RikamIno - Radon-Ionisationskammer Break-Out für den Arduino

[opengeiger.de]

Da wir es ja im Radon Thread öfters vom Granit haben, hab ich gestern abend mal eine Ladung vom berühmten Flossenbürger Granit, gelb (ca. 1.9kg) in den 10 Liter Eimer gepackt und die Ionisationskammer dazugestellt. Aber das war wohl etwas zuviel. Heute früh nach etwa 11h stieg bereits die Zykluszahl auf fast 10 pro Stunde. Jetzt habe ich von den ursprünglich 14 Gesteinsstücken 9 wieder raus und mache nochmal einen Versuch. Ist schon krass wie empfindlich das Rikamino-Breakout reagiert. 

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

[DL8BCN]

Hallo, handelsübliche Konservendosen haben ja innen eine Kunstoffbeschichtung bzw. Lackierung.
Das ist ja aus hygienischen Gründen.
Diese Isolierschicht muss dann doch sicher entfernt werden, wenn man so eine Dose als Ionisationskammer verwenden möchte?
Das geht sicherlich nicht gut ab...

PS: Ich hätte auch noch eine zweite Frage: Warum nimmt man als Mittelelektrode keine Drahtwendel, oder sogar einen Blechstreifen. Dann hätte man doch eine größere Fläche zum Elektronenfangen.
Oder stört dann die größere Kapazität?

[opengeiger.de]

Ich hatte zwar auch etwas Bedenken wegen der Kunststoffbeschichtung innen, aber ich habe meinen Prototypen dennoch mit einer Konservendose mit Kunststoffbeschichtung hergestellt. Dabei habe ich mir folgende Gedanken gemacht: Wenn Luft ionisiert wird, bilden sich positive und negative Ionen die im elektrischen Feld getrennt werden. Dabei wird ein positives Ion (Kation) durch die elektrische Feldstärke in Richtung Draht beschleunigt und gibt die Ladung an den Draht ab, das ist das wichtige Ion für die Messung, wenn die Dosenwand auf positivem Potential liegt. Bei der Schichtdicke der Kunststoffbeschichtung und dem Verhältnis Dosendurchmesser zu Drahtdurchmesser (73mm/0.25mm) merkt man schnell, dass die Schichtdicke auf die Feldstärke keinen nennenswerten Einfluss haben kann, das ist wie ein dünnes zusätzliche Dielektrikum im geschichteten Kondensator. Das heißt, bei der Beschleunigung der Kationen zum Kammerdraht hin und der Abgabe der Ladung dort spielt die Kunststoffbeschichtung der Dose keine Rolle. Was aber passiert nun mit Anionen? Die Feldstärke zu Dosenwand hin nimmt mit dem Radius ab. Dennoch haben wir da immer noch ein Feld, das die Kunststoffschicht durchsetzt. Die Kunststoffschicht wirkt dabei als Dielektrikum an dessen Oberfläche durch Polarisation Polarisationsladungen entstehen. Das heißt wenn die Dose auf positivem Potential liegt, dann haben wir auf der nach innen weisenden Oberfläche der Kunststoffschicht positive Ladungen, die nun diejenigen negativ geladenen Anionen neutralisieren, die unterwegs nicht mit Kationen wieder zu Molekülen (oder Atomen) rekombiniert sind. Dabei werden diese Ionenrümpfe auf der Kunststoffschicht deponiert und laden diese ggf. auch auf. Das aber stört niemanden, da diese Ladungen sehr klein sind im Vergleich zur Polarisationsladung in der Kunststoffschicht bedingt durch die 20V Quelle. Soweit meine Theorie. Ich konnte bei den Messungen bisher aber auch keinen bösen Einfluss der Kunststoffschicht in der Praxis erkennen.

Zur zweiten Frage: Wie oben erklärt, spielt die Feldstärke eine entscheidende Rolle, dass ein Kation kräftig zum Draht hin beschleunigt wird und dort seine Ladung abgibt und nicht vorher mit einem negativ geladenen Teilchen rekombiniert. Dabei nützt man wie beim Geiger-Müller-Zählrohr den Effekt eines dünnen Drahts aus, dass nämlich in der Umgebung eines dünnen Drahts die Feldstärke sehr hoch wird und so die Ionen stärker beschleunigt werden. Dabei gilt wie im Koaxialkabel :

E(r) = U0/(r*ln(Ra/Ri))

Dabei ist r der Abstand von der Mittelachse, Ri Radius des Kammerdrahts, Ra Radius Aussenelektrode, U0 Kammerspannung. Direkt an der Drahtoberfläche ist die Feldstärke am höchsten, da kommt dann raus:

E(Ri) = U0/(Ri*ln(Ra/Ri))

Setzen wir dann meine Zahlen ein, dann kommt für 1/Ri*ln(Ra/Ri) ein Faktor von 0.7 raus und man bekommt E(Ri) = 14V/mm. Bei einem Plattenkondensator und einem Plattenabstand von Ra hätte man dagegen nur E = U0/d, d.h. wenn man mal Ra/2 als d nimmt kommt auf nur 0.5V/mm. Das aber bedeutet, es hilft schon ungemein, eine Innenelektrode mit möglichst kleinem Umfang zu nutzen und das ist ein dünner Draht. Das reduziert dann auch die Kapazität, denn die wird auch kleiner bei kleinerem Umfang und dann steigt die Spannung schneller, wenn sich der Draht lädt. 

Was man aber noch machen kann, ist, mehrere oder gar viele dünne Drähte in der Kammer zu spannen und diese an einer archimedischen Spirale als Leiterbahn für die Verteilung der Kammerspannung anzuschließen, das gibt dann eine ,,Vieldraht-Ionisationskammer", die im Impulsbetrieb für hochempfindliche Radonmessungen (z.B. als Sekundärnormal) genutzt wird. Aber so weit wollen wir es hier nicht treiben  .

[DL8BCN]

Ok, danke für die ausführliche Antwort.
Ich werde auf jeden Fall auch so ein Teil nachbauen.
In meinen Flächenzählrohren der Kontaminationsmonitore sind in den Messkammern ja auch extrem dünne Drähte gespannt.
Die sind so dünn, das man sie kaum sehen kann!
Das hat dann wohl denselben Hintergrund.
Stichwort Feldstärke.
Ich werde dann einen dünnen aber ausreichend stabilen Draht nehmen, da er ja nur an einer Seite gehalten wird.
Es wird ja AWG24 bis AWG22 empfohlen.
Das müssten rund 0,5mm Durchmesser sein.
Was mich wundert ist, das so eine Ionisationskammer mit solch geringer Spannung funktioniert!
Das sollte doch um so besser gehen, je höher die Betriebsspannung ist.

[opengeiger.de]

Was mich wundert ist, das so eine Ionisationskammer mit solch geringer Spannung funktioniert!
Das sollte doch um so besser gehen, je höher die Betriebsspannung ist.

Das hab ich versucht hier zu erklären:
https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php?msg=30114

[DL8BCN]

Es wird ja der SMP4117A empfohlen.
Offensichtlich ist das ein ganz normaler J-FET Transistor.
Was spricht dann gegen die Verwendung eines BF245A, den viele in der Bastelkiste haben?
Ok, der Exot hat 40V und der BF245 hat nur 30V.
Muss aber nicht unbedingt ein Problem sein.
Vielleicht teste ich Morgen mal mit dem BF245A.
Die Messkammer ist schon fertig.