Technik |  Romanhefte |  Fotografie |  Wer? |  Wo? |  Humor |  Webcam |  Gästebuch |  Sitemap | 
 
Linke obere Ecke Rechte obere Ecke
Geigerzähler

Steffen Barth (DG0MG) 30.10.05

Homer Simpson im Strahlenschutzanzug Geigerzähler hab' ich mehrere.
Bloß wozu?
Tjaaa .., wozu hat jemand Briefmarken oder Zierfische oder ein Surfbrett?


Und ein Geigerzähler hat irgendwie immer noch sowas leicht Subversives. Ist "etwas, das man eigentlich nicht haben darf". Was vielleicht ein bisschen aus der DDR-Geschichte herrührt, aber natürlich nicht wirklich stimmt.
Ich kann mich noch gut erinnern, im April 1986, als das Reaktorunglück in Tschernobyl passierte und die Behörden bei uns "keine wesentlich erhöhte Umweltradioaktivität" meldeten und es soviel Obst und Gemüse wie sonst nie zu kaufen gab, war ich in der 10. Klasse.
 Unser Mathe- und Physiklehrer Herr Laboga hatte in seinem Vorbereitungszimmer den Schul-Geigerzähler (der sicher nicht zu den empfindlichsten gehörte) an den Polytronic-Zähler mit seinen Glimmziffernröhren angeschlossen und maß die Nullrate. Er stellte immerhin eine Erhöhung gegenüber den Werten vor dem 26.4.1986 fest. So im Nachhinein wundert es mich tatsächlich ein bisschen, daß er das so offen vor der Klasse sagte.

Verschiedene Modelle

Im Laufe der Jahre sind mir ein paar verschiedene Geigerzählermodelle zugeflogen (meist aus DDR-Beständen), ohne daß ich den Anspruch auf eine Sammlung erheben will:

Modell RR66
Modell RR66 mit einer eigenen Seite.

Modell RWA77M
Modell RWA77M

Modell Unirad WG/T
Modell Unirad WG/T von der Wismut (ein Szintillationszähler, hört das Gras wachsen!)

Dynamo-Geigerzähler RSA64D
Der batterielose Geigerzähler RSA64D wird mit einer Dynamotaschenlampe betrieben

Russisches Taschendosimeter GRIF-1
Russisches Taschendosimeter ГРИФ-1 (GRIF-1) vertrieben von CONRAD

Geigerzähler BERTHOLD LB1200
LB1200 der Firma BERTHOLD

Englisches Dosimeter PDRM82
Englisches Dosimeter PDRM82 der Firma Plessey Controls

robotron Zählrohr 70013
Zählrohr 70013 von robotron

robotron Zählrohr 70026
Zählrohr 70026 von robotron

Zählrohre Frieseke & Hoepfner Zählrohre FHZ74V und FHZ76V
Zählrohre Frieseke & Hoepfner FHZ74V und FHZ76V

DDR-Zählrohr 70009
Empfindliches DDR-Zählrohr 70009, lt. Datenblatt Nullrate von 40 Imp/sec.

Dosimeter ANRI
russisches Dosimeter "АНРИ" (ANRI) mit 2 Zählrohren, erfaßt auch Beta-Strahlung.

WISMUT Unirad-H
Original aus dem Wismut-Schacht: UNIRAD-H samt Kopfhörer.

Ungarisches Modell IH-2
Ungarischer IH-2 aus den 60er Jahren mit Röhre und in edler Ledertasche.


Mit dem robotron-Zählrohr wollte ich nun mal mein eigenes Modell bauen, batteriebetrieben und klein:

Die Schaltung

Schaltplan schematic of the Geiger-Counter
Die Schaltung enthält gegenüber anderen, im Internet zu findenden, einige Besonderheiten:
  • Oftmals wird zur Hochspannungserzeugung ein einfacher Sperrwandler verwendet, was den Nachteil einer sehr betriebsspannungsabhängigen Meßspannung am Zählrohr hat. Ich verwende nach einigen Experimenten einen primärgeregelten Sperrwandler nach [1], der die Spannung am Zählrohr unabhängig von der Batteriespannung auf etwa 450 Volt hält.
  • Bei einfachen Bausätzen wird gern die Schaltungsvariante Hochspannung an den Zähldraht und Meßverstärker an den Zählrohrmantel verwendet, da der nötige Verstärkungsaufwand in der Auswerteelektronik kleiner ist. Ich habe stattdessen die "elegantere" Variante mit dem Zählrohrmantel an sicherer Masse gewählt.
  • Dem Kennerauge wird die etwas eigenartige Beschaltung mit einem Thyristor am Ausgang auffallen:
    Das ist eine relativ einfache Möglichkeit, die schmalen Impulse, die das Zählrohr liefert, zu verlängern, damit die Lautsprechermembran Zeit zum Auslenken hat und somit der Knacks lauter wird.
    Der 2kΩ-Widerstand an der Anode des Thyristors muß deshalb so groß gewählt werden, daß dieser sicher verlöscht, wenn der 4.7μF-Elko sich nach dem Zünden über den Lautsprecher entladen hat.
  • Betriebsspannung nur 3 Volt (2 Babyzellen als Stromversorgung).
Ferrit-Rollenkern
Gewinnung des Ferrit-Rollenkerns
Der Übertrager für den Sperrschwinger wurde auf einen Ferrit-Rollenkern 12*9 mm gewickelt. Dieser stammt von einer Drossel aus einem alten PC-Netzteil. Um die Isolationsfestigkeit zu erhöhen, wurden die Windungen unter Hinzugabe von Kerzenparaffin gewickelt, vorher gab es im Experimentierstadium beim Abklemmen der Regelung Spannungsüberschläge innerhalb der Wicklung, weil die Spannung hochlief.

Im Schaltplan sind tlw. die DDR-Typen von Transistoren angegeben, die ich aus alten Beständen habe und verwende. Hier eignen sich natürlich genauso die entsprechenden Typen aus dem NSW (nicht-sozialistischen Wirtschaftsgebiet Smiley).


Ansicht der Elektronik
Die Elektronik, rechts der Ladekondensator für die Hochspannung

Ansicht der Elektronik
Die Elektronik

Unterseite der Lochrasterplatine
Unterseite der Lochrasterplatine
Die Schaltung wurde in bewährter Weise auf einer Lochrasterplatine aufgebaut, nach dem Löten nicht vergessen, (wasseranziehende) Flußmittelrückstände in Spiritus abzuwaschen, ordentlich zu trocknen und die Platine mit Plastikspray zu versiegeln.
Die Stromaufnahme bei 3 Volt beträgt etwa 70 mA. Ich weiß, das ist eigentlich noch zu viel - sie sollte sich mit einem besseren Trafokern und einer kapazitätsarmen Sekundärwicklung (z.B. 7 Lagen zu je 70 Windungen, mit isolierender Zwischenlage) nochmal auf mindestens die Hälfte senken lassen. Wenn sich jemand zum Experimentieren animiert fühlt: Ziel muß sein, die Elektronik mit einer Zelle und einer Stromaufnahme von kleiner 30mA zu betreiben. Es gibt aber auch Schaltungskonzepte, die das noch wesentlich unterbieten, z.B. hat CONRAD mal ein Gamma-Taschendosimeter verkauft, etwas größer als ein Kugelschreiber, das wurde mit 3 Knopfzellen LR44 betrieben (nein, es war kein elektrostatisches Dosimeter, sondern schon mit Zählrohr und Prozessor ausgestattet). Wenn jemand davon einen Schaltplan hat, ich wäre sehr interessiert daran.


Ansicht des Fertigerätes
Das fertige Gerät

Innenansicht
Innenansicht
Das ist mal wieder ein Projekt, das auch ein vernünftiges Gehäuse bekommen hat, da ich kein geeignetes gefunden habe (denn ein Vorgabemaß war ja die Länge des Zählrohres), habe ich eins aus Platinenmaterial zusammengelötet. Der hiesige Baumarkt hatte leider nur blauen Hammerschlaglack im Angebot, eigentlich hätte ich mir mehr ein Armeegrün gewünscht, aber nuja, man kann nicht alles haben.
  Das gelbe Radioaktivitätsschildchen ist nur für die Leute dran, die nicht wissen, was ein γ-Monitor ist ..

Model No. 2

Zählrohr FHZ76V Das Frieseke&Hoepfner-Zählrohr FHZ76V lächelte mich so an ... - eigentlich hörte ich es regelrecht betteln: "Duda, büdde verbau mich auch!".
Nun, ich kann halt schwer nein sagen und Modell Nummer 2 entstand.
Zuerstmal hab ich mit reichlich roher Gewalt (aber doch ein bisschen vorsichtig, denn das Mantelzählrohr ist recht empfindlich) das FHZ76V von seiner Messingblechumhüllung befreit.
Zählrohr Valvo 18550
VALVO 18550-Mantelzählrohr
Zum Vorschein kommt ein Mantelzählrohr 18550 von VALVO, das sich von der Größe sehr schön für den Bau eines kleinen "Taschenrutschers" eignet. Zu dem Valvo-Rohr hab ich auch ein Kennzeichnung PDFDatenblatt gefunden.

Ein Wühlen in der Gehäusekiste brachte ein vom Bau der LED-Lampe 2 übriggebliebenes Gehäuse STRAPU 2027 zu Tage, das hervorragend geeignet schien, denn das Zählrohr paßt gerade quer an eine Stirnseite. Da kein Platz für einen richtigen Lautsprecher ist, sollte ein kleiner Schallgeber, wie er auf Computermodems verwendet wird, herhalten. Diese Dinger sind keine Piezos (auch wenn sie so aussehen), sondern kleine magnetische Systeme mit einer Resonanzfrequenz bei ca. 4kHz. Daher wollte ich diesmal nicht das Knacksen auf den Schallwandler geben, sondern einen kurzen Pieps. Die Stromversorgung der Schaltung sollte nun - wie weiter oben von mir selber gefordert - mit einer R6-Zelle erfolgen.


Einwegkamera Quicksnap
Einwegkamera "Quicksnap"

Innenansicht der Einwegcam
Einwegcam geöffnet

Blitzelektronik entfernt
Die Blitzelektronik mit dem Übertrager

Transistor Übertrager und Batterie
die verwertbaren Teile
Ich denke ja auch immer ein bisschen an die Nachbauwilligen und es ist ja nicht jedermanns Ding, einen winzig kleinen Übertrager mit 1000 Windungen superdünnen Drahts zu bewickeln. Deshalb habe ich nach einer bezahlbaren Alternative gesucht - und gefunden. Man braucht einen dieser Einweg-Fotoapparate mit eingebautem Blitzgerät, die Blitzelektronik enthält genau den Übertrager, den wir für den Sperrschwinger brauchen.

Man geht einfach in einen Fotoladen, die selbst einen Entwicklungsautomaten haben und fragt danach. Meist finden die solche Kameras in ihrer Müllkiste. Wenn nicht, sie kosten neu ca. 5€.
Weil wir einmal dabei sind, löten wir auch gleich den Transistor 2SD2504 mit aus, denn der ist auf Grund der sehr niedrigen UCE(sat) (siehe Kennzeichnung PDFDatenblatt) für Betrieb an niedrigen Spannungen optimal geeignet und selbstverständlich benutzen wir die Batterie auch noch so lange, bis sie wirklich leer ist. Den Rest der Elektronik legen wir erstmal in die Bastelkiste, weil so einen Blitzelko, eine Blitzröhre, eine Glimmlampe oder die Zündspule braucht man ja auch immer mal.

Wer die Schaltung nachbaut, wird feststellen, daß die Wicklung mit dem dickeren Draht (Anschlüsse 1-2), die in der Original-Blitzschaltung im Kollektorzweig des Transistors liegt, bei mir als Rückkoplungswicklung an der Basis verwendet wird. Das ist richtig so und kein Fehler!
Schaltplan Gammamonitor Modell 2

Geigerzaehler - Platine des Modells Nr. 2
Aufbau des zweiten Modells

Geigerzaehler Modell Nummer 2 im Fertigzustand
so siehts fertig aus
Die Hochspannungserzeugung ist diesmal nicht primärgeregelt, sondern sekundär. Die 3 in Reihe geschaltenen Z-Dioden bestimmen in der Summe die Spannung. Ist diese erreicht, brechen sie durch und der Transistor "bremst" den Sperrwandler. Am Kollektor des Sperrschwingertransistors 2SD2504 werden die entstehenden Spannungsspitzen dazu benutzt, 6 Volt Betriebsspannung für den CMOS-Piepser zu erzeugen. Diese muß nicht stabilisiert werden, da bei CMOS unkritisch.

Der Piepser besteht aus einem monostabilen und einem astabilen Multivibrator. Jeder Knackser aus dem Zählrohr triggert über den Vorverstärker den Monoflop, dieser bleibt einige Millisekunden aktiv und schaltet über das vierte Gatter den Ton auf den Treibertransistor.
Die Stromaufnahme des ganzen Gebildes beträgt nur noch 50mA, damit bin ich schon ganz schön zufrieden. Wahrscheinlich sollte man sich öfter Gedanken machen, kleine Schaltungen nur aus einer Zelle zu versorgen.

Das Gehäuse habe ich an der Stirnseite durchlöchert, damit eventuell vorhandene β-Strahlung direkt bis an das Zählrohr kommt.

Einsatz


abgetragene Paitzdorfer Halde
Paitzdorfer Halde, Spätsommer 2005, Abtragung begonnen.

auf der Paitzdorfer Halde
Auf der Paitzdorfer Halde

radioaktives Gestein
radioaktives Gestein
Es gibt natürlich nicht soo viele sinnvolle Anwendungen, aber man kann schon mal an der bald nicht mehr bestehenden Wismut-Halde Paitzdorf Steine suchen gehen. Nach längerem Suchen findet man dann auch einen, bei dem das Gerät wesentlich mehr als normal tickert.


RFT-Ionisationsrauchmelder
RFT-Ionisationsrauchmelder

Rückseite, ohne Sockel
Rückseite (ohne Sockel)

Innenansicht mit Alphastrahler
Innenansicht mit Alphastrahler
Es gibt unterschiedliche Typen von Rauch- (oder Brand-)Meldern, u.a. Ionisationsmelder, die einen (oder wie hier, mehrere) Alpha- oder Betastrahler enthalten. Der Melder auf den Fotos ist Baujahr 1979 und enthält zwei Glaskügelchen mit Betastrahlern (Kr-85). Diese ionisieren die Luft zwischen zwei Aluminiumplatten und ein Strom kann fließen. Eindringender Rauch bindet einen Teil der Ionen, so daß der Strom geringer wird, was ausgewertet wird. Zu Vergleichszwecken und um Umwelteinflüsse (wie Temperatur, Druck, Feuchte) auszuschließen, hat dieser Typ eine zweite Meßkammer, die abgeschlossen ist und ebenfalls einen Strahler enthät. Umwelteinflüsse wirken auf beide Kammern gleich und treten deshalb nicht in Erscheinung. Die Strahlung der Proben kann deutlich nachgewiesen werden, ebenso die Abschwächung der Alpha- und Betastrahlung durch beliebige Materialien. Diese Versuche habe ich nicht mit dem robotron-Zählrohr durchgeführt, sondern mit dem FHZ76 von Frieseke & Hoepfner, da das robotron-Rohr keine Beta- (und erst recht keine Alphastrahlung) nachweist.


Petromax-Petroleumlampenglühstrumpf
Petromax-Glühstrumpf
Glühstrümpfe von Petroleum-Starklichtlampen eignen sich auch als Testobjekt, sie sind mit Thoriumnitrat getränkt, das leicht radioaktiv ist. Im Foto ein älterer Glühkörper der Firma Petromax unter deren Namen diese Lampen auch allgemein bekannt sind.
Neuere Glühstrümpfe sind nicht mehr radioaktiv, sie werden statt mit Thoriumverbindungen mit Yttriumnitrat getränkt - hier heißt es also, auf dem Flohmarkt die Augen aufzuhalten.

Schnapsglas aus Uranglas
Schnapsglas aus Uranglas
Manch älteres gelblich oder grün schimmerndes Glas ist Uranglas und erhält seine Farbe durch beigemischtes Uranoxid. Auch dieses kann man mit dem Geigerzähler nachweisen.

Radioaktivität in der Schule

Download: Bedienungsanleitungen:
Kennzeichnung PDF Radiumstrahler (PDF, ca. 3 MB)
Kennzeichnung PDF Der radioaktive Unterrichtsquellensatz Typ UA (PDF, ca. 10 MB)
Kennzeichnung PDF ISOCOMMERZ: Kernphysikalische Experimente (PDF, ca. 6 MB)

Ich weiß nicht, wie das Thema heutzutage behandelt wird, aber in der DDR gab es in einer polytechnischen Schule einen radioaktiven Präparatesatz und einen Geigerzähler, mit dem man die Eigenschaften der verschiedenen Strahlungsarten experimentell vorführen konnte.
Zur Standardausstattung gehörte nebem den radioaktiven Präparaten auch ein Geigerzähler Typ 58441 des Schulmittelherstellers Phylatex Karl-Marx-Stadt, bestehend aus einer netzbetriebenen, zwischen 270 und 550 Volt einstellbaren Hochspannungsquelle samt integriertem NF-Verstärker und mindestens zwei verschiedene Zählrohren. Zum einen ein russisches Metallmantelrohr CTC5 (STS5) und zum anderen ein empfindliches Glasmantelrohr VA-Z-118 von RFT. In einer Schule habe ich im Fundus aber auch schonmal RFT-Endfensterrohre gesehen. Weiterhin gehörte zum Messsystem noch der mit Nixieröhren bestückte Zähler Polydigit 1, der über ein Kabel mit dem Netzteil/Verstärker verbunden wurde und es ermöglicht, die Anzahl der Zerfälle in einer vorgegebenen Zeit zu bestimmen. Die mit Präparat und Messtechnik durchzuführenden Experimente sind in nebenstehender Broschüre der Firma ISOCOMMERZ beschrieben.


Nachbauten

13.07.2010


DE5HWTs Geigerzähler 1

DE5HWTs Geigerzähler 2

DE5HWTs Geigerzähler 3

DE5HWTs Geigerzähler 4
Harald, DE5HWL schickte mir eine Beschreibung seines Nachbaus des "Taschenrutschers" mit etwas vereinfachter Schaltung, die ich dankenswerterweise hier zeigen darf. Harald schreibt:
Eine dieser Einwegkamerablitzschaltung zieht ziemlich viel Strom, an die 300mA.. viel zu viel für "nichts" es wird ja kein Strom bei den 400V entnommen (da sind die Leckverluste im Kupferlackdraht und Siebkondensatoren bald noch höher. [..]Als Transistor musste ein 2n2219 herhalten, damit die Schaltung für mich Röhrenbastler antik genug aussieht.
Die Schaltung braucht bei 1,2V nur rund 10mA! Wenn das 10MegOhm Digitalmultimeter an den 400V nicht dran ist sogar noch weniger. [..] musste ich eine Spannungsverdopplerkaskadenstufe einsetzen um auf ca. 400V zu kommen. Bei der hohen Schaltfrequenz kann man zum Glück kleine Kondensatoren nehmen.

Die Verstärkerschaltung ist die berüchtigte "einfachSchaltung" bei der der Zählrohrstrom durch die Transistoren direkt durchfließt. Auch hier kommen wieder 2 2n2219 zum Einsatz. Der Verstärker bekommt übrigens 3V spendiert.
Leider ist der Wirkungsgrad des kleinen PC-Lautsprechers recht beschi**en, aber er war der einzige der ins Gehäuse gepasst hat.



Literatur:
Titelbild Wilk-Buch Titelbild Maushart-Buch 1 Titelbild Maushart-Buch 2 Titelbild Maushart-Buch 3 Titelbild Kernstrahlungsmessgeräte
  • [1] Trifolium - Netzteilreparaturbuch - Kapitel 13
  • [2] Wilk,Klaus: Geigerzähler - Gebrauchsfertige Schaltungen für die praxisnahe Anwendung von Geigerzählern
    Franzis Verlag München 1983, ISBN 3-7723-7211-2
  • [3] Maushart, Rupprecht: Man nehme einen Geigerzähler Teil 1: Grundlagen
    GIT Verlag Darmstadt, 1985, ISBN 3-921956-45-5
  • [4] Maushart, Rupprecht: Man nehme einen Geigerzähler Teil 2: Messungen im Radionuklidlabor
    GIT Verlag Darmstadt, 1985, ISBN 3-921956-46-3
  • [5] Maushart, Rupprecht: Man nehme einen Geigerzähler Teil 3: Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt
    GIT Verlag Darmstadt, 1989, ISBN 3-921956-83-8
  • [6] Langhans, Hauptmann Ing. Kurt: Kernstrahlungsmeßgeräte, 2. Auflage, Deutscher Militärverlag, 1960

Siehe auch:

Externe Links:



Startseite Seitenanfang Mail an Steffen schreiben Seitenstatistik Valid HTML 4.0 Transitional 837041   seit 22.9.2002  

Seite vom: 19.07.2012, 22:13Uhr (21)

Linke untere Ecke Rechte untere Ecke