Beta, Gamma Detektor mit BPW 34 Photodioden, optimierte Schaltung

[J.Heinrich (Gast)]

Hallo, liebe Mitforisten,
ich war lange auf der Suche nach einer Lösung zur empfindlichen und 
zuverlässigen Messung von Kernstrahlung (Pilze, Wild usw...), die ohne 
umständlich zu beschaffendes Geiger-Müller-Zählrohr auskommt. Nach der 
Anschaffung eines Rad-Rate für sage und schreibe 200 Euro kam zunächst 
Ernüchterung ob dessen Leistung, nachzulesen hier:
Beitrag "RadRate Geigerzähler, Selbstabschaltung deaktivieren"
stundenlange Messzeiten für vernünftige Werte, also zu unempfindlich.

Fündig wurde ich nun zunächst bei http://www.opengeiger.de - eine toll 
gemachte Seite von Bernd Laquai aus Stuttgart. Fix nachgelötet sein 
Stuttgarter Geigerle, sechs BPW 34 in ein 2x3-Array verpackt und in 
schwarz durchgefärbtes Epoxi vergossen, mit Alufolie ringsum abgeklebt 
als Sensor. Hatte jedoch größere Probleme mit der Schwingneigung der 
Schaltung.

Nach dem von B.Laquai empfohlenen "Debugging in der Keksdose" auf dem 
Steckboard mit der Soundkarte als "Oszi" kam nach einiger Optimierung 
eine etwas andere Schaltung heraus.

Die Eingangsstufe ist mit einem einzelnen LF356N bestückt, das 
rauschärmste und gleichzeitig hochohmigste, was ich im Bestand finden 
konnte. Statt 10 M beträgt der Gegenkopplungswiderstand 40 M. Die 
dadurch resultierende Transimpedanz-Verstärkung ist so hoch, dass man am 
LF356-Ausgang über den Mikrofoneingang der Soundkarte in einem 
Audioprogramm die kleinen Beta/Gamma-Peaks bereits erkennt. Der LF356N 
ist sowohl auf der Masse- als auch auf der 9V-zuleitung jeweils mit 
einem 50 Ohm-Widerstand vom Rest der Schaltung abgekoppelt, um den 
Last-OP nicht "reinpfeifen" zu lassen

Es folgen ein halber TL072 mit 100facher U-Verstärkung, danach ein 
halber LM358 als Komparator zur Ausfilterung des Rauschens. Da die 
Peakhöhen immer noch recht unterschiedlich sind, und ich kleine Peaks im 
Zähler nicht unter den Tisch fallen lassen will, erneute 100-fache 
Verstärkung der Wechselspannung mit nachgeschaltetem Komparator.

Die Referenzspannung für die beiden Komparatoren wird mit einem 10-Gang 
-Spindeltrimmer auf 50 bis 60 mV kleiner als die U(+IN) der TL072 
eingestellt, was gerade eben unter der negativen halben Rauschspannung 
liegt.

Vergleich mit RAD-RATE:
Nullrate (10 min) - Eigenbau:17 counts, RAD-RATE:7 counts
50 g Kaliumjodid (10 min) - Eigenbau: 68 counts, RAD-RATE 34 counts
Th-WIG-Elektrode (2 min) - Eigenbau:118 counts,  RAD-RATE: 55 counts
NaMgUAcetat-Prüfstrahler(1 min) - Eigenbau:244 counts, RAD-Rate 114 
counts

Also ist der Eigenbau etwas mehr als doppelt so empfindlich wie der 
kommerzielle.

[Julian W. (julian-w)]

Klingt interessant, könntest du mal ein Bild von deiner aufgebauten 
Schaltung posten?

[Abdul K. (ehydra)]

Und auch probiert an Pilzen?

[J.Heinrich (Gast)]

Julian W. schrieb:
> Klingt interessant, könntest du mal ein Bild von deiner
> aufgebauten
> Schaltung posten?

Bilder:
- Eigenbau_001.png: Audiorecording über Soundkarte am Ausgang des 
letzten Komparators zur bestimmung der counts bei 50g KJ, der Nullrate, 
und einer zerkleinerten thorierten WIG-Schweißelektrode (2% Th)

- Eigenbau_002.png: Audioaufnahme nach dem letzten Komparator, parallel 
dazu audioaufnahme nach dem ersten TL072, also der zweiten 
Verstärkerstufe. Es werden auch kleine Impulse verstärkt.

- Ist_zustand.jpg: "Debugging in der Keksdose" Optimierung auf dem 
abgeschirmten Steckboard, der kleine Schokoriegel ist das vergossene 
Diodenarray. In der Blisterüte ist einer der Probestrahler zu sehen, 
eine in 2 cm-Stückchen zerbrochene WIG-Schweißelektrode mit 2% 
Thriumgehalt

- JRAD_LAY.PNG stelt den Soll-Zustand dar, das Layout der Schaltung 
passt handgeroutet auf eine einseitig geätzte Platine (1 Drahtbrücke) 
von ganzen 30 x 70 mm (ohne Piezo-Summer). Kein SMD.

[J.Heinrich (Gast)]

Auf intensive Nachfrage hin hier nochmal den Ausgang mit 200 
nF-Koppelkondensator des ersten OP-AMP angehängt, aufgenommen mit 
Audacity, (Freeware, ok, stürzt manchmal ab...).
Die ersten 30 sek sind mit einem Prüfstrahler auf dem Sensor 
aufgenommen, die restlichen 15 min ohne (="Nullrate").

Fragen:

1. Was ist hier Signal, was ist Rauschen?

2. Kann man die negativen Peaks in der oben genanten Schaltung auch 
einem radioaktiven Zerfall zuordnen?

3. Wie ist die Compton-Streuung zu bewerten?

4. Gibt es Fluoreszenz-Effekte im Plastik der BPW34?

(Hab leider keinen Bleibunker, um das ganze völlig unbestrahlt 
anzusehen.)

[J.Heinrich (Gast)]

Der nächste Gau nach Fukushima ist nur eine Frage der Zeit, nicht des 
Ob.
Also sollten wir unsere Lebensmittel eingenständig und referenziert auf 
Strahlung untersuchen können, ohne langwierige Probenvorbereitung.

Ich strebe einen Detektor basierend auf PIN-Dioden (z.Bsp.BPW34)an, der 
aus großer Entfernung bereits "hot Spots" erkennt. Pilze und 
Wildschwein, mit Cs137 kontminiert, sowieso.

Wer strebt mit?
Mein Vorschlag: Mehrkanalzähler.
Ich baue gerade ein Array von 4*6 Pin-Dioden, jedes subarray mit eigenen 
Vorverstärker.
Treviso aus der Schweiz verlangt freche 850Euro für so einen Zähler...

P.S. Den Batterie-Auslutsch-Test besteht die oben veröffentlichte 
Schaltung gerade mit Bravour:
Ich hab bei angefangen bei 9,4 jetzt nach 24 h bei 7,6 V Akkuspannung 
immer noch eine viertelstündlich konstante Zählrate vom 
Th-W-Prüfstrahler von 70 cnt /min +/-1

und das mit diesen vergleichsweise "grottenschlechten" und alten 
Dinosaurier-IC's
(LF356N, TL072)

Hauptsache:Keksdose.

Joern

[Tim . (cpldcpu)]

Das hier könnte von Interesse sein:
http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/2236

[Elliot (Gast)]

Hallo Leute,

Erstens, tolles Projekt!

Zweitens, ich habe gerade über dieses Projeckt was für Hackaday 
geschrieben.  Es kommt in den nächsten Tagen raus.

Drittens, interessant würde für mich wenn man das Ding kalibrieren kann. 
Kennt jemand wie man das machen könnte?

(Bitte mit Sprachfehler ein Bisschen Verstandnis haben -- bin ein Ami.)

Best,
 Elliot.

[B. O. (t_65)]

Elliot schrieb:
> Drittens, interessant würde für mich wenn man das Ding kalibrieren kann.
> Kennt jemand wie man das machen könnte?

Bei Google "Kernforschungszentrum" (ohne die Anführungszeichen) 
eingeben, dann den Standort deiner Wahl anklicken. Die können das.
Oder das Kernkraftwerk deines Vertrauens in der Nähe fragen. ;-)

[Christoph -. (con-f-use)]

Ich war schön länger auf der Suche nach etwas Ähnlichem für den 
Unterricht. Danke für's veröffentlichen.

Ist die Version von B.Laquai wirklich so problematisch? Wie genau äußert 
sich die Schwingneigung und wie leicht ist sie wegzutrimmen?

Verliert man nicht etwas Alpha-Strahlung, wenn man die Dioden eingießt 
und ganz mit Alu umhüllt?

Nebenbai: Was haben die beiden Autoren gegen SMD? Ich halte weniger 
bohrungen und schnelleres löten durch reflow für sehr angenehm.

[Schreiber (Gast)]

J.Heinrich schrieb:
> Ich strebe einen Detektor basierend auf PIN-Dioden (z.Bsp.BPW34)an, der
> aus großer Entfernung bereits "hot Spots" erkennt. Pilze und
> Wildschwein, mit Cs137 kontminiert, sowieso.

Wünsche viel Spaß bei der Entwicklung des Messverstärkers und der 
(optischen) Ankopplung des (BGO oder NaI?) Kristalls. Die BPW34 ist 
übrigens völlig ungeeignet, weil viel zu klein. Da brauchts größere und 
damit auch sehr viel teurere PIN-Dioden.

Mit einem Photomultiplier gehts einfacher und teurer wirds sicher nicht.

[Christoph -. (con-f-use)]

Für mich als Unbeteiligten klingt das wie ein "ihr seid alle Idioten, 
viel Spaß beim dumm sein." Hat der anonyme schreiber vielleicht ein 
eigenes Design, dessen Überlegenheit er hier mit harten Fakten 
demonstrieren kann?

Schreiber schrieb:
> Wünsche viel Spaß bei der Entwicklung des Messverstärkers [...] Die BPW34 ist
> übrigens völlig ungeeignet [...]

[Schreiber (Gast)]

Christoph -. schrieb:
> Für mich als Unbeteiligten klingt das wie ein "ihr seid alle
> Idioten,
> viel Spaß beim dumm sein." Hat der anonyme schreiber vielleicht ein
> eigenes Design, dessen Überlegenheit er hier mit harten Fakten
> demonstrieren kann?

Nur etwas Erfahrung:
Da will jemand einen Detektor bauen um...
> ...unsere Lebensmittel eingenständig und referenziert auf
> Strahlung untersuchen [zu] können, ohne langwierige Probenvorbereitung.
Folglich soll nicht nur ein einfaches Strahlenmessgerät sondern gleich 
ein Gammaspektrometer gebaut werden...

Dazu brauchts eben einen Szintillatorkristall und entweder eine 
PIN-Diode+Verstärker (wünsche hier nochmals viel Spaß...) oder einen 
Photomultiplier (und keinen Verstärker)
Das Problem ist, dass man den Verstärkungen, die man bei einer PIN-Diode 
braucht alles verstärkt, nur nicht das was man verstärken will (zu viele 
Störungen). Beim Photomultiplier entfällt dieses überaus lästige 
Problem.

zusätzlich will er, dass der Detektor
> aus großer Entfernung bereits "hot Spots" erkennt
...geht auch nicht mit einer BPW34. Zu unempfindlich.

Wenn er allerdings unter einem "hot Spot" ein abgebranntes Brennelement 
(unverpackt, versteht sich) aus dem örtlichen AKW verstehen sollte, dann 
ist eine BPW34 selbstverständlich hinreichend empfindlich. Aber dafür 
würde auch der Geigerzähler-Bausatz von Pollin reichen...

[j.heinrich (Gast)]

Hi,

war ja doch was los hier, in letzter Zeit ;-)
Habe auf meinem Tisch nun einen Vierkanal-Detektor mit insgesamt 24 
BPW34.

Schreiber hat teilweise recht: Für Gamma-Strahlung oberhalb ca 
100-200keV ist die BPW34 ohne vorgeschalteten Szintillatorkristall zu 
unempfindlich, da reicht der Einfallsquerschnitt einfach nicht zum 
Gamma-Einfang aus. Das belegt auch eine über 2 Tage durchgeführte 
energieselektive Messung von Beta-geschirmten 100g KJ, was in jedem 
tragbaren Gamma-Spektrometer sofort die 1,4 MeV - Kalium40-Linie 
erscheinen lassen sollte. Die Beta-Empfindlichkeit ist allerdings 
hervorragend! (Und damit fängt man auch das radioaktive Wildschwein auf 
Kühltheken-Entfernung ;-) )

Das Problem beim Vierkanaler ist nun, dass man alle Kanäle einzeln 
referenzieren muss (Komparator-Schaltschwelle) um ein vernünftiges 
Summensignal für counts/min zu erhalten.

Ein weiteres Problem in allen direkt anzeigenden und batteriebetriebenen 
Geräten ist die Entkopplung der Vorverstärkerelektronik von den 
(superkleinen) Spannungsänderungen an der Versorgung durch die 
Signalisierung (Led, Piezo-Beeper).

MIt einem TLC 555 zur Signalverlängerung jedenfalls bin ich 
diesbezüglich völlig auf die Nase gefallen, das ging garnicht. Der 
verursacht brutale Peaks auf der Versorgungsleitung, die Du auch durch 
Abkopplung mit 100µF hinter 1000 kOhm für den TLC555 nicht aus der 
OP-Versorgung rausbekommst. Es ging letztlich mit einem monostabilen 
Multivibrator in diskret-Bauweise (Transistoren).

Zu den energieselektiven Messungen:
ich bin in den IC-Sockel hinter der zweiten Verstärkerstufe mit 
Breadboard-Jumper-Wires reingegangen, und hab die 4 Signale jeweils über 
eine Spannungsteiler/Zehnerdiodenschaltung auf die Analogeingänge eines 
Leaflabs Maple (STM32F106RBT, 72 MHz, CortexM3) gesetzt. Ich bekomme mit 
einem schnellen Sampling-Algorithmus ("Schwellwert überschritten, nur 
noch diesen Peak messen") ca 3-15 AD-Messwerte je Ereigniss, was einer 
Samplingfrequenz von ca 200 kHz entspricht. Die hohen Peaks haben mit 
den eingesetzten OP's eine Breite von ca 110 µs.

Dazu kleine Frage in die versierte Community:
Gelesen habe ich, dass man bei energieselektiven Messungen von 
Röntgen/Gammaquanten die Peakhöhe des Detektors als Maß für die 
absorbierte Energie des Quants nimmt. Meine OP's sind jedoch keine 
High-Speed OP's (Slewrate kleiner 1V/µs), die Kapazitäten der 6 BPW34 
sind parallel auch nicht zu verachten, also war meine Überlegung:
Jeder Quant erzeugt in der Diodenanordnung gemäß seinem Energieeintrag 
eine bestimmte Zahl freie Elektronen, die eine "freigesetze" Ladung 
bedeuten. Was je nach Bauteiletoleranzen in den vier Detektorkanälen ein 
jeweils unterschiedlich hohes und breites Signal ergibt. Ist nicht 
insofern die Integration der Messwerte oberhalb der Rauschschwelle 
innerhalb eines Peaks eine genaueres Maß für die eingetragene Energie, 
als die bloße Peakhöhe? Die doch stark von der Feedback-Kapazität im 
Transimpedanzverstärker abhängt?
Ich habe aufgrund des THM-Schaltungsdesigns unterschiedlich lange 
Signalleitungen von den vier Diodenarrays zum ersten OP. Die beiden 
äußeren, längeren rauschen ca 20% mehr als die beiden inneren 
Photodiodenarrays / Kanäle, sind bei 20 M Feedback-R mit 1.5 pF 
kompensiert, die inneren mit 1.2 pF.

Verwendete OP'S im Vierkanaler erste STufe:
TLC660, LT1114,  Präferenz blieb beim TLC660. Demnächst kommen noch par 
andere schnellere und rauschärmere Buschen ran.

Also geht die ganze Kompensation bei mir jetzt pe Software, indem ich

A) alle 30 min digital neu die Rauschschwelle kalibriere, um die mit dem 
Abfall der Akkuspannung einhergehende Veränderung des Rauschverhaltens 
der Diodenarrays auszugleichen,

B) jedes einzelne Signal integriere, um die Kanalunterschiede in der 
Feedback-Kapazität und Blindkapazitäten hinsichtlich einer 
energieselektiven Messung auszugleichen.

C) den Bezugspunkt für die energieselektive Messung, d.h. den Mittelwert 
aller Messwerte eines Kanals, sofern der gemessene Wert kein Singal ist, 
fortlaufend mittle (ca 50 kHz) und sekündlich den Schwellwert damit 
beschicke.

Fotos? Messergebnisse? Wenn Feedback, dann ja... ;-)
Viele Grüße
J.Heinrich

[j.heinrich (Gast)]

als Link für die Gammaspektroskopiker unter uns hätte ich da noch den 
folgenden:

http://einstlab.web.fc2.com/Gamma/spectroscopy.html

J.Heinrich

[ArnoR (Gast)]

j.heinrich schrieb:
> Ein weiteres Problem in allen direkt anzeigenden und batteriebetriebenen
> Geräten ist die Entkopplung der Vorverstärkerelektronik von den
> (superkleinen) Spannungsänderungen an der Versorgung durch die
> Signalisierung (Led, Piezo-Beeper).

Wundert dich das bei der Schaltung wirklich? Die Spannungsteiler für den 
AP R1/R2 und R10/R11 sind nicht abgebolckt. Was auf der Versorgung ist, 
wird mit dem Teilerfaktor direkt als Eingangsspannung wirksam. Leg mal 
ordentliche Elkos über R2 und R11.

Die ganze Schaltung ist überhaupt sinnlos. Zunächst ein TIA (ja), dann 
ein invertierender Verstärker mit V=100 (ja), dann ein empfindlicher 
Trigger mit Hysterese (ja ok, das reicht dann, der macht schon +-Vcc 
oder gar nichts), danach wieder ein invertierender Verstärker mit V=100 
(an dessen Ausgang bestenfalls das invertierte Signal der vorhergehenden 
Stufe liegen kann, aber nichts verstärktes), und schließlich ein 
freilaufender Komparator der auch wieder nichts anderes als der Trigger 
viel weiter vorn machen kann. Was soll das alles?

[j.heinrich (Gast)]

Nö nicht sinnlos zu jenem Stand der Entwicklung wie in den zuletzt 
verlinkten Schaltplänen dargestellt.
die ganz kleinen, kurzen Impulse reichten nämlich nicht, den Komparator 
voll durchzuschalten. Ist der nämlich nicht schnell genug dafür. Mit dem 
Nachgeschalteten Verstärker waren diese Impulse dann auchzählbar.
Aber aktuell ist ja eine andere Schaltung am Start...

J.Heinrich

[j.heinrich (Gast)]

Christoph -. schrieb:
> Ich war schön länger auf der Suche nach etwas Ähnlichem für den
> Unterricht. Danke für's veröffentlichen.
>
> Ist die Version von B.Laquai wirklich so problematisch? Wie genau äußert
> sich die Schwingneigung und wie leicht ist sie wegzutrimmen?
>
B. Laquai hat sehr viele Beispiele, in denen seine Schaltung erfolgreich 
nachgebaut wurde. Bei mir allerdings hat sie im Original nur gepfiffen, 
nach dem ersten "Klick" - sofort ans Schwingen gekommen, und zwar in dem 
Moment, wo der letzte Komparator eine Last ansteuert (LED, Beeper...). 
Wegtrimmen ist mir nicht gelungen, sowohl auf dem Steckboard als auch 
auf Lochraster nicht.

> Verliert man nicht etwas Alpha-Strahlung, wenn man die Dioden eingießt
> und ganz mit Alu umhüllt?

Alpha-Strahlung lässt sich mit den BPW34 ohnehin nicht detektieren, da 
das umgebende Plastik Alpha-Strahlung vollständig abschirmt. Bereits ein 
Blatt Papier reicht dafür aus.

>
> Nebenbai: Was haben die beiden Autoren gegen SMD? Ich halte weniger
> bohrungen und schnelleres löten durch reflow für sehr angenehm.

Hab leider keine Reflow-Anlage... ;-)

[j.heinrich (Gast)]

Mit BPW34 Gamma messen? Energieselektiv (d.h. Gammaspektroskopie)?
Das ist ein mühseliges Geschäft. Ein sehr mühseliges.

Wer behauptet, einfache PIN-Dioden (wie BPW34) ohne 
Szintillatiorkristall hätten eine nennenswerte Gamma-Empfindlichkeit 
oberhalb von 80 keV (also da, wo Röntgen langsam aufhört und Gamma 
beginnt), der lügt, zumindest sich selber schlicht was in die Tasche. 
Egal, wie groß man die Detektionsfläche macht.

Zur Schaltung:
Der Vierkanaldetektor mit je 6 paralellen BPW34 je Kanal ist gegenüber 
dem Schaltplan insofern abgeändert,dass kein TLC555 zur 
Signalverzögerung eingesetzt wird, sondern der im LTspice Diagramm 
wiedergegebene, diskret aufgebaute monostabile Multivibrator. Für die 
"Gammaspektren" allerdings wurde der erste vierfach-Komparator aus der 
Schaltung entnommen, und in seinen Sockel vier Jumper-Kabel eingesteckt, 
mit denen das Signal direkt aus den Ausgängen der zweiten 
Verstärkerstufe entnommen und in einen Vielkanalanalysator 
(LeaflabsMaple / PC, 4x 1500 Kanäle) eingespeist wurde.
Die Signale wurden mit ca 200 kHz gesampelt, und stellten zwischen 3 bis 
20 Messwerte je Peak zur Integration zur Verfügung.

Die "Gammaspektren" wurden an einer U-Probe über den Zeitraum von 2 
Tagen aufgenommen. Die Probe wurde zur Abschirmung von Beta-strahlung 
mit zwei je 3 mm dicken Plexiglasscheiben abgedeckt, die gesamte 
Anordnung zusätzlich noch in Plexiglas eingepackt.

Resümee:
Wie man sieht, sieht man nicht besonders viel. In der Aufsummierung der 
vier Kanäle bleibt ausser einem charakteristischen Maximum im ganz 
niedrigenergetischen Bereich nichts eindeutig als "Photopeak" zu 
identifizierendes übrig. Die vier Kanäle ähneln sich auch nur in 
Teilbereichen, mit ganz viel gutem Willen...
Nein, für richtige Gammspektroskopie eignet sich die BPW34 nicht, dazu 
ist sie viel zu unempfindlich für Gammaquanten. Wenn man von einer 700 
Beta-counts-per minute(!) Uran-Probe nur 4 Gamma(?)counts pro minute 
bekommt, bei ebensogroßer Nullrate, heißt das wochen- und Monatelang 
messen, um zu einer brauchbaren Statistik zu kommen.

Im übrigen auch B.Laquai behauptet fäschlicherweise, sein Stuttgarter 
Geigerle könnte Gammastrahlung detektieren. Kann er aber ebensowenig wie 
ich mit meinem großflächigen Vierkanaler aus 24 BPW34. Oder der 
kommerzielle "Volks-Geigerzähler" RAD-RATE, der ebenfalls mit 3 BPW34 
bestückt zu sein scheint.

Für Betastrahlung ist diese PIN-Diode allerdings hervorragend 
empfindlich. Das positive für meinen Einsatzzweck: Cs137 emittiert 
genausoviel Beta-Energie wie Gamma-Energie, ist also in Lebensmitteln 
darüber detektierbar, ebenso wie die Betastrahler in der U / 
Th-Zerfallsreihe.

(Bilder:
Herstellung des Diodenarrays, Energieselektive Messung Kanaäle A..D, 
Energieselektive Messung , Kanalsumme, Schaltplan Vierkanaler, Monoflop 
diskret, Messanordnung, Plexiglasabdeckung teilweise entfernt.)

[j.heinrich (Gast)]

Ergänzung:
Bei meinen "Spektren" sind am linken Rand zwei Linien zu erkennen. Die 
ganz links außen könnte auch ein Artefakt, nämlich Geräterauschen sein. 
Die rechts dicht daneben mit ähnlicher Höhe könnte jedoch eventuell die 
zu erwartende Th234-Linie sein, bei 93 keV, also von der BPW34 noch 
detektierbar, und im Uranspektrum in einem guten Gammaspektrometer 
vermessen (siehe Abbildung, aus: 
http://fs-ev.de/Nachwuchs/Arbeiten_2008/Projekt%203_2008.pdf) mit der 
größten Impulsrate vorkommend.

Falls jedoch die nidrigenergetischste Line kein Geräteartefakt 
darstellt, dann wäre die hohe Line am linken Rand dem Th234-Zerfall 
zuzuordnen, und die rechts daneben sichtbare dem U235/Ra226-Zerfall. Zu 
letzterem würde auch die relative Impulshöhe passen.

[Loc Dog (Gast)]

Versuche auch zur Zeit die original Schaltung aufzubauen und ebenfalls 
habe ich Probleme mit der Schwingungen. Seit 2 Stunden experimentiere 
ich rum. Konnte die Amplitude zwar halbieren, jedoch nicht komplett 
entfernen...

[ArnoR (Gast)]

So, ich habe mir nun auch mal so eine Detektor-Schaltung mit der BPW34 
entworfen und aufgebaut. Dabei hab ich festgestellt, dass die von mir 
gemessenen Impulse i.d.R. eine sehr viel kleinere Anstiegszeit (<1µs bis 
auf etwa 80% Pegel) haben als die mit dem "OpenGeiger" (10µs) 
gemessenen. Die ermittelte Anstiegszeit liegt dabei genau in der 
Größenordnung der Eigenschaften meiner Schaltung, so dass die "echten" 
Impulse wohl noch schneller sind.

Durch die langsame Reaktion auf den Puls verschenkt die 
OpenGeiger-OPV-Schaltung einiges an Empfindlichkeit, weil nicht die 
volle Pulshöhe gesehen wird. Außerdem gehen wohl Informationen verloren.

Selten waren bei meiner Messung auch langsame Pulse dabei, deren Pegel 
meist am unteren Ende der schnellen war. Möglicherweise lässt sich 
daraus eine Information über die verursachenden Teilchen ablesen?

Strahlungsquelle war ein halbierter Kleinpflasterstein aus Granit mit 
der frischen Bruchfläche im Abstand von 1mm zur BPW34, die Schaltung 
enthält nur eine BPW34. Registriert wurde etwa 1 Puls in 2 Minuten.

[j.heinrich (Gast)]

Der wichtige Punkt für die energieselektive Messung heißt Integration 
des Peaks. Nicht nur Maximalhöhenmessung. Aktuell habe ich einen 8x8x8mm 
großen Sensor von FirstSensor - Berlin unter ner Dose Kaliumjodid am 
Start, das detektierende Volumen ist ein in Epoxi vergossener 
Szintillatorkristall vor einer großflächigen Photodiode.

Damit lässt sich gemäß Datenblatt (und ja, lügen wir nicht alle ein 
bischen ?) tatsächlich die K40-Linie bei 1,4 MeV mit 12-15% 
Wahrscheinlichkeit auch einfangen.

Gemäß persönlicher Mitteilung soll der "keine" Beta-Empfindlichkeit 
aufweisen. (Was noch zu prüfen ist....)

Aber zur Antwort auf die Anstiegsgeschwindigkeit:
Kann sein, dass B.Laquai nicht die schnellsten OP's zur Hand hatte,
so dass das Ansprechverhalten eben "nur" die V/usec des eingesetzten 
OP's repräsentiert (nebst kapazitiver Gegenkopplung).

Die in der Diode von einem Gammaquant von 100 eV freigesetzte 
Elektronenmenge beträgt laut FirstSensor ca 100 Elektronen. In Worten: 
hundert Elektronen. Nicht mehr. Und dieser winzige Ladungsimpuls soll 
detektiert werden. Man sehe die Kapazitäten in diesem Schaltkreis 
(10-100 pF die Diode allein, je nach Vorspannung), der Op legt selber 
eingangsseits noch 2 pF minimum drauf, kommen Cu- Leitungen dazu.
Das zieht den Peak zwar flach, macht ihn aber nicht weniger Voluminös 
dadurch.
(Stichwort Peak-Integration statt Peakmax als Maß für die freigesetzte 
Energiemenge, in Analogie zu HPLC-Peaks der Chromatographie oder der 
MALDI-TOF-Peaks der Massenspektrometrie zur Stoffmengenbestimmung )

Wenn man schnellere OP's einsetzt, kann man zwar kleinere Peaks beser 
auflösen und vom Rauschen trennen, aber wer will schon im 
niedrigenergetischen Compton-Spektrum der gestreuten Gammaquanten 
reichlich fündig werden?
Das hat zur Identifizierung oder Quantifizierung von Isotopen wenig 
Sinn, ausser:
Rauschabstand zu vergrößern.

.. na denn immer weiter hier ;-)

[ArnoR (Gast)]

Ich denke wir reden aneinander vorbei. Meine Messungen zeigen sowohl 
solche (langsamen) Pulse, wie sie der OpenGeiger ausschließlich zeigt, 
als auch sehr viel schnellere Pulse. Längere Messungen mit einer 
deutlich verbesserten Schaltung zeigen etwa vergleichbar große 
Impulshöhen für langsame und schnelle Pulse. Meine Frage war, wieso gibt 
es diese langsamen und diese schnellen Pulse?

[ArnoR (Gast)]

Im rechten Bild sind am Triggerzeitpunkt Störungen zu sehen, die nicht 
vom Sensor, sondern von einer Straßenkehrmaschine stammen.

[Gerd E. (robberknight)]

ArnoR schrieb:
> Im rechten Bild sind am Triggerzeitpunkt Störungen zu sehen, die nicht
> vom Sensor, sondern von einer Straßenkehrmaschine stammen.

Das wär doch mal was für die Verschwörungtheorie-Anhänger: Als 
Straßenkehrmaschinen getarnte Gammastrahlenkanonen verstrahlen 
systematisch die ganze Bevölkerung!

Vielleicht kannst Du ja Deine Messungen dem Kopp-Verlag verkaufen ;)

[Peter X. (peter_x)]

Gerd E. schrieb:
> Das wär doch mal was für die Verschwörungtheorie-Anhänger: Als
> Straßenkehrmaschinen getarnte Gammastrahlenkanonen verstrahlen
> systematisch die ganze Bevölkerung!

Wie groß muß die Flächenleistung eines durch ein Nuklid ausgesandten 
Strahles sein, um genetisches Gewebe in annehmbarer Zeit vollständig zu 
zerstören?
Welche Nuklide eignen sich dafür am besten? Alpha-, Beta- oder 
Gamma-Strahler?

[ArnoR (Gast)]

Gerd E. schrieb:
> Das wär doch mal was für die Verschwörungtheorie-Anhänger: Als
> Straßenkehrmaschinen getarnte Gammastrahlenkanonen verstrahlen
> systematisch die ganze Bevölkerung!
>
> Vielleicht kannst Du ja Deine Messungen dem Kopp-Verlag verkaufen ;)

Wie witzig.
Wenn es "Gammastrahlen" gewesen wären, dann hätten die im Sensor auch 
ganz normale negativ gerichtete Impulse erzeugt wie die aus dem Granit. 
Die wären also gar nicht zu erkennen gewesen.

Die Messung im rechten Bild lief übrigens über 2 Stunden, Quelle war 
wieder nur der halbierte Plasterstein. Ohne Stein wurde über 1 Stunde 
überhaupt kein Impuls registriert.

[j.heinrich (Gast)]

Sorry, wenn ich nicht auf den Kern Deiner Argumentation eingegangen bin,
Ich habe jedoch dazu auch nur...
bescheidene chemische Theorie,
und nichts sofort für den eigentlich noch zu charakterisierenden 
Spezialfall bewiesenes (Welche Dioden, welche OP-Amps, welche 
Umgebungsmaterialien in der Nähe der Dioden, usw...).

Die Anregung von Atomorbitalen (Durch hochenergetische Photonen), und um 
deren Abregungsstrahlung handelt es sich, wenn man so betrachtet, was 
letztlich im Oszilloskop ankommt, kann durchaus mit Relaxationszeiten 
verbunden sein.
Also: Wenn die eine vorm Detektor vorhandene Atom / Molekülsorte durch 
Gamma in angeregte Zustände versetzt wurde, dauert es ggf. länger, bis 
die Energie in Form von Licht oder Röntgen wiede abgegeben wurde, als 
bei der anderen.
Es kann sich einerseits um freie, herausgeschlagene Elektronen handeln, 
die zum Peak beitragen, andererseits um detektierte Lichtquanten (die 
wiederum elektronen im Material freisetzen können, je nach 
Absorptionswellenlänge...)

D.h. die unterschiedliche zeitliche Stabilität der angeregten Zustände 
von unterschiedlichen Atomen / Molekülen kann dazu führen, dass die 
Energie einerseits schnell detektierbar oder eben langsamer detektierbar 
wird.

Soweit erkläbar, im Prinzip zumindest...

[j.heinrich (Gast)]

Habe noch hinzuzufügen:
Wenn mein Mobil-Telefon sich mit meinem in einem Alu-Gehäuse 
befindlichen Detektor in einem Raum befindet, so löst dessen zeitweilige 
Verbindungsaufnahme mit dem Netz im Detektor eine ganze Kaskade von 
"Impulsen" aus.
Scheint die richtige Wellenlänge zu haben, um da durchs Alu 
reinzupfeifen...
(Braucht man keine Gamma-Straßenkehrmaschine dazu)

[j.heinrich (Gast)]

Noch n kleiner Nachsatz:
Ich würde mich jetzt sogar versteigen zu postulieren, dass die 
zeitverzögerten Peaks auf eine Energieabgabe im Kunstoff-Orbitalbereich 
(BPW34-Plastikgehäuse) mit entsprechender Molekülfluoreszenz schließen 
lassen, und die schnellen Peaks auf eine Energieabgabe im Silizium 
(nebst Dotierung) der Phothodiode selber.

[ArnoR (Gast)]

j.heinrich schrieb:
> Ich würde mich jetzt sogar versteigen zu postulieren, dass die
> zeitverzögerten Peaks auf eine Energieabgabe im Kunstoff-Orbitalbereich
> (BPW34-Plastikgehäuse) mit entsprechender Molekülfluoreszenz schließen
> lassen, und die schnellen Peaks auf eine Energieabgabe im Silizium
> (nebst Dotierung) der Phothodiode selber.

Ahhh, auf so eine Antwort hatte ich gehofft. Wenn man das Eine jetzt 
noch der Beta- und das Andere der Gamma-Strahlung zuordnen könnte...

[j.heinrich (Gast)]

Alpha siehtst Du sowieso nicht, die Heliumkerne bleiben ja bereits in 
5-20 mm Luft stehen (durchdringen nicht mal ein Blatt Papier). Was Du 
siehst mit diesen BPW 34 ist vor allem Beta-Strahlung. Die löst im 
Kunstoff und im Silizium Bremsstrahlung aus: weiches Röntgen, gleich 
hinterm UV, und das sieht diese Diode. Sonst nichts. Die 
Detektionsempfindlichkeit der BPW 34 und Konsorten ist noch ca 80% bei 
40 keV (= mittlere Röntgenstrahlung) und nimmt dann exponentiell ab, 
erreicht bei 100keV, und da fängt Gamma gerade erst an, nur noch eine 
Einfangwahrscheinlichkeit weniger als 1%.
D.h. auf dem Gamma-Auge ist die BPW 34 komplett blind.

Doch mit einem CsJ-(Tl) Szintillationskristall vor der PIN-Diode sieht 
das Bild völlig anders aus. Damit hat man bei 100 keV und darunter die 
100%, bei 1,4 MeV, und da liegt die K40-Linie, immerhin noch 15% 
Einfangwahrscheinlichkeit. Die gamma-Cs-Linie bei 600 keV wird damit zu 
50% Wahrscheinlichkeit detektiert.

Im Anhang mal eine Messung mit solcher Diode von FirstSensor, mit 
vorgeschaltetem Szintillatorkristall. Einmal nur die Peakhöhen, 
andererseits das Peaktinegral. Während man bei den Peakhöhen keine 
spektrale Auflösung sehen kann, ist das Peakintegral dazu dienlich, die 
Th-Linien der Schweißelektroden sehr schön aufzulösen ...

Diode: x100-7 THD mit 8mm CsI:Tl - Szinillatorkristall von First Sensor, 
Berlin, Vorspannung 7V
Eingangs-Op-Amp: AD820, in Gegenkopplung 10M mit 1,8 pF parallel, erste 
Verstärkerstufe: AD822, Verstärkung 56-fach.
Datenaufnahme: LeaflabsMaple Cortex M3
Die obige Messung lief eine Nacht über ohne zusätzliche Abschirmung, die 
Quelle (thorierte Schweißelektroden) waren flächig auf die Diode 
aufgelegt.

[ArnoR (Gast)]

j.heinrich schrieb:
> Was Du
> siehst mit diesen BPW 34 ist vor allem Beta-Strahlung. Die löst im
> Kunstoff und im Silizium Bremsstrahlung aus: weiches Röntgen, gleich
> hinterm UV, und das sieht diese Diode. Sonst nichts.

Schwer zu glauben, weil die Kunststoffabdeckung der Diode wohl 
mindestens um den Faktor 100 dicker als die PIN-Schicht ist, aber die 
langsamen und die schnellen Pulse etwa gleich häufig auftreten.

[j.heinrich (Gast)]

Na, dann schnapp Dir doch mal einen alten Farbfernseher/Monitor, 
möglichst groß, und halt deinen Detektor mal dicht vor's Panzerglas der 
Bildröhre, allerdings gegen Licht gut abgeschirmt.

Miss mal eingeschaltet und abgeschaltet.

Dann merkst Du was von der Empfindlichkeit der BPW 34 für weiches 
Röntgen - was so ca bei 25 - 30 keV Bremsstahlung liegen dürfte, dann 
bei dieser Spannung arbeitet die Anode der Bildröhre.

Soweit zu "Ich glaub das nicht....": Versuch macht kluch.

Wenn wir dann hinsichtlich der hohen Empfindlichkeit der Diode für 
weiches Röntgen einig geworden sind, was sich auch sehr gut in 
Datenblättern nachlesen lässt - dann vergegenwärtigen wir uns gemeinsam, 
dass 6 mm Plexiglas beta-Strahlung vollständig abschirmt. Was bedeutet 
"abschirmt"?
Na, ganz einfach, dass das schnelle Elektron, wenn nicht eingefangen, 
dann abgebremst wird, und so ein kontinuierliches Röntgenspektrum 
produziert, kontinuierlich unterhalb seiner ursprünglichen Energie.

Schau Dir mal an, wie Gammaspektrometer abgeschirmt sind:
Aussen 5 cm Blei, gegen Gammastrahlung. Darinnen ein 6 mm 
Plexiglas-Schild gegen Sekundärelektronen (Beta), darinnen ein 1-2 mm 
Cu- oder Stahl-Blech gegen Reste der Bremsstrahlung aus dem Plexiglas 
(Röntgen)

Also wirst Du mit Deiner BPW 34, wenn gegen Licht abgeschirmt, immer nur 
weiches Röntgen oder UV detektieren, egal ob das jetzt eine ggf. 
zeitlich relaxierte Molekülfluoreszenz (UV) im Plastik ist, oder die 
Quanten direkt auf der Sperrschicht Elektronen freisetzen.

[ArnoR (Gast)]

Also ich will deine Kompetenz gar nicht anzweifeln, meine Skepsis beruht 
einfach darauf, dass ich mir nicht so recht vorstellen kann, dass in der 
vergleichsweise sehr dicken Kunststoffabdeckung der BPW34 etwa genau so 
viele Peaks entstehen sollen wie in der sehr dünnen PIN-Schicht 
darunter. Denn schließlich müssen die Elektronen/Quanten, die die Peaks 
in der PIN-Schicht auslösen ja auch erstmal (wirkungslos) durch die 
Kunststoffschicht hindurch.

Außerdem hattest du in den Thread-Titel doch ausdrücklich "Beta, Gamma 
Detektor mit BPW 34 Photodioden,..." geschrieben und oben auch was von 
sichtbaren Beta/Gamma-Peaks erwähnt:

J.Heinrich schrieb:
> Die
> dadurch resultierende Transimpedanz-Verstärkung ist so hoch, dass man am
> LF356-Ausgang über den Mikrofoneingang der Soundkarte in einem
> Audioprogramm die kleinen Beta/Gamma-Peaks bereits erkennt.

[J. H. (Firma: heisystec) (hds)]

Ja, hast recht, ich schrieb das ca vor einem Jahr,
als ich mich als "alter" Radiochemiker in die Materie der Messung 
solcher Strahlung mit Pin-Dioden wie der BPW 34 einarbeitete.
Damals ging ich noch den internet-üblichen Behauptungen auf den Leim,
diese "Detektoren" könnten Beta UND Gamma messen, was jetzt hinsichtlich 
der BPW 34 deutlich zu AUSSCHLIESSLICH UND NUR BETA und schwaches 
Röntgen mit Experimenten belegt ist.
Wissenschaft ist dazu da, ihre eigenen Irrtümer aufzuklären und 
klarzustellen. B. Laquai täte gut daran, wissenschaftlicher zu arbeiten 
und zu veröffentlichen, denn aufgrund seiner hohen Popularität trägt er 
zunehmend Verantwortung. Und da sollte er mal klarstellen, wieviel 
Einfangwahrscheinlichkeit eine BPW 34 im Bereich von 120 keV bis 2 MeV 
Gammastrahlung besitzt: Im Promillebereich. Da musst Du schon im Reaktor 
drinnen sitzen, um dait vom Gamma-Quant was zu sehen. Statt sein 
Stuttgarter Geigerle als Beta UND Gamma-Zähler zu propagieren.

Beta allerdings detektieren diese PIN-Dioden hervorragend empfindlich. 
Über die mir denkbaren möglichen Mechnismen dafür habe ich mich oben 
bereits ausgebreitet. Die Detektion von Betastrahlung ist ebenso sehr 
gut dazu geeignet, Kontaminationen von Lebensmitteln mit Cs137 
beispielsweise zu detektieren, denn Cs137 strahlt hälftig Beta wie Gamma 
bei ca 0,5 MeV.

Dass eine ausschließlich Beta-Empfindliche Photodiode nicht zur 
Spektroskopie und damit zur energieselektiven Isotopcharakterisierung 
geignet ist, sollte eigentlich jeder Physik/ Chemie -Viertsemester 
verstehen. Was ich mir nun erst mühevoll in einem langwierigen 
Abschirm-Messexperiment an einer Uranprobe "erkämpft" habe... ;-)

[Thorsten Lohmann (Gast)]

Ich habe aufgrund der vielen Berichte auch einen PIN-Detektor
nachgebaut BPW34 und der funktionierte :-). Ich habe aber schnell
bemerkt das es viele verschiedene PIN Dioden unter anderem auch 2
verschiedene BPW34 gibt. Die verschieden Dioden (die laut Berichten
auch immer besser werden) habe auch alle ihr verschieden
Einsatzgebiete. Ich bin der Meinung das die ganzen Projekte
dazu sehr gut waren und auch nur die Frage beantwortet haben
ob es geht (sollt auch Sinn der Projekte mit PIN-Dioden sein
diese Frage zu klären). Es wird beim lesen schell ersichtlich das
bei vielen PIN-Detektoren Beta und nicht Gamma gemessen wird.