Kernstrahlungs-Spektrometer
Die PIN-Fotodiode BPX61
eignet sich nicht nur
für Kernstrahlungszähler sondern auch für
ein Strahlungs-Spektrometer
zur Anzeige von Alpha-, Gamma- und Betastrahlung. Die Energie
jedes
einzelnen Teilchens wird dabei gemessen und in ein Diagramm geplottet.
Das Pingpong-Spiel mit seinem ATmega8-Controller und insgesamt 120
LEDs eignet sich zur Auswertung und Anzeige der Sensorsignale.
Das
Bild oben zeigt das Spektrometer in Aktion. Auf dem Bildschirm sieht
man Gamma- und Beta-Signale einer Armbanduhr. Alpha-Signale erzeugen
größere Signale weiter rechts auf dem Schirm. Sie
wurden
aber in diesem Fall durch das Uhrenglas abgeschirmt.
Der
Sensorverstärker verwendet einen CMOS-OPV TLC272. Die
Verstärkung ist so groß eingestellt, dass
Alpha-Signale bis
zu 2 V am Ausgang erreichen und Gamma-Signale bis über 0,2 V.
Der
Verstärker wurde in eine kleine Blechdose
(Fischerman´s
Friend) eingebaut. Die radioaktive Probe kommt mit in die Dose im
Inneren des Pingpong-Gehäuses. Damit hat man eine doppelte
Abschirmung gegen Licht und zugleich eine elektrische Abschirmung des
empfindlichen Eingangs. Das Gehäuse enthält
außerdem
einen Akku und einen 5-V-Regler für den Controller sowie das Programmierinterface
für die Pingpong-Platine.
Das
folgende Bild zeigt eine Messung an Uran-Pechblende. Wegen der
großen Aktivität liegt das Ergebnis schon nach
wenigen
Sekunden vor. Man sieht Signale höherer Energie. Alle Signale
rechts der Mitte zeigen Alpha-Teilchen, was sich durch
Abschirmungsversuche mit einem Stückchen Alufolie zeigen
lässt. Alle Signale, die eigentlich rechts außerhalb
des
Schirms liegen, werden von der Software im rechten Kanal aufsummiert.
Die Linie ganz rechts zeigt also alle Signale hoher Energie mit
Impulsen über 600 mV
Mit
diesem Aufbau kann man auch Messungen an Proben mit sehr geringer
Aktivität durchführen. Sie dauern dann einfach nur
wesentlich
länger. Das folgende Bild zeigt die Aktivität eines
kleinen
Stückchens einer alten Gipskarton-Platte. Das
Ergebnis lag nach ca. einer Stunde vor. Es gab nur 18 Impulse in einer
Stunde, davon einen eindeutigen Alpha-Impuls und vier Impulse
mittlerer Energie, die in der Hintergrundstrahlung kaum gefunden
werden. Die Strahlung stammt übrigens tief aus der Erde und
wurde
mit dem Kohlebergbau an die Oberfläche geholt. Bei der
Rauchgas-Entschwefelung in Kraftwerken entsteht Gips, der für
die
Platten verwendet wird. Da Kohle immer etwas Uran und Thorium
enthält, gelangt auch etwas davon die Platten. Die Strahlung
ist
so gering, dass man sie mit einem Geigerzähler kaum finden
könnte. Aber die Energie-selektive Messung zeigt sie.
Zum Vergleich hier eine
Leerlauf-Messung der Hintergrundstrahlung.
Man muss übrigens bei der
Messung schwacher
Aktivitäten gut aufpassen, dass man die Messeinrichtung nicht
mit
stärkeren Proben kontaminiert. Ein Stückchen
Pechblende kann
z.B. Isotope mit geringer Halbwertszeit in der Messkammer hinterlassen,
die erst mal eine folgende Messung verfälschen
können.
Zwischendurch solte man daher zur Sicherheit ab und zu eine
Leerlaufmesung durchführen.
Das
Bascom-Messprogramm
Das
Programm wertet Impulse aus, die über 10 AD-Stufen, also
über
50 mV liegen. Nach dem Erfassen der Maximalspannung M des Impulses wird
der zugehörige Energiespeicher E(M) um Eins erhöht
und die
entsprechende LED eingeschaltet. Jeder Speicherplatz erfasst einen
Bereich von 50 mV. Die gesamte X-Achse reicht also bis 600 mV.
Größere Impulse werden dem letzten Speicher
zugeschlagen.
Download: Alphaping1.zip
'Pingpong-Platine
'Kernstrahlungs-Spektrometer
'V0.2: AD-Prescaler = 16, besserre Auflösung
$crystal = 8000000
$regfile = "m8def.dat"
$hwstack = 64
$swstack = 64
$framesize = 64
Dim Leds(12) As Word
Dim X As Byte
Dim Y As Byte
Dim N As Word
Dim D As Word
Dim M As Word
Dim E(12) As Byte
Declare Sub Standby
Declare Sub Test
Declare Sub Initialisierung
Declare Sub Led1(byval X As Byte , Byval Y As Byte)
Declare Sub Led0(byval X As Byte , Byval Y As Byte)
Initialisierung
Config Adc = Single , Prescaler = 16 , Reference = Off
Start Adc
For X = 1 To 12
Y = 1
Led1 X , Y
E(x) = 1
Next X
Waitms 500
Do
Do
D = Getadc(7)
Loop Until D > 10
M = D
Do
D = Getadc(7)
If D > M Then M = D
Loop Until D < 10
M = M / 10
If M > 12 Then M = 12
E(m) = E(m) + 1
If E(m) > 10 Then E(m) = 10
X = M
Y = E(m)
Led1 X , Y
Loop
...
Beta- und Gamma-Messung mit der BPW34
Gleicher
Verstärker und gleiche Software, aber die Diode ist jetzt eine
BPW34. Man findet nur noch Signale in der unteren Hälfte des
Energiespektrums, weil Alpha-Teilchen in der Plastikumhüllung
der
BPW34 abgefangen werden. Die Leerlaufrate wurde dreimal bestimmt und
beträgt zuverlässig 0,2 Impulse pro Minute. Die
Messungen an
Kaliumchlorid zeigen eindeutig, dass die Diode Beta-Strahlen messen
kann. Dagegen haben die Messungen an der Holzkohlenasche und an einem
Stückchen Gipskarton kein klares Ergebnis, während
die offene
BPX61 in diesen beiden Fällen eine Strahlung nachweisen
konnte.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kanal
1 0 1 0 0 0 Leerlaufmessung 10 min, 0,2 /min
4 2 3 0 1 1 Kaliumchlorid 10 min 1,1 /min
2 4 0 1 0 0 Kaliumchlorid, dickes Papier 10min 0,7 /min
4 3 2 1 0 2 Kaliumchlorid 10 min 1,2 /min
