Radioaktivität / Strahlungsmessung

RadiationD V1.1

RadiationD ist ein "DIY" Arduino-kompatibles Kit für nukleare Strahlungsdetektoren (Dosiometer). Das Kit ist mit allen GM-Röhren kompatibel, die eine Anodenspannung von 350 bis 500 V benötigen, wie z. B. der Geiger-Röhre M4011, STS-5, SBM20 oder J305 (das Kit wird mit der M4011 oder J305 geliefert). Das Set zeigt auch Erkennungen mit einer LED und einem Beeper an und kann über die Kommunikation SPI an das Arduino angeschlossen werden.

Technische Spezifikation

  • Geigerrohrkompatibilität: M4011, STS-5, SBM-20, J305
  • Geiger Röhrenspannungskompatibilität: Alle gängigen GM-Röhren mit 350..480 V Anodenspannung
  • Stromversorgung: 5 V; 3x 1,5 V Batterie; 4x 1,2 V Batterie
  • Stromaufnahme: 12mA .. 30mA
  • Merkmale der Geigerröhre: Zinnoxidkathode, koaxiale zylindrische Dünnschalenstruktur (Wanddichte 50 ± 10 cg / cm²), Halogenröhre vom Impulstyp
  • Betriebstemperatur: -40 °C .. 55 °C
  • Messbereich: γRay: 20mR/h .. 120mR/h; für β-Strahlen: 100 .. 1800 (geeignet zum Nachweis von Beta- und Gammastrahlung)
  • Betriebsspannung der Geigerröhre: 380V .. 450V
  • Stromaufnahme der Geigerröhre: 0,015mA .. 0,02 mA
  • Empfindlichkeit gegen Gammastrahlung: 0,1 MeV

Operation

Das Gerät ist praktisch um das Strahlungsmessrohr herumgebaut, das das wichtigste Element der Schaltung ist. Eine Geiger-Müller-Röhre (oder einfach Geiger-Röhre) ist ein gasgefüllter Detektor, der ionisierende Strahlung erfassen kann. Zylindrisch mit einem dünnen Draht in der Mitte. Eine Gleichspannung wird zwischen der Wand der Röhre und dem Draht angelegt, so dass der Draht der positive Pol ist. Der Draht spielt die Rolle der Anode und die Wand der Röhre wirkt als Kathode. Das Rohr ist mit Niederdruckedelgas (z. B. Argon) gefüllt.

Edelgase sind sehr gute Isolatoren, daher fließt kein Strom im Stromkreis. Hochenergetische Partikel können durch die Zylinderwand eindringen. Wenn ein solches Teilchen in das Rohr eintritt, ionisiert es das Edelgas - es entstehen positive Ionen. Die von der Strahlung erzeugten Elektronen und Ionen beginnen zu den Elektroden zu fließen und erzeugen einen elektrischen Strom. Die Schaltung erfasst diese Impulse. Diese werden als Anzahl der Schläge, ihre Anzahl der Schläge pro Minute bezeichnet und in CPM (counts per minute) gemessen.

Solange die Entladung anhält, erkennt der Detektor keine ionisierende Strahlung. Diese Zeit wird als Totzeit bezeichnet, bei der Geiger-Müller-Röhre sind es 10–5 Sekunden. Die Detektortotzeit bestimmt die maximale Zählgeschwindigkeit; Eine solche Röhre kann bis zu 100.000 Partikel pro Sekunde erfassen.

J305ß Geiger-cső

rem / BRE

Menschliches Röntgenäquivalent, rem (roentgen equivalent man): eine Einheit der biologischen Strahlungsdosis, die durch korpuskuläre Strahlung verursacht wird. Es wird auch als biologisches Röntgenäquivalent (BRE) bezeichnet, eine Einheit zur Messung der biologischen Auswirkungen von Strahlung.

Dies bedeutet, dass die Menge an Strahlung jeglicher Art die gleiche biologische (medizinische) Wirkung hat wie 1 Röntgen beim Menschen. Es gibt keine universell anwendbare Umrechnungskonstante vom Strahlungswert rad nach rem; Die Umwandlung hängt von der relativen biologischen Effizienz (RBE) ab.

Ab 1976 wurde rem in den Ländern, in denen die SI angewendet wurde, durch Siever ersetzt.

1 rem = 0,01 sievert

Die häufig verwendeten SI-Präfixe von Sievert sind Millisieverts (1 mSv = 10–3 Sv = 0,001 Sv) und Mikrosiever (1 μSv = 10 –6 Sv = 0,000001 Sv). Sievert ist eine umfangreiche Menge, seine zeitliche Ableitung ist Sv/s und Sv/h bzw. μSv/h.

Stündliche Strahlungswerte

  • Hamburg (0 m): 0,04 µSv/h
  • Oberwiesenthal (900 m): 0,05 µSv/h
  • Zugspitze (2962 m): 0,1 µSv/h
  • Mont Blanc (4810 m): 0,2 µSv/h
  • Mount Everest (8848 m): 1 µSv/h
  • Flugzeug (10 km, mittl. Breiten): 4 µSv/h*
  • Raumstation 20 µSv/h*

*: Werte können in Abhängigkeit vom Auftreten von Sonneneruptionen auch deutlich höher sein

CPM - Sievert Conversion

Die Anzahl der Schläge (CPM) sind die Basiseinheit für Geigerröhren, aber kein Energiewert, sondern nur die Anzahl der Impulse. Um die wahre Energieabsorption, d. H. Sievert, zu bestimmen, muss ein geigerrohrspezifischer Umrechnungsfaktor berechnet werden, dessen Wert vom Rohr abhängt: Größe, Form, Material, Empfindlichkeit, Totzeit, Art des gemessenen Partikels usw.

cpm * Umrechnungsfaktor = μSv / h

Beispielsweise beträgt der Umrechnungsfaktor für die Röhre J305ß 0,00812037. Dies bedeutet, dass für 120 Schläge pro Minute der Sievert-Wert lautet:

J305ß: 120 * 0,008120370 = 0,9744μSv / h

Details einiger Geigerrohre

Typcpm/µSv/h
Umrechnungsfaktor
DatenBeschreibung
J305ß123,14709
F: 0.00812037
Hersteller: North Optic
Detekt: Beta, Gamma [β, γ]
Gamma Empfindlichkeit Co60 (cps/mR/hr): 65
Max cpm: 30000
cps/mR/h: 18
Spannung: 350V
-
SBM-20175,43
F: 0.00570027
Detekt: Beta, Gamma [β, γ]
Stromversorgung: 350 .. 475V
Totzeit: 190 us,
Messbereich: 0.014 - 144 mR/h
Gamma Empfindlichkeit Ra226 (cps/mR/hr): 29
Gamma Empfindlichkeit Co60 (cps/mR/hr): 22
Die bekannteste Rohr aus russischer Produktion.
M4011153,8
F: 0.00650195
Detekt: Beta, Gamma [β, γ]
Spannung: 350V
Chinesische Röhre, extrem lichtempfindlich.
SI-180G84
F: 0.01190476
-Eine Röhre, die sehr empfindlich gegen Hintergrundstrahlung ist.

Arduino-Code

Der GND-5V-Vin-Anschluss am Modul muss für das Arduino verwendet werden. GND und 5V müssen entsprechend angeschlossen werden. Vin müssen bei UNO an Pin 2 angeschlossen werden.

#include <SPI.h>
#define LOG_PERIOD 15000  //Logging period in milliseconds, recommended value 15000-60000.
#define MAX_PERIOD 60000  //Maximum logging period without modifying this sketch
 
unsigned long counts;     //variable for GM Tube events
unsigned long cpm;        //variable for CPM
unsigned int multiplier;  //variable for calculation CPM in this sketch
unsigned long previousMillis;  //variable for time measurement
float factor = 0.00812037;  // J305ß Geiger
float msievert;             // Analog meas value
int value[] = {10,10,10,10,10,10,10,10};   // array for averaging (last 8 measurements)
int index = 0;                             // index for array
int cpmsum;                                // cpm calc.
 
void tube_impulse(){                       // subprocedure for capturing events from Geiger
  counts++;
}
 
void setup(){                               // setup subprocedure
  counts = 0;
  cpm = 0;
  multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD;      // calculating multiplier, depend on your log period
  Serial.begin(9600);
  attachInterrupt(0, tube_impulse, FALLING); // define external interrupts 
 
}
 
void loop(){                                 // main cycle
  unsigned long currentMillis = millis();
  if(currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD){
    previousMillis = currentMillis;
    cpm = counts * multiplier;               // multiplier correction
    cpmsum = 0;                              // summary value reset
    value[index] = cpm;                      // ring array load value
    index++;                                 // pointer to the next pos.
    if (index > 8) {
      index = 0;
    }
    for (int j=0; j<8; j++) {                // averaging from last 8 meas. 
      cpmsum = cpmsum + value[j];
    }
    cpmsum = cpmsum / 8;
 
    msievert = cpmsum * factor;              // correction with pipe spectific factor, see:
                                             // https://www.ob121.com/doku.php?id=hu:arduino:radioactivity#orankenti_sugarzasi_ertekek
    Serial.print("CPM: ");
    Serial.print(cpm);
    Serial.print(", CPM long: ");
    Serial.print(cpmsum);    
    Serial.print(", dosis: ");
    Serial.print( msievert);
    Serial.println(" μSv / h");
    counts = 0;
  }
 
}