Strahlungsmessung mit Ionisationskammer
Radioaktivität kann man mit einem Geigerzähler
messen. Noch einfacher ist aber der Bau einer Ionisationskammer. Sie
besteht aus einer Metalldose mit einem isolierten Draht in der Mitte.
Hier wurde der Sockel einer alten Energiesparlampe verwendet. Der
notwenige Mitteldraht ist freundlicherweise schon vorhanden. Zwischen
beide Elektroden legt man eine Spannung. Eintreffende Alpha, Beta- oder
Gammastrahlen ionisieren dann die Luft in der Kammer. Die Ionen werden
von den geladenen Elektroden abgesaugt. Dabei fließt ein sehr
kleiner Strom, den man messen kann.
Das Messverfahren mit einem ATtiny13 wurde auch schon für empfindliche Lichtmessungen
verwendet. Der Unterschied ist nur, dass diesmal die Messkammer selbst
der Messkondensator ist. Das Programm Lichtsensor1.bas entlädt den
Port B3 zunächst
und schaltet ihn dann hochohmig. In einer Schleife wird dann gemessen,
wie lange es dauert, bis der Portzustand high wird. Die Spannung
der Messkammer hat sich dann um etwa 2,5 V geändert.
$regfile = "attiny13.dat"
$crystal = 1200000
http://www.b-kainka.de/bastel76.htm
Dim D As Long
Config Adc = Single , Prescaler = Auto
Start Adc
Open "comb.1:9600,8,n,1,INVERTED" For Output As #1
Do
D = 0
Ddrb.3 = 1
Portb.3 = 0
Waitms 10
Ddrb.3 = 0
Do
D = D + 1
Waitms 1
Loop Until Pinb.3 = 1
Print #1 , D
Waitms 500
Loop
End
Download: Lichtsensor1.zip
Das
Programm meldet die Ladezeit der Ionisationskammer, die mit der
Strahlung geringer wird. Ohne Strahlenquelle wurden Messwerte um 5600
ms gemessen. Der Messkondensator wird vermutlich hauptsächlich
durch endliche Isolationswiderstände geladen.
5693
5631
5579
5503
Zum
Vergleich wurde der Minutenzeiger einer alten Taschenuhr mit
Radium-Leuchtfarbe in die Zelle gelegt. Die mittlere Messzeit lag nun
nur noch bei ca.3700 ms. Das radioaktive Material der
Leuchtfarbe hat also in messbarem Umfang die Luft ionisiert.
3822
3859
3765
3668
3591
Versuch
einer Abschätzung der Ionen-Ladung: Die Kapazität der
Messkammer plus Platine plus Eingangsport schätze ich auf 10 pf.
Eine Spannungsänderung von 2,5 V erfordert eine Ladung von
25*10^-12 C bzw. 25 pA in einer Sekunde, oder 4,5 pA in 5,6 s, oder 6,8
pA in 3,7 s. Daraus folgt, dass die Strahlung einen Ionisationsstrom
von ca. 2,3 pA verursacht hat. Der Vergleich mit der Elektronenladung
1,6* 10^-19 C zeigt, dass ca. 14 Millionen Ionen pro Sekunde gemessen
werden, wenn man davon ausgeht, dass jedes Ion eine Elektronenladung
trägt (Es können auch mal zwei sein). Das hört sich viel
an, aber die verwendete Strahlenquelle sendet Alpha-Strahlen aus. Diese
haben eine große Wechselwirkung und verlieren ihre ganze Energie
innerhalb der Ionisationskammer. Daher werden pro Alpha-Teilchen sehr
viele Ionenpaare gebildet.
Übrigens,
zum Test der Messkammer eignet sich eine offene Flamme in der
Nähe. Dabei werden sehr viel mehr Ionen gebildet, und die
Messzeit sinkt bis auf wenige Millisekunden.
Siehe auch: Ionisationskammer von Rapp Instruments
Elektronik-Labor Projekte AVR Strahlungsmessung