die Ladungsträgersammlung. Dies trifft mutmaßlich auch für die beschriebenen (integrierenden) Systeme zu. Hier ist eine Vortrocknung notwendig. Im einfachen Fall mittels Silikagel, oder komfortabler mit Peltierelementen.
2. Der Luftdruck ändert natürlich nicht die Geschwindigkeit der Zerfallskette. Oft emaniert das Radon aber aus porösen Materialien. Ein Luftruckabfall kann u.U. dazu führen, daß mehr Radon aus dem festen Material entweicht und natürlich auch in der Umkehr.
3. Gemessen wird nicht nur die Alphastrahlung des Rn222 (Thoron lasse ich jetzt mal außen vor), sondern auch die Folgezerfallsprodukte Po218 und Po214, welche auch Alphastrahler sind. Das Ergebnis ist somit eine Summensignal. Da man die Effizienz der Meßkammer für die einzelnen Alphastrahler nicht kennt, ist ein Rückschluß auf die tatsächliche Radonkonzentration problematisch.
Gruß grovea