Geigerzähler-Erweiterung

[ikarus_177]

Hallo!

Ich möchte mal die Gelegenheit nutzen, ein kleines Zwischenprojekt ("Spielerei") vorzustellen, nämlich eine praktische Erweiterung zu meinem Conrad-Geigerzähler. Ich habe vor, in kommender Zeit einen Ausflug ins tschechische AKW Temelin zu machen - da lag die Idee nahe, einen Logger zu bauen, der die Strahlenwerte während der Autofahrt im Minutenabstand erfasst und für eine spätere Auswertung speichert.

Hier ein Bild des Versuchsaufbaus:


Praktischerweise verfügt der Geigerzähler über einen Ticker (das Gerät wird durch einen PIC gesteuert), sodass dessen Impulse einfach mit einem RN-Control und externem Interrupt abgegriffen werden konnten. Der "Ticker" ist in Wahrheit ein kleiner Summer, sodass die Kontaktierung der nötigen Kontakte sehr einfach mit einer Präzisionsbuchsenleiste geschehen kann - diese wird einfach auf die überstehenden Kontakte des Summers gesteckt.

Die Aufgabe des Controllerboards besteht dann darin, die Impulse (die vom PIC auf den Summer gelegt werden) zu zählen, nach Ablauf einer Minute wird dieser Wert in eine freie EEPROM-Speicherzelle geschrieben (ich verwende das interne EEPROM eines ATMega16); damit können ca. Werte für 8,5h gespeichert werden (mit einem ATMega32 wäre das doppelte möglich).

Um vor dem Ausflug die Zuverlässigkeit sicherzustellen, hab' ich den ganzen Testaufbau einem "Langzeittest" unterzogen - am Balkon plaziert wurden ab 12:00 Mittags für ca. 8 Stunden Werte aufgenommen (lassen sich danach entweder direkt mit dem ISP Dongle auslesen oder über die serielle Schnittstelle ausgeben) und ausgewertet:


Die grüne Kurve beschreibt die originalen Messwerte, blau ist ein gleitender Mittelwert (deswegen den "linearen" Anstieg ganz links ignorieren).
Nun meine Frage: ist es das, was man erwarten kann/darf (keine signifikanten Veränderungen der Strahlung im Laufe des Nachmittags)? Wenn ich den Aufbau im Auto mitnehme, werde ich dann Veränderungen messen können (das is es, auf was ich eigentlich hinauswollte) oder ist der Pollenfilter im Auto (zu) gut?

Schöne Grüße

[robocat]

Schönes Projekt.

In dem Gerät ist, soweit ich weiss, eine J302βγ Zählröhre verbaut, die für beta+gamma empfindlich ist. Ein Teil der Betastrahlung dürfte im Gehäuse hängenbleiben, dafür ist bei GM Zählrohren die Beta-Empfindlichkeit höher als die Gamma-Empfindlichkeit, da vor allem schnelle Photonen die Röhre durchdringen, ohne eine Ionisation des Zählgases auszulösen.

Wie man sieht, ist die countsPerMinute (cpm) Zählrate nicht soo berauschend. Bei durchschnittlich 4cpm sind die Fehler/Ausreisser bei einer Messzeit von 1 Minute sehr groß, so dass kleine Strahlendosen wahrscheinlich in diesem Fehler untergehen werden.

Ich glaube nicht, dass du damit während der Autofahrt oder am AKW sehr viel Unterschied messen wirst, da kann ich mich aber täuschen, ich war mit meinen Geigerzählern noch an keinem AKW. Relevanter dürften Unterschiede im Strassenuntergrund (zB schlackehaltiger Asphalt), und Regen (der Radon aus der Luft auswäscht und in Bodennähe konzentriert) in die Messungen mit einfliessen.

Nur als Anhaltspunkt zum Vergleich der Tagesverlauf mit dem von mir verwendeten Eigenbau-Datenlogger mit SBM-20 Zählrohr:

Messzeit ist hier 10min pro einzelnem Wert, so dass man grob auf 33cpm im Durchschnitt kommt. Ich wohne allerdings in einer leicht belasteten Wohnumgebung (das Baumaterial der Wände ist "schmutzig"). Der Datenlogger ist innen, direkt an der Wand angebracht, so dass die Anzahl der Impulse dort stets höher ist, als wenn ich den Logger mitten im Raum oder draussen verwende.

Wenn ich dir nicht den Spass verdorben habe (Messung ionisierender Strahlung ist leider ein recht komplexes Themengebiet), würde es mich sehr interessieren, was bei deiner Fahrt nach Temelin herauskommt. Vielleicht kannst du ja eine Verlaufsgrafik einstellen, wenn du wieder da bist.

Grüße von der Katze

[ikarus_177]

@robocat: So schnell lasse ich mir den Spaß schon nicht verderben, keine Angst
Eine Graphik der Ergebnisse werde ich nachreichen!

Hast du deinen Logger rund um die Uhr in Betrieb (hat ein GM-Zählrohr eigentlich Verschleißerscheinungen bei langem Betrieb?)? Ist es deiner Meinung nach besser, ein größeres Zeitintervall (z.B. deine 10 Minuten) zu verwenden, um das "Rauschen" in Griff zu bekommen?

Schöne Grüße

[robocat]

Mein Logger ist seit einigen Monaten 24/7 in Betrieb, das Konzept ist deinem sehr ähnlich: In einem Atmega32 läuft eine Uhr und es werden die Impulse am Interrupt-Eingang gezählt. Die Werte bleiben dann im RAM, bis sie alle 1-2 Tage über RS232 an den PC übertragen werden.

Für einen stationären Datenlogger sind größere Zeitintervalle sicher ok, bei einer Autofahrt, wie von dir geplant, würde ich auch eher im Minutentakt Daten sammeln. Später einen Durchschnitt daraus zu errechnen ist ja kein Problem. Allerdings müsste man vielleicht ein GPS die Route mitloggen lassen, um evtl auftretende Erhöhungen der Messwerte später auch zuordnen zu können.

Ein Zählrohr "verbrennt" minimal Zählgas bei jeder Ionisation. Die Zahl der möglichen Impulse ist meist im Datenblatt angegeben und liegt in der Größenordnung von 10^9 bis 10^12, soweit ich weiss. Ein Zählrohr wie das SBM-20 kann man damit bei normalen Strahlungswerten rund 900 Jahre betreiben, bis es langsam unbrauchbar wird. Da braucht man sich also wenig Gedanken zu machen, solange du nicht vor hast, beim Temelin in den PCV zu klettern.

Grüße von der Katze

[ikarus_177]

Hallo allerseits,

nach einem schönen Tag in Temelin hab' ich einige Messwerte gesammelt

Die Messwerte sehen wie folgt aus (blau ist Original, grün der 10-Minuten gleitende Mittelwert) - ich habe einige Orte auch im Diagramm zur passenden Zeit eingetragen:

@robocat: du hattest recht, die Messwerte bzw. die Veränderungen sind nicht sehr signifikant. Was mich aber am meisten wundert, ist, dass sich die Werte auch bei längerem Aufenthalt an derselben Position verändern (siehe "Freistadt" bzw. "Grein"). Verwendest du bei deinem Logger das Zählrohr eigentlich ohne Einhausung? Ich hab bei meinem Gerät mal testweise das Gehäuse entfernt, die Empfindlichkeit erhöht sich dabei natürlich dramatisch (getestet mit radiumhaltigen Uhrenzeigern) - würde das deiner Meinung nach helfen, "bessere" Messwerte zu bekommen (ich glaube mich zu erinnern, dass sich bei abgenommener Abdeckung die Grundzählrate nicht großartig verändert hat - werde ich aber nochmal ausprobieren)?

Ansonsten ging lt. Anzeige des Zählers die Strahlung nie über 300nSv/h (den Wert hats bei uns im Wald auch in etwa) - über die Genauigkeit kann ich natürlich nichts sagen, speziell bei diesen geringen Strahlendosen.

(...) Messung ionisierender Strahlung ist leider ein recht komplexes Themengebiet (...)

Hast du eventuell Informationen bzw. Links zu diesem Themengebiet (wie man "richtig" Strahlendosen misst)? Würde mich sehr interessieren!

Schöne Grüße!

[robocat]

Die Abweichungen in deinem Diagramm dürften normal sein, die Hintergrundstrahlung ist eben Schwankungen unterworfen. Wenn du 2 Messwerte, zB 2 und 5 bei Freistadt hast, kannst du die Differenz bilden (3) und das sigma (Standardabweichung) als sqrt(2+5)=2,6 berechnen. Nach der üblichen Methode gelten Differenzen, die kleiner als 2*sigma sind, als unterhalb der Erkennungsgrenze. Bei deinem Gerät streuen allerdings die 1minütigen Messwerte sehr stark, so dass ohne Mittelung über einige Minuten nicht viel damit anzufangen ist.

Ohne das Gehäuse ist die Beta-Empfindlichkeit deines Zählrohrs besser (mein Datenlogger ist übrigens in einem Kunststoffgehäuse untergebracht). Zum Aufspüren radioaktiver Quellen ist das sicher von Vorteil, zur Messung vielleicht nicht, das hängt davon ab, wie das Gerät kalibriert ist. Meist wird auf Cs137 oder Co60 kalibriert, und eigentlich ist der angezeigte Wert nur für dieses Nuklid korrekt. Die Zerfallsreihe von Radium ist sehr komplex, da kommt ausser Gamma auch Alpha und Betastrahlung raus, wobei du die Alphas mit deinem Zählrohr gar nicht, die Betas ohne Gehäuse besser als mit "messen" kannst.

Als Literatur kannst du dich mal hier http://www.bestellen.bayern.de umtun (links im Menü auf "Strahlenschutz"), dort gibt es auch ein PDF über "Radioaktivität und Strahlungsmessung" (auf Seite 3, oben).
Ansonsten gibt es eine Yahoo Geigerzähler Newsgroup, wo man mitlesen oder Fragen stellen kann.

Grüße von der Katze