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Geiger-Müller-Zählrohr Bauanleitung
 
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Alei



Anmeldungsdatum: 21.08.2007
Beiträge: 2

Beitrag Alei Verfasst am: 21. Aug 2007 23:13    Titel: Geiger-Müller-Zählrohr Bauanleitung Antworten mit Zitat

Guten Tag zusammen

Wie ihr sicher merkt bin ich neu hier und ich habe erstmal eine Frage:

Ich bin im Leistungskurs Physik und mache nächstes Jahr mein Abi... mein Problem ist meine Facharbeit! Ich hab mich aus Interesse zum Bau eines Geiger-Müller-Zählrohrs entschieden, hab aber jetzt keine Idee wie ich das anstellen soll! Google spuckt nichts aus und auch in der Buchhandlung wurde mir gesagt, da müsste ich schon den Titel des Buches kennen...

Habt ihr zufällig eine Quelle, wo ich eine Anleitung dazu finde? Egal was! Internet, Buch oder wenns auch nur ein Faltblatt ist!

Ich danke schon mal im Vorraus!

Grüße

Alei
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6314
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 22. Aug 2007 07:22    Titel: Antworten mit Zitat

zb

http://www.rapp-instruments.de/Radioaktivitaet/Detektoren/Geigercounter/Geigercounter.htm

Der kritishe Punkt ist, dass du eine Hochspannung brauchst, die nicht ganz trivial zu erzeugen ist.

_________________
Wer von der Quantentheorie nicht schockiert ist, hat sie nicht verstanden.
Niels Bohr
Alei



Anmeldungsdatum: 21.08.2007
Beiträge: 2

Beitrag Alei Verfasst am: 23. Aug 2007 14:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, ich danke dir vielmals! Das ist schon mal ein erster Lichtblick!
Die Erzeugung von Hochspannung ist wirklich ein Problem, das hat mein LK-Leiter auch schon gesagt, allerdings meinte er, er hätte dafür auch eine Lösung...
ENGEL



Anmeldungsdatum: 03.09.2007
Beiträge: 1
Wohnort: Karlsruhe

Beitrag ENGEL Verfasst am: 03. Sep 2007 12:27    Titel: Geiger-Müller Zählrohr Antworten mit Zitat

Ich möchte auch gerade mit ein paar Schülern einen Geigerzähler basteln. Ich denke, das mit der Hochspannung bekomme ich hin. Dazu werde ich mir vielleicht von Farnell oder RS ein kleines Modul bestellen.
Hast Du schon ein Zählrohr ?
Im übrigen gibt es im Internet eine ganze Reihe von Dokumenten zu diesem Thema
glenn



Anmeldungsdatum: 24.03.2008
Beiträge: 1

Beitrag glenn Verfasst am: 24. März 2008 22:03    Titel: Antworten mit Zitat

Hi

genau das ist auch mein Facharbeitsthema. Zu dieser Internetseite www.rapp-instruments.de ist jetzt auch ein Buch mit Bauanleitungen erschienen; das werde ich mir auf jeden Fall besorgen.

Ich suche jetzt v.a. ausführliche Fachliteratur zu den theoretischen Grundlagen. Hat jemand von euch Vorschläge?

Danke
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. Apr 2008 16:01    Titel: Antworten mit Zitat

Hast du schon mal in der naheliegendsten Quelle nachgesehen? Ich finde, bei Wikipedia ist das schon recht schön dargestellt:

http://de.wikipedia.org/wiki/Geigerz%C3%A4hler
Bert.
Gast





Beitrag Bert. Verfasst am: 10. Feb 2011 14:06    Titel: Zählrohr? Antworten mit Zitat

Zitat: ...zum Bau eines Geiger-Müller-Zählrohrs entschieden,...

Was jetzt, Zählrohr bauen oder Zähler bauen. Da ist schon ein kleiner Unterschied. Ein Zählrohr bauen ist etwas schwieriger als die Hochspannung machen.
Ich_bin_ein_Gast
Gast





Beitrag Ich_bin_ein_Gast Verfasst am: 20. Feb 2011 20:53    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe ein paar Fragen zum Zählrohrselbstbau, da ich auch eines mit Fenster für Alphastrahlung bauen möchte.

In dem oben genannten rapp-instruments Link wird gesagt, daß man eine Spannung 3000 V bei einer Ar/CO2 Gasfüllung bei Normaldruck benötigt.

Meine Frage ist nun, wodurch ergibt sich die hohe Spannung, durch das gewählte Gas oder durch den für Zählrohre relativ hohen Druck?


Und kann ich auch Stickstoff oder reines CO2 nehmen, denn eine Stickstoff und CO2 Gasflasche hätte ich zu Hause.



Dann würde ich noch gerne wissen, welche Rolle die Größe eines Zählrohrs spielt?

Wenn ich ein besonders großes Zählrohr habe, dann ist ja das Volumen deutlich größer und die Mantelfläche ist so riesig, daß z.B. sehr viele Beta-Teilchen durch das Rohr fliegen könnten.
Und bei einem sehr kleinen Rohr müßte es genau umgekehrt sein.
Was sagt so ein Zählwert am Ende dann überhaupt aus?

Wenn ich also so ein Rohr baue, dann möchte ich am Ende ja etwas halbwegs vernünftiges Messen, z.b. ein Wert in einer Einheit, wie z.B. dem Becquerel und nicht irgendeinen beliebigen Zahlenwert der keiner Einheit entspricht. Der Zahlenwert sollte also schon halbwegs einem Messwert in Becquerel entsprechen.
Wie mißt bzw. eicht man so ein Rohr also im Selbstbau?

Das Ding muß jetzt nicht super genau sein, aber eine halbwegs vernünftige Messwertangabe (sagen wir mal z.b. +/- 3 % Abweichung, sofern das nicht zu viel verlangt ist. Ich weiß leider nicht was möglich ist) sollte schon drin sein.
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2425

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 20. Feb 2011 21:19    Titel: Antworten mit Zitat

Ich_bin_ein_Gast hat Folgendes geschrieben:
[...] Wenn ich also so ein Rohr baue, dann möchte ich am Ende ja etwas halbwegs vernünftiges Messen, z.b. ein Wert in einer Einheit, wie z.B. dem Becquerel und nicht irgendeinen beliebigen Zahlenwert der keiner Einheit entspricht. Der Zahlenwert sollte also schon halbwegs einem Messwert in Becquerel entsprechen.
Wie mißt bzw. eicht man so ein Rohr also im Selbstbau?

Das Ding muß jetzt nicht super genau sein, aber eine halbwegs vernünftige Messwertangabe (sagen wir mal z.b. +/- 3 % Abweichung, sofern das nicht zu viel verlangt ist. Ich weiß leider nicht was möglich ist) sollte schon drin sein.

Eigentlich ist das GM-Zählrohr dafür da Ereignisse zu zählen. Die Anzahl der Ereignisse hat keine Einheit. Was weißt du über die Einheit Becquerel? Scheint ein Umrechnen dann sinnvoll?
Zur Eichung: Du möchtest irgendwie in den Sättigungsbereich kommen. Dort ändert sich die Zählrate in Abhängigkeit der Spannung nicht.
Du kannst maximal auf ein Zählereignis genau messen. Wenn du also nur 3 Ereignisse registrierst, hast du 33% Unsicherheit, usw..
Ich_bin_ein_Gast
Gast





Beitrag Ich_bin_ein_Gast Verfasst am: 20. Feb 2011 21:44    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:

Eigentlich ist das GM-Zählrohr dafür da Ereignisse zu zählen. Die Anzahl der Ereignisse hat keine Einheit. Was weißt du über die Einheit Becquerel? Scheint ein Umrechnen dann sinnvoll?

Natürlich ist der Zählwert die Anzahl der Ereignisse und natürlich soll dieser vom angeschlossenen Mikcontroller in Becquerel umgerechnet werden und auf dem LCD angezeigt werden, aber welcher Zählwert an den Mikrocontroller gesendet wird, wird ja maßgeblich durch das Zählrohr beeinflußt, deswegen muß hier irgendeine Form von Normalisierung bei der Berechnung stattfinden bzw. dies darin berücksichtigt werden, damit man am Ende einen vernünftigen Becquerelwert rausbekommt.
Dazu muß ich aber wissen, welche Rolle die Größe und Spannung des Zellrohrs spielt, sowie die Rolle des Drucks und verwendeten Gases.
Das war meine Frage.


Zitat:

Zur Eichung: Du möchtest irgendwie in den Sättigungsbereich kommen. Dort ändert sich die Zählrate in Abhängigkeit der Spannung nicht.

Das ist mir klar, ich will aber die Spannung senken und muß daher wissen, wie das Zählrohr beschaffen sein muß, daß eine Spannung von 500 V genügt.
500 V ist eine typische Spannung wie sie in industriell gefertigen Zählrohren vorkommt. Schaut man sich das Datenblatt so eines Zählrohrs an, dann ist das Zählrohr gut und umfangreich spezifiziert.
Beispielsweise das LND712. (Ich kann als Gast leider keinen Link angeben, aber die Suche nach dem LND712 sollte zum Datenblatt führen)



Zitat:

Du kannst maximal auf ein Zählereignis genau messen. Wenn du also nur 3 Ereignisse registrierst, hast du 33% Unsicherheit, usw..


Du meinst wenn 3 Ereignisse eintreten, aber nur eins gemessen wird, oder?

Ja und hier spielt doch sicher auch wieder die größe des Zählrohrs eine Rolle.
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2425

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 20. Feb 2011 22:03    Titel: Antworten mit Zitat

Ich_bin_ein_Gast hat Folgendes geschrieben:
[...][3] Natürlich ist der Zählwert die Anzahl der Ereignisse und natürlich soll dieser vom angeschlossenen Mikcontroller in Becquerel umgerechnet werden und auf dem LCD angezeigt werden, aber welcher Zählwert an den Mikrocontroller gesendet wird, wird ja maßgeblich durch das Zählrohr beeinflußt, deswegen muß hier irgendeine Form von Normalisierung bei der Berechnung stattfinden bzw. dies darin berücksichtigt werden, damit man am Ende einen vernünftigen Becquerelwert rausbekommt.
Dazu muß ich aber wissen, welche Rolle die Größe und Spannung des Zellrohrs spielt, sowie die Rolle des Drucks und verwendeten Gases.
Das war meine Frage.


[2]Das ist mir klar, ich will aber die Spannung senken und muß daher wissen, wie das Zählrohr beschaffen sein muß, daß eine Spannung von 500 V genügt.[...]
[1]Du meinst wenn 3 Ereignisse eintreten, aber nur eins gemessen wird, oder?[...].

[1] Nein, hier hast du mich komplett falsch verstanden (das wäre so mathematischer Unsinn). Du misst 1 Sekunde lang, Ergebnis: 3 Ereignisse / Sekunde und kannst nicht sagen ob es 2 oder 3 oder 4 Ereignisse/ Sekunde sind, da du nur ganze Ereignisse messen kannst - also Unsicherheit von +- 33% vom Messwert. Dafür ist die Zählrohrgröße inrelavant. Diese spielt aber für die Sättigungsspannung durchaus eine Rolle.
[2] Was hast du dir bereits für Überlegungen gemacht?
[3] Hier musst du nur Messintervalle einstellen. D.h. nach z.B. 10 Sekunden neu anfangen lassen zu zählen und die Zählwerte Abspeichern (die Einheit ist dann 10 Bq). Denn im Sättigungsbereich werden alle Ereignisse ausreichend verstärkt, um registriert zu werden.
Ich_bin_ein_Gast
Gast





Beitrag Ich_bin_ein_Gast Verfasst am: 20. Feb 2011 22:41    Titel: Antworten mit Zitat

Chillosaurus hat Folgendes geschrieben:

[1] Nein, hier hast du mich komplett falsch verstanden (das wäre so mathematischer Unsinn). Du misst 1 Sekunde lang, Ergebnis: 3 Ereignisse / Sekunde und kannst nicht sagen ob es 2 oder 3 oder 4 Ereignisse/ Sekunde sind, da du nur ganze Ereignisse messen kannst - also Unsicherheit von +- 33% vom Messwert. Dafür ist die Zählrohrgröße inrelavant. Diese spielt aber für die Sättigungsspannung durchaus eine Rolle.
[2] Was hast du dir bereits für Überlegungen gemacht?
[3] Hier musst du nur Messintervalle einstellen. D.h. nach z.B. 10 Sekunden neu anfangen lassen zu zählen und die Zählwerte Abspeichern (die Einheit ist dann 10 Bq). Denn im Sättigungsbereich werden alle Ereignisse ausreichend verstärkt, um registriert zu werden.


Ok, wie du 1 gemeint hast, verstehe ich jetzt.

Zu 2)
Meine Überlegung war, wenn ein Industrierohr nach Spezifikation mit 500 V betrieben werden muß und 500 V ausreichend, dann muß es dafür einen Grund geben und dieser Grund dürfte auch die Ursache sein, warum der Autor auf der gegebenen Webseite sein Selbstbaurohr mit 3 kV betreibt.

zu 3)
Ich meinte folgendes, wenn durch ein Zählrohr mit einer Fensterfläche von 10 cm² 1000 Heliumatome (entsprechend der Alphastrahlung) schießen, dann kann ich unter Berücksichtigung technischer und physikalischer Einschränkungen sagen wir mal vielleicht 700 messen. Der Rest kann aufgrund der Totzeit nicht gemessen werden.
Wenn man nun eine größere Fensterfläche nimmt, dann kommen durch dieses mehr Heliumatome, sagen wir mal 6000, aber weil die Totzeit im Prinzip die Zeit ist, in der zwischen Anode und Kathode meinem Verständnis nach aufgrund der Elektronenkaskade eine leitende Verbindung besteht, kann an dem Kathodendraht keine zweite Elektronenkaskade registriert werden und diese könnte ja deswegen enstehen, weil das Zählrohr größer ist.
Was ich meine ist folgendes. Sagen wir mal wir hätten ein unrealistisch übergroßes Zählrohr mit einem Anodendraht in der Mitte mit einer Länge von 10 m.
Wenn nun an dem einen Ende des 10 m langen Drahtes eine leitende Kaskadenverbindung besteht, dann kann an dem anderen Ende keine weitere leitende Kaskadenverbindung mehr registriert werden, denn an der Schaltung liegt ja gerads ein HighPegel an, der Strom fließt -> 1 Bit.
Und aufgrund der Größe des Zählrohrs könnten dann ja mehrere örtlich bezogene Kaskaden entstehen.
Ein kleines Zählrohr wäre so betrachtet also besser, weil es den Raum an dem die Kaskaden entstehen können, einschränkt.
Sind meine Überlegungen hier richtig?
Chillosaurus



Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2425

Beitrag Chillosaurus Verfasst am: 21. Feb 2011 00:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ich_bin_ein_Gast hat Folgendes geschrieben:
[...] [1] Ok, wie du 1 gemeint hast, verstehe ich jetzt.

Zu 2)
Meine Überlegung war, wenn ein Industrierohr nach Spezifikation mit 500 V betrieben werden muß und 500 V ausreichend, dann muß es dafür einen Grund geben und dieser Grund dürfte auch die Ursache sein, warum der Autor auf der gegebenen Webseite sein Selbstbaurohr mit 3 kV betreibt.

zu 3)
[...] weil die Totzeit im Prinzip die Zeit ist, in der zwischen Anode und Kathode[...] eine leitende Verbindung besteht, kann an dem Kathodendraht keine zweite Elektronenkaskade registriert werden[...].

[1] Du kannst nur ganze Zerfälle zählen. Wenn in einer Zeit von t1=9s 4 Zerfälle registriert werden. Dann wirst du in einer Zeit von t2=3 s NICHT 1,33 Zerfälle registrieren können sondern wahrscheinlich entweder 1 oder 2 Zerfälle. Dabei kennst du dier Richtung deines Fehlers aber nicht. Den Fehler kriegst du also durch ausreichen lange Messintervalle klein.
[2] Du denkst schon in die richtige Richtung. Jetzt müsstest du ein Modell entwickeln, mit dem du den Sättigungsbereich bestimmen kannst, in dem alle Ereignisse unabhängig ihrer Energie gezählt werden, um die Dimensionen passend zu wählen.
[3] Die Totzeit lässt sich unter Verwendung eines Löschgases minimalisieren.
Kiesch
Gast





Beitrag Kiesch Verfasst am: 14. Dez 2013 15:29    Titel: Auch wenn das schon etwas älter ist Antworten mit Zitat

... mal noch ein paar Anmerkungen zu:

1. wesentlich für das Auslösen der Kaskade dürfte die Feldstärke sein. Die dürfte außerdem wesentlich dafür sein, dass du irgendwann deine Sättigung erreichst.
Wichtig dabei ist: Die kritische Feldstärke sollte natürlich unabhängig von der Spannung (aber vermutlich abhängig vom Zählgas sowie Gasdruck) sein. Da du vereinfacht sowas wie einen Zylinderförmigen Kondensator gebaut hast (am Ende), sollte man die Feldstärke vermutlich auch einigermaßen anständig berechnen können. Wenn ich mich nicht ganz vertue läuft das auf ne Abhängigkeit mit 1/r hinaus, deine Spannungsdifferenz (von nem beliebigen Punkt in der Röhre zur Aussenwandung zum Beispiel) sollte entsprechend mit 1/r² gehen (Aussenwandung auf 0 Potential normiert).
Praktische Konsequenz: Größerer Röhrendurchmesser = Höhere Spannung benötigt.

Für die einzelnen Strahlungsarten gilt:

Alphas:

Wenn du da anständig was nachweisen willst musst du nen Eintrittsfenster im Mikrometerbereich (Dicke) haben. Weniger ist besser (deine Fensterdicke gibt dir an was deine untere Alpha Energie ist, bei der noch Alphas durchkommen; kann man mit SRIM (kann keinen Link posten, einfach SRIM googeln) mal simulieren wenn man möchte; einfach bei dem Linken Button (Ranges oder so; der Rechte ist TRIM Simulation, das braucht man dafür nicht unbedingt) beliebiges Material wählen (für das Fenster) und nen Alpha Strahl von meinetwegen 100keV bis 10000keV. Dann gibt der dafür Eindringtiefen aus. Damit kann man dann Abschätzen wie dick das verwendete Fenstermaterial sein darf damit man noch die Chance hat was zu sehen.

Wenn die Alphas die man misst durchkommen, sollte man an sich Nahe bei 100% Detektionseffizienz landen (auch wenn es mich nicht überraschen würde wenn mich da jemand eines besseren belehren kann).

Wichtig außerdem: Die Luft außerhalb des Zählrohrs hat eine nicht zu vernachlässigende Abschirmwirkung! Das führt dazu, dass man entweder garnichts sieht (abgeschirmt) oder wenn man nahe genug ran ist alles.
Praktisch gesehen wird man selten Fälle haben in denen Alpha Detektion durch GM Zählrohr wirklich Sinn macht, da man dazu extrem nahe an die Alpha Quelle ran muss und das Zählrohr dadurch unnötig schwierig zu bauen wird (dünnes Fenster).

Betas: Die haben ne relativ große Reichweite aber auch endliche Reichweite. Innerhalb dieser Reichweite sollte man die aber gut Nachweisen können. Wichtig dabei: Die Zählrohrwand hat ne gewisse Abschirmwirkung, aber nicht so drastisch wie bei Alphas. Dünnere Wandung ist im Zweifel besser (allerdings auch wieder Materialabhängig; gibt dafür auch simulationstools mit denen man sich die Reichweite von Elektronen in Materie anschauen kann. Eins davon ist auch auf der SRIM Seite verlinkt.

Die Zählereffizienz muss man hierbei definitiv kalibrieren (habe ich gelernt, bei der Masterarbeit eines Studenten bei uns), da Elektronen stark gestreut werden in Materie und ensprechend ein Beta Teilchen selbst wenn es unter 90° auf den Detektor trifft wieder rausgestreut werden kann (bevor es das Gas erreicht). Zu erwartende Effizienzen wären daher wohl im 30-50% Bereich. Wichtig dabei: Da Beta Quellen so lange die nicht im Gas drumherum befindlich sind in der Regel "gerichtete" Strahlung abgeben, dürfte für die eigentliche Effizienz die Größe der Fläche entscheidend sein, die zur Quelle zeigt.

Dazu kommt, dass Beta Strahlung ein kontinuierliches Energiespektrum hat. Entsprechend wird immer ein Teil des Spektrums abgeschnitten. Eine Absolute Normierung der Detektionseffizienz etc. ist daher schwierig. Optimal hat man eine Beta Quelle mit dem gleichen Redionuklid zur Verfügung den man als Unbekannten Strahler messen will.


Gammas:

Hierbei ist wichtig, dass die erstmal ein Elektron durch Photo- oder Comptoneffekt angeregt werden muss. Entsprechend ist hier ein großer eventuell auch dickwandigerer (gerade in der Wandung ist aufgrund der deutlich höheren Dichte die Wahrscheinlichkeit der beiden Prozesse deutlich höher als im Gas) notwendig um eine hohe Effizienz zu erhalten. Auch hier muss wieder Calibriert werden um Aktivitäten zu messen.

Für eine Punktquelle läuft das zum Beispiel auf:

IPS = Eff * Omega/4Pi * A * p(gamma)

Omega ist dabei der Raumwinkel den der Detektor einnimmt. Eff ist die Detektionseffizienz, A ist die Aktivität der Quelle, IPS sind die gemessenen Impulse pro Sekunde. p(gamma) ist die Anzahl der Gamma Quanten die im Mittel pro Zerfall ausgesendet werden (und kann auch größer als 1 sein)

Omega / 4Pi lässt sich nähern zu F / r² (für kleine Abstände bricht das irgendwann). r ist der Abstand zur Quelle. F ist die Detektorfläche (die Fläche die in Richtung der Punktquelle zeigt).

Kalibriert man das an einer bekannten Quelle kriegt man dann die Effizienz des Detektors raus und kann damit einigermaßen brauchbar auch unbekannte Quellen bestimmen (sofern man weis um welches Nuklid es sich handelt und daher p(gamma) kennt).

Homogene Strahlungsfelder wie etwa der Raumuntergrund verhalten sich natürlich etwas anders, da die "von allen Seiten" auf den Detektor treffen und daher anders Kalibriert werden müssten.
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