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THEMA: Radioaktivität messen

Radioaktivität messen 1 Jahr 2 Wochen her #7310

  • Asterix
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Ich habe vor zwei Jahren einmal angefangen einen Geigerzähler mit einer PIN-Diode als Detektor zu bauen. Das Ding ist dann aber irgendwann in der Schublade verschwunden. Nach der dauerhaft anhaltenden Schwindelei mit der von den üblichen Populisten vorgetäuschten Strahlungsreduzierung von 30% mit dem Blechkasten von Gabriele Schröter, habe ich das Gebastle jetzt wieder aus der Schublade geholt. Ziel ist jetzt u.A. einfach einmal zu schauen, wieviel Geld und Aufwand wirklich notwendig ist um eine Reduzierung der Aktivität eines radioaktiven Präparates um etwa 30% plausibel zu überprüfen.

Interessant ist aber auch, dass es etliche Methoden gib, mit denen man Radioaktivität mit relativ kleinem Aufwand nachweisen kann. Es gibt inzwischen sogar umfangreiche Open Sorce Software für Gammaspektroskopie .Gammaspektroskopie ist allerdings deutlich komplizierter als reine Aktivitätsbestimmung. Bei der Gammaspektroskopie geht es im wesentlichen um "Fingerabdrücke" die einzelne Elemente einer Probe über ein Energiespektrum hinterlassen. Betrachtet werden dabei nur die Unterschiede zwischen den gemessenen Energiespektrallinien. Der Absolutwert der Aktivitäten spielt dabei keine Rolle. Man kann ihn aber über eine Eichkurve ermitteln. Dabei müssen die Messwerte über die jeweilige Messzeit und eine Eichkurve in Absolutwerte umgerechnet werden. Reine Aktivitätsmessung ist deutlich einfacher. Absolut simpel wäre sogar ein Nachweis für die behauptete Reduzierung der Aktivität auf Null:
Auf die Frage eines Investors, ob sich die Strahlung bis auf Null reduzieren lasse, antwortet sie: Ja. Es sei ja auch wirtschaftlich interessant, denn die Installation von Endlagern für den radioaktiven Müll sei sehr kostenaufwändig und unsicher. borderlands.de/net_pdf/NET0115S4-9.pdf
Eine Reduzierung auf Null kann man mit so ziemlich allem was im Handel als Geigerzähler und Prüfstrahlern frei erhältlich ist überzeugend plausibilisieren. Der Blechgötze kann das aber ganz offensichtlich nicht. Man hat in dem Milieu die Berichterstattung inzwischen anscheinend praktisch vollständig durch eine regelmäßige Beihilfe in der Anlagebetrügerei ersetzt.

Vielleicht noch ein Tip für alle die auch so ein heiliges Blechle gebastelt haben wie die Gabriele Schröter und darauf brennen die Kiste auszuprobieren, aber keine Lust haben sich in das Thema einzuarbeiten und auch keine 90.000€ für "eine Messung beim PSI" dafür sammeln wollen. Es gibt auch professionelle Aktivitätsmessgeräte für um die 5000€ zu kaufen. Die Bedienung ist nicht schwieriger, als die einer Küchenmaschine. Man kann solche Messgeräte auch mieten und ab und zu gibt es auch günstige gebrauchte Geräte zu kaufen. Und man kann seine Probe bestimmt auch gegen eine kleine Spende bei einem Jagdverband messen lassen. Die haben seit Tschernobyl meistens entsprechende Gerätschaften ( www.zeit.de/2010/46/U-Strahlende-Wildschweine/seite-2 ). Man muss dafür auch nicht unbedingt ein Bayerisches Wildschwein erlegen. Ein Kg KCl tut es auch. Da ist radioaktives Kalium drin und es ist als Lebensmittelzusatz frei erhältlich. In der Tabelle im NetJournal vom Januar/Februar 2015 wird ja für Kalium bei einem Test ein Abfall von 30% behauptet. Es gibt da eine Unmenge an frei erhältlichen Materialien, mit denen man so ein Wunder testen kann. Auch Dünger enthält radioaktive Stoffe. Ein kg Dünger ist auch leicht beschaffbar und gut geeignet, weil ja auch bei dem angeblich bei einem Test die Radioaktivität zurückgegangen ist:
Im Forschungszentrum Jülich waren sie dann bereit zu gammaspektroskopischen Messungen, setzten damals Dünger ein, der offenbar radioaktiv geladen ist. Nach den Messungen erhielt sie den Bescheid, es gebe keine positiven Messresultate, das Gerät funktioniere nicht. Nach mehrmaligem Bitten erhielt sie jedoch dann die Messkurven, die der Physiker genau analysierte und feststellte, dass bei gewissen radioaktiven Stoffen die Aktivität um 30% zurückgegangen war ( svrswiss.org/pdfs_aso/Prot110714.pdf Juli 2014) .
Und wenn das dann beim Jagdverband auch noch funktioniert, dann wird der bestimmt die ersten 1000 Blechkisten ordern um damit Pilze und vielleicht sogar ganze Wildschweine wieder zu dekontaminieren. Und da wären dann noch etliche andere Anwendungen denkbar. Das wäre doch endlich einmal wirklich etwas zum Wohle aller.

borderlands.de/net_pdf/NET0115S4-9.pdf (Januar/Februar 2015)
... Die Frage, was sie am Unternehmer-Meeting zu erreichen hoffe, könne sie wie folgt beantworten: Sie möchte Messungen mit hoch strahlen dem Material an einem Institut wie dem PSI durchführen können. Die abschätzbaren Kosten bei 4’000 Fr./Tag beim PSI würden bei90’000 Fr liegen.
Ich denke einmal, das ist gelinde ausgedrückt hoffnungslos überzogen.

www.borderlands.de/net_pdf/NET0512S42-43.pdf (Mai/Juni 2012)
Manche Entwicklung zum Wohle des Menschen und des ganzen Planeten Erde gedeiht im Verborgenen. Wir alle wissen das. So gesehen ist es immer wieder spannend, wenn sich eine Forscherin oder ein Forscher „outet“ und die oftmals jahrzehntelange Arbeit nicht mehr mit sich herumtragen, sondern öffentlich mit den Menschen teilen möchte. So ist es auch in diesem Fall.
Tja, und die Pharisäer lassen auch wieder einmal grüßen, die Opfer von Tschernobyl wohl eher nicht. Es sieht auch hier wieder einmal nur noch danach aus, dass die Opfer einer Katastrophe auch noch instrumentalisiert werden und über die Verbreitung von Fake News Gelder eingesammelt werden. Und das Spiel geht auch in diesem Jahr weiter.

Zurück zur Realisierung der Messeinrichtung. Das Ganze soll also möglichst nichts kosten. Die weitere Auswertung soll mit einem PC möglich sein. Über eine Referenzmessung kann man da sicher auch einen Unterschied von 30% in der Aktivität für zwei Proben deutlich sichtbar machen. Das kann man mit leicht beschaffbarem Probematerial ausprobieren. Beim Wundekasten wäre das dann eine dazu analoge Vorher/Nachher Messung. Vielleicht kann man auch noch das ein oder andere Gammaspektrum darstellen. Aber das liegt derzeit noch in ziemlicher Ferne.

Als Strahlungssensor soll eine BPW34 eingesetzt werden. Die Diode macht einige nA in Sperrrichtung, wenn ein Gammaquant in der Halbleiterschicht absorbiert wird. Die Diode reagiert auch auf Betastrahlung. Entscheidend für die Qualität der Messeinrichtung ist die Umsetzung des winzigen Stroms in ein brauchbares Messsignal. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten. Im Netz gibt es eine Menge Informationen dazu. Einige ziemlich geniale Bastler haben gut funktionierende Eigenentwicklungen im Netz Open Source zur Verfügung gestellt. Im Wesentlichen beruhen die Schaltungen für die Eingangsstufe immer auf den beiden Prinzipien die ich als nächstes einmal vorstellen möchte.
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
Letzte Änderung: 1 Jahr 2 Wochen her von Asterix.
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Radioaktivität messen 1 Jahr 1 Woche her #7311

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Die erste Variante besteht aus einer direkten Ladungs/Spannungs Umsetzung . Die Idee besteht darin, über den winzigen Durchbruchstrom eine kleine Kapazität schlagartig zu laden und die Ladung dann über einen sehr großen Widerstand langsam wieder abfließen zu lassen. Die Ladung ist ein Maß für die Energie des Strahlungsquantums. In den meisten Fällen wird für die Eingangsstufe ein JFET benutzt. Der hat den Vorteil, dass er einen extrem hohen Eingangswiderstand und eine sehr kleine Eingangskapazität hat. Für die über die Ladung erzeugte Eingangsspannung gilt hier U=Q/C, wobei zu C natürlich auch noch die parasitären Kapazitäten am Eingang der Schaltung zugerechnet werden müssen. Je kleiner die gesamte Eingangskapazität ist, destso höher ist die über die Ladung erzeugte Spannung an der Kapazität. Eine derartige Methode ist hier beschrieben: www.elektronik-labor.de/Projekte/Gamma2.html . Anstatt des JFET kann man auch direkt den Eingang eines geeigneten Operationsverstärkers benutzen. Mit einer nicht invertierenden Stufe kommt man leicht auf einen genügend hohen Eingangswiderstand. Geeignete OP mit kleinen Eingangskapazitäten und kleinem Leckstrom sind für unter 1€ leicht beschaffbar. Ich habe dazu einen TLC2272CP benutzt.

Ladungsv_direkt.jpg


Wichtig ist, dass die PIN-Diode absolut lichtdicht und gut geschirmt verbaut ist. Am einfachsten geht das mit handelsüblicher Alufolie. Die ist auch sowohl für Betastrahlung wie auch und für Gammastrahlung noch gut durchlässig. Die dickere Variante, wie man sie u.A. bei für Leberkässchalen findet, ist auch gut geeignet. Die Schaltung selbst muss auch noch gut abgeschirmt sein. Bei den ersten Versuchen sollte man eine Batterie oder einen Akku und kein Netzgerät benutzen. 18V-Akkus sind allerdings ungeeignet. Der IC kann mit maximal 18V 16V betrieben werden. Ein voll geladener 18V-Akku bringt etwa 19V. Der IC hält das nicht lange durch. Die Schaltungen sind extrem empfindlich und reagieren ziemlich unwirsch auf nicht ganz saubere Speisespannungen. Man kann die Schaltungen zum Ausprobieren aber problemlos auf einem kleinen Steckboard realisieren. Das Steckboard stellt man am Besten auf eine Stück Alufolie oder eine Metallplatte und stülpt dann noch eine Metalldose drüber. Leere Erdnussdosen sind gut geeignet. Die fallen eh regelmäßig an, wenn das Popkorn mal wieder alle ist :lol: . Und nicht vergessen, die Schirmung mit der Masse zu verbinden. C4 sollte möglichst nahe an den Beinchen des IC verschaltet werden.

Zum Testen habe ich ein kleines Stück grünes Uranglas direkt auf die Diode gelegt. Man kommt damit auf etwa 14 Impulse/Minute. Das Ergebnis sieht dann so aus:

GG_LV_1PIN.jpg


An den Ausgangssignalen sieht man deutlich wie die Eingangskapazität der Schaltung schlagartig gefüllt wird um dann wieder langsam über R6 entladen zu werden. Die Entladezeit lässt sich über R6 auch noch problemlos vergrößern.

Für Materialien mit kleinerer Aktivität ist es sinnvoll mehrere PIN-Dioden einzusetzen um die Sensorfläche zu vergrößern.
Das Ergebnis von 3 parallelen PIN-Dioden an der Schaltung sieht wie folgt aus:

GG_LV_3PIN.jpg


Bei einer Sensorflächenvergrößerung durch Parallelschaltung hat man in dem Fall allerdings den Nachteil, dass sich damit die Einganskapazität der Schaltung vergrößert was einen Rückgang der Signalspannung zur Folge hat. Gleichzeitig erhöht jede Diode den Rauschanteil im Signal.
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
Letzte Änderung: 9 Monate 1 Woche her von Asterix. Begründung: 18V -> 16V
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Radioaktivität messen 1 Jahr 1 Woche her #7312

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Am verbreitesten ist die Strom/Spannungs Umsetzung. Eine umfangreiche Ausarbeitung zu dem Thema findet man bei www.opengeiger.de/StuttgarterGeigerleV1.pdf . Die zweite Möglichkeit die ich getestet habe, lehnt sich an den dort beschriebenen Transimpedanz Verstärker an . Die Schaltung setzt einfach den von der Diode erzeugten Stromimpuls in einen Spannungsimpuls um, der dann noch einmal etwa um den Faktor 100 20 verstärkt wird. Genau genommen wird hier im Wesentlichen der Ladestrom von Variante 1 verstärkt. Bei der Variante ist die Fläche unter dem Peak ein Maß für die Energie des Quantums.

Transimpedanz.jpg


Auf C5 kann man auf dem Steckboard verzichten. Da genügt die Kapazität der benachbarten Leisten am IC. Das Stück grünes Uranglas direkt auf der Diode bringt hier folgendes Ergebnis:

GG_TMV_1PIN.jpg


Auch bei der Methode kann man mehrere PIN-Dioden parallel schalten um die Detektorfläche zu erhöhen. Die Amplitude der einzelnen Pulse ändert sich dabei kaum, weil die Dioden an einem sehr niederohmigen Eingang liegen und es damit kaum Rückwirkung auf die anderen Dioden gibt. Das Problem mit den zusätzlichen Rauschanteilen durch die anderen Dioden bleibt allerdings bestehen, weil die Rauschanteile ja immer da sind und die Eingangsstufe alle Eingangsanteile addiert.

Zum Vergleich, habe ich dazu die Schaltung einmal mit 19 parallelen PIN-Dioden betrieben:

GG_TMV_19PIN.jpg


Die Idee war dann eigentlich die Auswertung zunächst einmal mit einem der Soundscope zu machen, weil die Netz teilweise ja auch frei erhältlich sind. Die sind aber leider nur sehr bedingt tauglich. Das größte Problem dabei ist, dass man alle einlaufenden Daten in jeder Einstellung vollständig auswerten und ggf. darstellen muss. Auch teure Oszilloskope machen das meist nicht. Zum Glück gibt es aber eine Menge freier und gut funktionierender Softwaremodule, mit denen man mit erträglichem Aufwand ein auf das Problem zugeschnittenes Oszilloskop programmieren kann. Das war auch der nächste Schritt.
Anhang:
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
Letzte Änderung: 1 Jahr 2 Tage her von Asterix.
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Radioaktivität messen 1 Jahr 1 Woche her #7314

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Die über die Schaltungen generierte Daten sollen über einen PC ausgewertet werden. Die Daten werden dazu in einer Liste gesammelt. Damit man auch noch nachvollziehen kann was man da so einsammelt, lassen sich die Amplitudenverläufe zu den einzelnen Counts mit der Software auch noch grafisch darstellen.

Die alten Soundkarten machen mindestens 44100 Samples (Abtastungen) pro Sekunde. Es wird also etwa alle 23µs ein Wert geliefert. Neuere Soundkarten bieten in der Regel Studioqualität. Das sind 192000 Samples pro Sekunde bzw. alle 5 µs ein Wert. Versuchsweise habe ich einmal 384000 Samples pro Sekunde im Programm eingestellt. Ich konnte es kaum glauben, aber das hat auch problemlos funktioniert. Höhere Werte haben nicht mehr funktioniert. Vor Programmstart sollte ein Stecker in einer entspechenden Eingangsbuchse zur Soundkarte eingesteckt sein.

Für die weitere Auswertung habe ich die zweite Schaltung mit 19 parallel geschalteten PIN-Dioden benutzt. Wer nur eine alte Soundkarte mit 44100 Samples pro Sekunde zur Verfügung hat, kann den Impuls durch Vergrößerung von C5 (auf ~ 6pF-22pF ) verlängern. Dann geht zwar auch die Amplitude zurück, das sollte aber kein Problem sein. Man erkennt die einzelnen Counts aber auch ohne die Zusatzmaßnahme.

Zum Erzeugen einer Liste wird die Log-Funktion für die Triggerung eingeschaltet. Mit jedem Triggerereignis wird dann auch eine Zeile in der Datenliste erzeugt. Beim Triggermode "+Scheitel" wird für die Darstellung auch der Spitzenwert des Pulse ermittelt und in der Liste dokumentiert .

GScope_b1.jpg


Beim Abspeichern der Liste werden die einzelnen Werte durch Tabs getrennt abgelegt. Das Ganze lässt sich dann relativ einfach in EXCEL weiterverarbeiten. Die Warnungen sollten bei der Erzeugung einer Liste auch eingeschaltet sein. Wenn der Rechner noch anderweitig beschäftigt ist, kann es passieren, dass er mit dem Abarbeiten der einlaufende Daten nicht mehr nachkommt. Er muss dann Daten überspringen, was in der oberen Liste dokumentiert wird. Wenn bei einer Stunde Auswertung ein paar Sekunden fehlen, dann kann man das aber leicht vernachlässigen.

GlScope_L_M.jpg


Einen brauchbaren Triggerpegel ermittelt man am einfachsten über ein entsprechendes Timing:

Triggerpegel_ermitteln3.jpg


Man sollte da deutlich über den Rauschpegel gehen, damit sichergestellt ist, dass die Counts nur noch von der Probe auf dem Sensor stammen können. Die Empfindlichkeit reicht ohnehin für alle gängigen Materialien leicht aus.


In den Ordnern mit den Quellen sind zwei Projektdateien enthalten. Eine fur DEV C++ und eine für CodeBlocks. Zum kompilieren sind GLUT und GLUI erforderlich. Alles im Netz frei erhältlich.
Anhang:
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
Letzte Änderung: 1 Jahr 4 Tage her von Asterix.
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Folgende Benutzer bedankten sich: wanninger

Radioaktivität messen 1 Jahr 1 Woche her #7315

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Vielen Dank für das teilen!
Ich werds zwar (erstmal) nicht nachbauen, dazu liegt bei mir im Keller noch zuviel rum, was zuerst fertig gemacht werden muss, aber gut zu wissen, dass jemand so etwas messen kann. :)

Gruß Rudi
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Radioaktivität messen 1 Jahr 1 Woche her #7316

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Die eigentliche Messanordnung mit Kalibrierung und Messung einer Probe kommt noch. Das wird noch etwas dauern, weil ich das mit einem möglichst unkomplizierten Szenario machen will und auch mit einem radioaktiven Element von dem die Schwindler/Schwindlerinen mit dem heiligen Blechle von Gabriele Schröter einen Aktivitätsrückgang vorgetäuscht haben.

Tabellen mit frei erfundenen Ergebnissen zu verfälschen und den Leuten damit auf irgendwelchen sogenannten Kongressen die Säcke voll machen ist da deutlich weniger zeitaufwendig, aber halt nicht so mein Fall :( .
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
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