Selbstbau Elektronik

PIN Dioden Zähler

Teviso Pin-Dioden Sensormodule

Ein Sensor, den man einfach mit einer Batterie und einem Piezo-Lautsprecher verbinden kann um Radioaktivität zu detektieren: Die schweizerische Firma Teviso bietet genaus das an. Im Prinzip ist es das Stuttgarter Geigerle im Micromodul-Format nur ohne LED. Also auch eine tolle Bestätigung für das Konzept. Und natürlich eine Lösung für die, die ganz schnell mit dem Basteln fertig sein wollen (bzw. mehr Wert auf das Systemkonzept legen). Der erste Eindruck davon:
Das Teviso Pin-Dioden Sensormodul RD2007 als Detektor für radioaktive Strahlung

Passt locker in eine Zigarettenschachtel, ist nur deutlich mehr für die Gesundheit geeignet als Zigaretten: der Mini-PIN-Dioden Detektor

Ein einfach zu realisierender, solar-betriebener PIN-Dioden-Detektor für radioaktive Strahlung im Miniaturformat

Ein kurzes Demovideo des Mini-Zählers mit optischer Signalisierung an einer Keramikschale mit Uranglasur

Externer Link zu www.teviso.com

Andere Anleitungen zu PIN-Dioden Zählern

Externer Link zu http://www.elektronik-labor.de: Funkschau 1986: Radioaktivitätsmesser im Miniformat

Klassische Zählrohr Zähler

Der "Geiger Classic"

Der "Schwäbische Flash-Geiger"

(strom- und kostensparend), hergestellt aus einer alten Einweg-Kamera nach einem Rezept von Böhri

Eine Ultra-Low-Power Hochspannungsquelle für Geiger-Müller Zählrohre auf der Basis moderner IC's inklusive der entsprechenden Theorie zum Boost und Flyback-Konverter

Ein einfacher Stromsparender Zählrohrverstärker für Geiger-Müller Zählrohre

IsiGeiger: Ein Geiger-Müller Zählrohr-Modul für Mikrocontroller-Anwendungen

Der Maker-Geiger: GeigerZähler und LoRaWAN Radioaktivitäts-Messstation auf Basis der Arduino Maker-Familie

Szintillations-Detektoren

Szintillations-Detektoren verwenden einen Szintillator-Kristall um Radioaktivität zu detektieren. Dieser wandelt energiereiche Quanten in niederenergetische Photonen im UV- bzw. sichtbaren Bereich des Lichts um. Energieärmere Photonen können leichter in elektrische Ladungsträger umgewandelt und verstärkt werden als hochenergetische Quanten. Außerdem ist der Szintillationseffekt ein Volumeneffekt, der vor allem für das energieproportionale Detektieren von Gammastrahlung sehr wichtig ist und deutlich höhere Zählraten ergibt als ein Geiger-Müller Zählrohr.

Das Szinti-Geigerle

Unter einem Szintillations-Detektor wird normalerweise eine Kombination eines Szintillator-Kristalls mit einer Photomultiplier Röhre (PMT)verstanden. Das ist aber nur historisch bedingt, denn früher gab es kaum andere Mittel eine ausreichende Verstärkung für die viel energieärmeren Photonen, die im Kristall entstehen, zu erreichen. Aber mit der modernen Halbleiter-Technologie hat sich das geändert. Es gibt heute extrem rauscharme und extrem leistungsfähige Halbleiterverstärker. Damit kann man wieder eine PIN-Diode nehmen um die Photonen in Elektronen umzuwandeln, wird damit die Hochspannung los und kann das Ganze viel kleiner bauen. Hier ist es, das Szinti-Geigerle, die nächste Generation des legendären Stuttgarter Geigerle:

Es hat eine Zählrate besser als ein SBM-20 Zählrohr und ist vorwiegend Gamma-empfindlich. Hier der Bericht über den ersten Prototyp:
Das Szinti-Geigerle - Ein ohne Hochspannung betriebener, für Gammastrahlung empfindlicher PIN-Dioden Detektor mit aufgesetztem Szintillator-Kristall

Das Tickende Geräusch eines Geigerzählers kennen viele, aber es gibt eine deutlich eindrucksvollere akustische Darstellung einer Zählrate. Sie entsteht dadurch, dass man die Tonhöhe eines akustischen Signals mit der Zählrate moduliert. Hier eine Beschreibung wie man so was ganz einfach bauen kann ist hier am Beispiel des Szintigeigerle erläutert:
Signalisierung von Zählraten durch Audio-Frequenzmodulation
Hier gibt es das passende Video dazu, mit Ton natürlich:
Mit dem Szintigeigerle und dem Audio-FM Modul an der strahlenden Kapelle auf dem Killesberg. Videoclip (4MB .wmv) mit Ton
(siehe auch die strahlende Kapelle bei den Ausflugstipps)

Szintillations-Detektor mit Photomultiplier und hoher Zählrate für Zählanwendungen

Aufbau des Szintillations-Detektors

Adapter zur Anpassung eines Photomultipliers an einen Mikrocontroller (Arduino)

Manche PMTs sind für negative Hochspannung verdrahtet und oft sind auch negative Hochspannungsmodule wie das C4900 von Hamamatsu leichter zu bekommen. Deswegen hier ein Entwurf für den PMT-zu-Arduino Adapter für negative Hochspannng.
PMT-zu-Arduino Adapter für negative Hochspannung

Der letzte Hochtechnologie-Schrei für Szintillationszähler und für die Gamma-Spektroskopie: Silicon Photomultiplier (SiPM)

Nachdem auch die Radioröhre irgendwann dem Silizium weichen musste, wird das wohl auch das Schicksal der Photomultiplier-Röhre werden. Die Zukunft dazu hat auch schon begonnen, die ersten SiPM-Chips mit einer brauchbaren Zellenzahl sind für unter 100Euro zu haben. Auf so einem SiPM Chip sind fast 10000 Geiger-Müller-Zählrohre in Silizium gegossen und da Silizium nur einen Bandabstand von 1.1eV hat, kann man diese "Silizium-Zählrohre" bereits mit der Energie von Photonen des sichtbaren Lichts auslösen. Das Coole dabei ist, man kann einzelne Photonen zählen, so empfindlich ist ein SiPM. Aber ist das auch für die Messung von Radioaktivität interessant? Klar, man muss so ein SiPM Chip nur auf einen kleinen Szintillationskristall setzen und schon hat man einen "schnuggelig" kleinen Szintillationszähler. Kann man damit auch Spektroskopie machen? Im Prinzip ja, ...

Hier ein erster Erfahrungsbericht mit einem SiPM der Berliner Firma First Sensor

..., aber man braucht vielleicht doch einen besseren Front-End Verstärker:
Ein rauscharmer Front-End Verstärker für SiPMs zur Gamma-Spektroskopie

Minimaler Aufwand: Szintillationszähler mit Channel Photomultiplier und Arduino

Obwohl Channel Photomultiplier eher zu einer aussterbenden Gattung von Photomultipliern gehören, lohnt es sich diese optischen Verstärker für Szintillationssignale näher anzuschauen. Sie sind noch übers Internet verfügbar, ultra-kompakt und können aufgrund der immensen Verstärkung mit lediglich einer einfachen Anpassschaltung an einen Mikrocontroller angedockt werden.

Szintillationszähler auf der Basis eines Channel-Photomultipliers

Datenauswertung mit dem Arduino Mikroprozessor

Der "Geiguino"

Das traditionelle Knacken eines Geigerzähler ist schon spannend zu hören und löst auch immer immer wieder etwas den Grusel aus, wenn es schneller wird. Allerdings ist es doch recht schwer, aus dem Knackgeräusch einen vergleichbaren quantitativen Eindruck zu gewinnen. Dazu sind Zahlen einfach besser geeignet. Aber wie kommt man am schnellsten und ohne großen Aufwand zu einer ordentlichen quantitativen Digitalanzeige, die man vielleicht auch noch kalibrieren könnte? Die Antwort ist auch hier wieder: mit dem Arduino. Und damit ist auch gleich klar woher der Name kommt. Aber der Geiguino läuft selbstverständlich auch mit einem Genuino als Mikrocontroller-Board.

Mit dem Arduino hat man dann auch eine fast unüberschaubare Flexibilität, da man viel Bibliotheken und Arbeiten anderer nutzen kann, ob das nun das Daten-Loggen ist, oder die Kommunikation per Funk oder Händy. Es gibt einfach alles an Postprocessing und Anzeigemöglichkeiten, was man so sich denken kann. Man muss nur auf den einschlägigen Arduino Web-Seiten und in den Foren stöbern. Der Basis-Geiguino nutzt deswegen auch gleich eine Fremdbibliothek, den Arduino mit einem I2C-Bus LCD-Display sowie die oben beschriebene stromsparende Hochspannungsversorgung und den stromsparenden Zählrohrverstärker zusammen mit einem wahlfreien Zählrohr als Geiger-Müller Zähler mit Digitalanzeige.

Hier gibt es die Beschreibung des Geiguino-Prototypen

Heutzu Tage kommt man kaum noch an dem Arduino Projekt vorbei, wenn man sich mit Elektronik beschäftigt. Diese einfache und kostengünstige Einsteiger-Plattform für Mikrocontroller ist einfach genial und ebenfalls ein Open Source Projekt. Dementsprechnd groß ist in der Zwischenzeit die Arduino-Community. Deswegen gibt es auf dieser Webseite auch etwas zum Thema Arduino.
Arduino Mikrocontroller Interface für Geigerzähler (und natürlich PIN-Diodenzähler)

Der Arduino mit einem Teviso PIN-Dioden Sensormodul zur Messung von Radioaktivität

Arduino-Mikrocontroller mit dem RD2007 Teviso PIN-Dioden

Davon träumen viele: ein digitaler Sensor für Radioaktivität, den man einfach an einen Mikrocontroller wie beispielsweise den Arduino anklemmen kann, ohne jeden Hardwareaufwand. Die schweizerische Firma Teviso (externer Link zu www.teviso.com) macht diesen Wunsch wahr und das zu einem durchaus noch erschwinglichen Preis.
Allerdings ist das hier verwendete Modul RD2007 mittlerweile durch ein Vergleichbares mit der Bezeichnung BG51 ersetzt.

Ein ganz einfaches Nachweisgerät für die radioaktive Dosisleistung mit dem Arduino und dem RD2007 Sensormodul von Teviso
Das Listing gibts auch im Downloadbereich.

Ein universelles Pulsraten-Zählgerät mit dem Arduino und serieller LCD-Anzeige für digitale Zählpulse ist hier beschrieben:
Zeitintervall-Vorgabe versus Zählimpuls-Vorgabe für die Datenauswertung mit dem Arduino bei zählenden Strahlungs-Detektoren für Radioaktivität

Das Radiation Detection Shield "Tino" - als kalibriertes Messgerät für Radioaktivität

Das Radiation-Detection-Shield "Tino" für den Arduino - professionelle Messung der Radioaktivität mit einem kalibrierten Teviso Strahlungssensor

Messung der Radioaktivität an 5 thorierten WIG-Schweißelektroden mit dem "Tino" Radiation Detection Shield (Sparkfun-Display)

Das "Tino" Radiation Detection Shield vor einer Porzellandose mit Uranglasur (LiteOn-Display)

Shields gibt es für den Arduino viele. Solche, die radioaktive Strahlung messen nur sehr wenige. Man hat einfach Respekt davor, mit 500V Spannung in die Nähe des Arduino zu kommen. Wer solche Ängste hat und dann auch noch den Hardwareaufwand minimieren will, für den ist der Tino genau das richtige. Denn der Tino arbeitet nur mit 5V und ist für den Anwender völlig digital. Tino kommt übrigens von T-eviso und ardu-Ino. Mit Hilfe dieser Kombination kann man mit wenig Aufwand ein Geigerzähler-Shield bauen und hat damit ein recht kleines und kalibriertes Messgerät für radioaktive Strahlung - ohne Hochspannung.

"Tino" - Ein Messgerät für radioaktive Strahlung als Arduino-Shield auf Basis eines Teviso Sensormoduls (erster Prototyp)
Das Tino-Shield mit einem Sparkfun seriellen 7-Segment Display als Anzeige (zweiter Prototyp)

Anschluss eines LCD Displays an das Tino Radiation Measurement Shield

Der Tino im Einsatz: Messung des Mauerwerks in der Kapelle im Killesberg Höhenpark Stuttgart, Vergleich zum Gammascout

Mess-Systeme und Georeferenzierung

Das Geo-Rexx System für georeferenzierte Strahlungsmessungen

Geo-referenzierte Daten sind heute in aller Munde. Bald jedes Händy hat ein GPS und speichert den Aufnahmeort mit einem Bild der Kamera oder man kann die geografische Position von S-Bahnen im Internet oder mit einer App auf dem Händy abrufen. Warum dann nicht auch die Radioaktivität in Abhängigkeit der geographischen Position messen? Das das sehr viel Wert sein kann, wenn es funktioniert, das hat das Safecast Netzwerk in Fukushima nach dem Versagen der Behörden gezeigt. Hier eine einfache aber erstaunlich gute Lösung mit dem Arduino zum Selber-Bauen, die ein GPS-Shield auf einem Arduino Uno mit einem Geigerzähler kombiniert. Der Name ist in Erinnerung an einen sehr bekannten deutschen Fernseh-Hund entstanden, der auch alles mögliche aufstöbern konnte.

„GeoRexx“ – Ein Mess-System für geo-referenzierte Radioaktivitätsmessungen auf der Basis des Arduino Mikrocontrollers

Photo des Geo-Rexx Systems

Szintillations-Zähler für georeferenzierte Strahlungsmessungen

Ein Szintillations-Zähler mit hoher Zählrate für sehr genaue georeferenzierte Strahlungsmessungen

Die Tino-Drohne

Mit moderner Hochtechnologie kann man sehr viel Unsinn anstellen, dazu gehören auch Drohnen. Das heisst aber nicht, dass die Drohnen-Technologie an sich in jeder Hinsicht sinnlos ist. In Fukushima wäre man froh gewesen, man hätte schnell das havarierte Reaktorgelände ausmessen können, ohne Menschen einer lebensgefährlichen Strahlung auszusetzen. Mit der Tino-Drohne kann gezeigt werden, dass mit geringen Kosten solch ein sinnvoller Katastrophen-Einsatz möglich ist. Die hier vorgestellte Mess-Drohne für Radioaktivität nutzt das Tino-Shield als Sensor auf einem Arduino und gestattet das Messen an riskanten oder unzugänglichen Stellen. Das Fluggerät ist ein Low-Cost Quadrokopter für 130Euro aus dem Modellbauladen. Die Kosten insgesamt: Unter 200 Euro.

Die Tino-Messdrohne im Schwebeflug

Hier die Beschreibung der Tino-Drohne für "unbemannte" Radioaktivitätsmessungen

WICHTIGER HINWEIS: Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in den meisten Staaten das Überfliegen nukleartechnischer Anlagen, insbesondere von Kraftwerken, gesetzlich verboten ist. Wer das missachtet, macht sich eindeutig strafbar. Darüberhinaus gibt es weitere Gesetze, die den Modellflug und den Hausfriedensbruch regeln. Auch diese müssen beachtet werden, wenn man nicht mit den Behörden in Konflikt geraten will.

Autonome Messstationen für Umweltradioaktivität

In der BRD gibt es seit einiger Zeit ein Messnetz aus Messstationen für die Umweltradioaktivität (http://odlinfo.bfs.de/). Diese Messstationen messen die sogenannte Gamma-Ortsdosisleistung in uSv/h in etlichen Städten unter bestimmten Normbedingungen. Doch seit Fukushima ist auch bekannt, dass amtliche Messstationen durchaus auch mal schnell vom Netz genommen werden, wenn was Entsprechendes passiert. Dann, wenn die solche Daten am notwendigsten sind, heisst es dann auf der Webseite ganz lapidar: "zur Zeit keine Daten". Aber auch zu ganz "normalen" Zeiten wäre es nicht schlecht wenn es eine gewisse Konkurrenz zu amtlichen Messstellen gäbe. Denn allzu leicht können amtliche Daten "korrigiert" werden, wenn es dafür eine politische Notwendigkeit gibt. Daher wären konkurrierende autonome Messstationen für die Bürger wertvoll, damit man zur Not auch auf alternative Daten zugreifen bzw. vergleichen kann.

Die RayWatch Projektidee

Ein politisch unabhängiges, dezentrales Netz von autonomen Messtationen nach dem Motto "ein Messnetz von Bürgern für Bürger" ist ein paar Gedanken wert. Wer sich solche Gedanken machen möchte sollte sich die RayWatch-Projekt Idee einmal zu Gemüte führen. Besonders interessant wäre das für die Schweiz, die trotz ihres sonst so vorbildhaften Katastrophenschutzes bisher immer noch kein landesweites amtliches ODL Messnetz hat. Bisher ist das RayWatch-Netz allerdings nur die Idee für ein Projekt, aber wenn einige Leute mitmachen ...

RayWatch - ein Messnetz von Bürgern für Bürger

Im Zusammenhang mit Messstationen ist ein wichtiger Aspekt, wie bekommt man die Messdaten der gemessenen Umwelt-Radioaktivität ins Internet, so dass auch andere Interessierte die entsprechenden Graphen sehen können und ohne dass man einen PC non-stop laufen lassen muss? Auch hier bietet der Arduino mit Ethernet Anschluss eine fast ideale Lösung:
Die Darstellung von Radioaktivitäts-Messdaten im Internet
Wer Interesse am Hosting eines php-Skripts für die eigene Messstation hat, darf sich gerne melden.

Vertrauen ist gut Kontrolle ist besser

Hier eine Beschreibung und die erste Erfahrung mit der solarbetriebenen autonomen Messstation R10 von 4N-Galaxy
Man darf gespannt sein wieviele Nachahmer es geben wird und ob das Messen der Umwelt-Radioaktivität nicht bald genauso selbstverständlich wird wie Luftdruck, Luftfeuchte und Temperatur.

Hier die Daten einer RH10-Messstation von 4N-Galaxy, die Daten werden von einem Ethernet-Arduino ins Internet übertragen:

Noch einige andere geloggten Betriebsparameter der RH10 Messstation:

Akkuspannung

Temperatur

Signalgüteparameter

Spannung des Solarpanel

Eine Messtation ist ja nett, aber heute sind die Low-Cost Messnetze sind im Kommen, die IoT-Technologien machen es möglich. Wenn man also nicht nur über eine Messstation nachdenkt, sondern über mehrere Messknoten in einem Radioaktivitäts-Messnetzwerk, dann spätestens sollte man sich das LoRaWAN-Netzwerk und insbesondere den einzigen IoT-Netzwerk-Provider, der seine Dienste für die LoRaWan Netzwerk-Konnektivität kostenfrei anbietet: "The Things Network". Hier wird ein Beispiel gezeigt, wie man dafür einen einfachen Messknoten aufbauen kann, den LoRaGeiger:
Ein Umwelt-Radioaktivitäts-Messknoten für das LoRaWAN IOT-Netzwerk „The Things Network“

So sieht die LoRaGeiger Ausgabe im Cayenne-IoT Visualisierungs-Tool aus, Lux bedeuten hier cpm beim SBM20-Zählrohr. Der schwache Peak rührt von 100g KCl für den Funktionstest.

Da leider das legendäre SBM-20 Driver Modul und andere Produkte von 4N-Galaxy derzeit nicht lieferbar sind, gibt es hier jetzt eine einfache Selbstbau-Lösung für ein GM-Modul, das sich genauso mit einem LoRaWAN zu einem Netzknoten für ein Funkmessnetz für Umweltradioaktivität kombinieren lässt. IsiGeiger: Ein Geiger-Müller Zählrohr-Modul für Mikrocontroller-Anwendungen
Eine weitere Alternative ist ein LaRaWAN Netzknoten mit dem PiGI-Modul des TDRM

Und so sieht am Ende ein einfacher Netzkoten aus:

Wer Interesse am LoRaWAN hat und auch mithelfen möchte, die Netzabdeckung und die Reichweiten aufzuzeichnen, hier eine Anleitung für einen einfachen Mapping Netzknoten mit dem Arduino MKRWAN 1300.

Die IoT Welle nimmt immer mehr an Energie zu und die Gemeinde wächst rasant. Es ist kein Bastler mehr sondern man ist "Maker". Daher hier noch eine Messstation speziell für Maker-Freunde:
Der Maker-Geiger: GeigerZähler und LoRaWAN Radioaktivitäts-Messstation auf Basis der Arduino Maker-Familie

Und so sieht das ganze schließlich in der Cayenne IoT App dazu aus, wenn man etwas Pottasche vor das Zählrohr des Maker-Geiger legt:

Eine ganz zeitgemäße Anzeige auf dem Smartphone also, so wie sich das eben für echte Maker gehört. Das dokumentiert auch den Wandel bei modernen Displaykonzepten.

ACHTUNG: Für die letzte Version des Codes bitte unter Download schauen, oder unter github.com/opengeiger

Der natürliche Fallout

Viele Menschen ahnen das Schlimmste, wenn sie von radioaktivem Fallout hören. Das muss aber nicht immer so sein. Manchmal ist dieser Fallout ganz nützlich.
Hier ein Bericht zum natürlichen Fallout im Regen, gemessen mit der Geigerle Messstation in Besigheim.