Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)

[Oliver K. (ozel-)]

Hallo,

günstig zu bauende Halbleiterdetektoren zum Messen von Radioaktivität 
sind hier ja immer mal wieder diskutiert worden.
Hier findet ihr mein Projekt, wo es insbesondere darum geht das 
Ausgangssignal kompatibel mit Standard Audio/Mikrophoneingängen (16bit, 
48 kHz) zu halten. Das ganze funktioniert gut genug um damit ohne teures 
Oszilloskop oder Vakuumpumpe charakteristische Alpha-Energiespektren 
aufzunehmen (siehe Bild).

Kurzes Einführungsvideo zum Projekt, die Tage vom CERN gepostet:
https://twitter.com/CERN/status/1260600298206302210

Hardware & Software auf Github: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector
Wer mag, kann sich die Teile und das Board einfacher über Kitspace 
besorgen:
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/.

Die Physik hinter diesen PIN Dioden in Bezug auf ionisierende Strahlung 
ist generell ja nicht besonders dokumentiert.
In einem paper habe ich deswegen mehrere PIN Dioden verglichen (ja, auch 
die beliebte BPW34) und beschreibe welche Teilchen man warum eigentlich 
messen kann (eher keine Gammastrahlung ;-):
https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm

Grüsse aus Genf,
Oliver (ein alter Fan dieses Forums...)

[Sven B. (scummos)]

Cool! Immer eindrucksvoll, wenn solche Effekte mit so einfachen Mitteln 
nachgewiesen werden :)

[Oliver K. (ozel-)]

Anbei noch ein Bild zum Messaufbau vom Spektrum oben (die Sensordiode 
ist auf der Unterseite der Platine).
Die Dose muss natürlich geschlossen werden und komplett Lichtdicht sein 
(zur Not nochmal extra abdecken). Sonst misst die BPX61 photodiode nur 
das, wofür was sie eigentlich gemacht wurde... Alternativ kann man ein 
Stück dünnste Mylar Folie aus einem alten Folienkondensator auf den Rand 
des TO-Gehäuses drauf kleben, dann kann man durch ein Loch im 
Detektorgehäuse hindurch messen. Komplett ohne Faradayischen Metallkäfig 
läuft die Schaltung nicht und schnappt nur alles mögliche an EMI auf.

Die Form der Platine ist so gewählt, dass sie bei Bedarf genau in ein 
Aluminium-Druckguss Gehäuse passt: 
https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552
Das verhindert Mikrophonieffekte, die stören können und bei den weichen 
und verformbaren Zinndosen durch leichte Vibrationen oder blosse 
Berührung der Box schnell vorkomen.

Viel mehr Details und Bilder finden sich wie gesagt auf der Github 
Seite:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector

Die Projektdoku ist leider nur komplett in Englisch, aber ich beantworte 
hier gerne Fragen in meiner Muttersprache. :-)

[Malte _. (malte)]

Ein Projekt in der Richtung steht eigentlich schon länger auf meiner 
Wunschliste :)

Beim (schnellen) Durchlesen der Beschreibung sind mir im Wesentlichen 
drei Fragen aufgekommen:
1. Alphastrahlung wird doch schon durch Papier geblockt. Also muss die 
Probe mit in das Metallgehäuse gelegt werden? (Also reinpassen?)
2. An die leistungsfähigere Hardware für das dort erwähnte iPadPix gibt 
kein drannkommen, oder?
3. Wie wäre es statt einer Soundkarte einen ARM oder AVR zu verwenden? 
Dann sollten die Signale nicht von den Einstellungen der Soundkarte 
abhängen.

[Hp M. (nachtmix)]

Oliver K. schrieb:
> In einem paper habe ich deswegen mehrere PIN Dioden verglichen (ja, auch
> die beliebte BPW34)

Warum nimmst du nicht einfach eine billige Webcam mit USB-Anschluss und 
entfernst den ganzen optischen Kram einschliesslich des Glasfensters?
Dann können die alphas direkt in die Photodioden einschlagen, und du 
erfährst sogar, wo es "geblitzt" hat.

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> 1. Alphastrahlung wird doch schon durch Papier geblockt. Also muss die
> Probe mit in das Metallgehäuse gelegt werden? (Also reinpassen?)

Genau, deswegen muss man immer möglichst nah an die Probe ran und das 
Deckglas der Diode natürlich rausbrechen! Was bei der BPX61 mit 3 bis 4 
beherzten Seitenschneider Attacken auf den Rand des TO-Gehäuses aber 
wirklich sehr gut geht. Auf der Github Seite sieht man das auf einer 
Nahaufnahme im Readme, ausserdem in dem Video vom Tweet. Ich habe noch 
ein Bild dazu angehängt.
Man kann die Diode bei Bedarf mit einer dünnen, quasi Licht dichten, 
Folie wieder abdecken. Siehe vorheriger Beitrag.


> 2. An die leistungsfähigere Hardware für das dort erwähnte iPadPix gibt
> kein drannkommen, oder?

Doch, kann man kaufen, z.B. als Minipix bei www.advacam.com. Kostet halt 
eine Größenordnung mehr. Für Alpha-Spektrometrie sind aber 
nicht-segmentierte Halbleitersensoren tatsächlich besser. Ansonsten sind 
die Pixel-Detektoren (nicht zu verwechseln mit CMOS imaging Sensoren) 
generell vielseiter, das stimmt.

> 3. Wie wäre es statt einer Soundkarte einen ARM oder AVR zu verwenden?
> Dann sollten die Signale nicht von den Einstellungen der Soundkarte
> abhängen.

Klar ginge das. 16-bit Auflösung sind hilfreich und nicht ganz so leicht 
zu erreichen aber höhere Sampelraten von üblichen ADCs/uCs wären auch 
attraktiv. Die Pulse sind mit der Schaltung auf 1-2 ms absichtlich sehr 
breit angelegt, damit sie mit 48 kHz Audiosamplerate (zur Not am 
smartphone headset Anschluss) ordentlich erfasst werden. Es geht hier 
wie gesagt um's kostensparen und darum, dass es möglichst einfach zu 
bauen ist für Elektronikanfänger. 16-18 jährige Schüler bauen das unter 
anderem (und ihre Physiklehrer ;).

[Oliver K. (ozel-)]

Hp M. schrieb:
> Warum nimmst du nicht einfach eine billige Webcam mit USB-Anschluss und
> entfernst den ganzen optischen Kram einschliesslich des Glasfensters?
> Dann können die alphas direkt in die Photodioden einschlagen, und du
> erfährst sogar, wo es "geblitzt" hat.

Daraus kann man kein Energiespektrum ableiten. Diese Pixel sind entweder 
an oder aus. Ist nicht besser als ein Geigerzähler (und hat viel weniger 
empfindliches Volumen im Vergleich).
Ausserdem sind die Pixelstrukturen von CMOS/CCD imagern nicht dick 
genug. In der Regel maximal 10 Mikrometer, weil das reicht um sichtbares 
Licht komplett zu absorbieren. Alphateilchen mit um die 8 MeV Energie 
(das Maximum wird von den natürlich vorkommenden Polonium Isotopen 
erreicht) kommen in Silizium aber bis zu 50 Mikrometer weit. D.h. der 
Großteil der Energie wird in einem Teil des Webcam Chips absorbiert der 
garnicht misst.

Die BPX 61 dagegen erreicht mit dem 9 Volt Block als Vorspannung eine 
'empfindliche Dicke' (Stichwort Raumladungszone, engl. depletion 
region/depth) von gut 50 Mikrometern, passt also genau. Kann man sich im 
genannten paper, Abbildung 3b genauer anschauen:
https://www.mdpi.com/sensors/sensors-19-04264/article_deploy/html/images/sensors-19-04264-g003.png

[Malte _. (malte)]

Ich hab mir das Paper mal durchgelesen, ist schon witzig was man mit 
doch recht einfachen Mitteln erreicht.
Da es den TLE2072 nicht bei Reichelt gibt, einen passenden Ersatztyp hat 
hier niemand auf die Schnelle parat, oder?

[Oliver K. (ozel-)]

Hast Du die Teilelisten auf kitspace gesehen?
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/

Bestellnummern für 4 Lieferanten, inkl. Mouser.

Zur Not geht auch der TL072, rauscht halt deutlich mehr.
Je mehr geändert wird, desto weniger passt natürlich die 
Energie-Kallibration.
Dazu stehen ja im paper einige Hinweise. Im Prinzip reichen 2 
Referenzpunkte,
wenn der ADC linear genug ist:
Am unteren Ende geht immer die Beta/Elektronen Flanke bei 0.5 MeV. Dazu 
noch eine möglichst hochenergetische Alphalinie, z.B. einer der beiden 
Polonium peaks wie im Uranstein-Spektrum ganz rechts.

[Malte _. (malte)]

Okay, danke fürs Anlegen der Liste :)
Ich hatte sie gefunden, wollte aber nicht 18-25Euro internationale 
Versandkosten bezahlen + eventuelle Arbeit mit dem Zoll. Bei RS ist der 
angegebene TLE2072ACP nicht mehr als DIP verfügbar, nur noch der 
TLE2072CP und da auch nur für Firmenkunden.
Ich habe jetzt bei hood.de einen TLE2072CP recht günstig bekommen, bei 
Ebay gibts die für etwas höhere Preise. Mal schauen wann ich das alles 
Umsetze, ich habe es da nicht eilig ;)

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Bei RS ist der angegebene TLE2072ACP nicht mehr als DIP verfügbar, nur
> noch der TLE2072CP und da auch nur für Firmenkunden.

Danke für den Hinweis, werde versuchen bei RS eine Alternative zu 
finden.
Ist Mouser von den vieren nicht generell am besten geeignet für 
Privatpersonen in DE?

Ob *ACP oder *CP sollte egal sein, ich habe immer nur den billigeren 
rausgesucht. Kann mich auch nicht an signifikante performance 
Unterschiede erinnern in der Schaltung.

[Malte _. (malte)]

Oliver K. schrieb:
> Danke für den Hinweis, werde versuchen bei RS eine Alternative zu
> finden.
> Ist Mouser von den vieren nicht generell am besten geeignet für
> Privatpersonen in DE?
Gute Frage, ich habe noch bei keinen der vier bestellt. Bei Mouser sehe 
ich als günstigste Versandoption 20€ und wenn man nicht gerade dank 
Corona im Homeoffice das Paket annehmen kann, nochmal von mir 2x20km 
fahrt um bei der nächsten Pick-Up Möglichkeit von Fedex/TNT das Paket 
abzuholen.

Das einzige andere schwieriger zu beschaffene Bauteil sehe ich noch in 
dem 40MOhm Widerstand. Den kann man bei RS aber immerhin als 
Privatperson kaufen. Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an 
der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang 
benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.

[Hp M. (nachtmix)]

Malte _. schrieb:
> Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an
> der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Imho nicht.
Du solltest aber anschliessend die Lötstellen gründlich von 
Flußmittelresten säubern und evtl. auch wasserabstossend lackieren, denn 
bei so hohen Widerstandswerten könnten schon geringfügige 
Verschmutzungen zu erhöhtem Rauschen führen.

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Das einzige andere schwieriger zu beschaffene Bauteil sehe ich noch in
> dem 40MOhm Widerstand. Den kann man bei RS aber immerhin als
> Privatperson kaufen. Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an
> der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Puh... zur Not geht auch ein 39 Mega Ohm Widerstand, die gibt es 
vermutlich häufiger (oder gar 43 bzw. 47 MOhm). Mehrere anreihen würde 
ich nicht machen, könnte aber gehen wann man es gewissenhaft macht wie 
schon bemerkt wurde.
Ansonsten eher noch ein senkrechter, bedrahteter Widerstand als 4xSMD an 
der Stelle im PCB.

Ich hoffe die Frage bedeutet nicht, dass Du die Schaltung fliegend und 
ohne die zugehörige Platine aufbauen willst.
Bei der Elektron-Detektor Version geht es noch gut auf einer 
Lochrasterkarte, wenn man die Teile der ersten Stufe sehr nahe 
zusammenlötet. Beim Alphaspektrometer macht man sich damit keine Freude, 
vor allem wenn man noch nicht genau weiss nach welchen Signalen man 
eigentlich ausschauhalten muss (kommt ja auch auf die Aktivität vom 
Objekt an).
Steckbrett/Breadboard kann man bei ladungsempfindlichen Verstärkern 
übrigens leider komplett vergessen...

> Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang
> benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.

Der passive Filter am Ausgang macht nochmal eine Art kombiniertes pulse 
shaping und Impedanzanpassung für Arme, siehe Hinweise direkt im 
Schlatplan: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf

Die kleinsten Pulse von Alphateilchen sind ca. -8 mV groß an 1 MOhm 
Eingangsimpedanz (das ist die Beta/Alpha Flanke), deswegen sollte es 
schon ein Mikrofoneingang sein (oder ein Oszi, hilfreich zum testen). 
Low-cost USB Soundkarten wie die von mir verwendete mit CM108 Chip sind 
da eher wenig spezifiziert. Auf Github ist ein Absatz dazu und ein Link 
zum Datenblatt. Soweit ich gesehen habe entsprechen die CM108-basierten 
Soundkarten ziemlich genau dem Referenzschaltplan im Datenblatt.

Wenn man am dokumentierten Alphaspekrometer-Setup etwas bei der 
Verstärkung, Ausgangsimpedanz oder Eingangsimpedanz ändert passt wie 
gesagt die Alpha-Energiekallibrierung nicht mehr. Das ist aber nicht so 
schlimm, erstmal ist wichtig das überhaupt Pulse rauskommen. Auch der 9 
Volt Block als Versorgung ist dafür elementar. Labornetzteile rippeln 
viel zu viel und tragen EMI rein.

Deswegen nochmal der Hinweis: Die Schlatung sieht verblüffend einfach 
aus, wird aber aus diversen Gründen nicht das tun was sie soll wenn man 
sie zu stark abändert (das gilt besonders für die erste OpAmp Stufe aber 
auch ein paar andere Details). Wenn erstmal Signalpulse rauskommen, 
kriegt man ein viel besseres Gefühl was man alles abändern kann. Die 
praktischen Grenzen merkt man dann schon ziemlich schnell. ;-)

[Malte _. (malte)]

Vielen Dank nochmal für die ausführlichen Erklärungen.
Keine Sorge, seitdem die Platinenherstellung kleiner Platinen auch in 
Kleinstmengen günstig geworden ist, Designe ich die selbst lieber am PC 
statt Lochraster zu verwenden. Und da ich mich inzwischen gut genug 
kenne, weiß ich dass mir Wissen im Analogdesign fehlt 
(Beitrag "Spannungsregelung stabilisieren, wo am besten ansetzen?"). Daher frage ich lieber 
vorher statt hinterher mit einer nicht funktionierenden Schaltung da zu 
stehen. Ich hoffe ich beschäftige dich dadurch nicht zu viel und helfe 
im besten Fall auch anderen bei einem Nachbau.
Ist die Impedanz des BNC Steckers relevant? Einen Cinch Anschluss fände 
ich für die Soundkarte praktischer :)

[Oliver K. (ozel-)]

Guter Punkt, dass sollte ich demnächst mal noch besser dokumentieren.
Ab dem Ausgang ist es eher unkritisch, BNC Buchsen finde ich passen ganz 
gut zu den Zinnkästchen von der Montage her (Stanzeisen sind dazu extrem 
praktisch um die Löcher schnell & einfach zu machen). Es geht auch 
direkt eine 3.5mm Klinken-Buchse oder natürlich Chinch.
Das Kabel sollte nur nicht zu lange und geschirmt sein, was auf die 
meisten billigen Audio-Kabel mit Klinke/Chinch ja eher nicht zutrifft.

Ich nehme immer ein fertig konfektioniertes 2 Meter RG-174/U Koaxkabel 
mit BNC Steckern, schneide das in der Mitte durch und löte 
Klinkenstecker dran.
RG-174/U ist schön dünn und passt gut durch die Steckerhülse bei den 
Steckern von REAN, z.B. der 
http://www.rean-connectors.com/en/products/35-mm-plugs/nys231bg
Die haben leider nur bis 3-polig/Stereo im Programm (das ist übrigens 
wichtig bei den billigen CM108 USB Soundkarten, Mono-Stecker würden die 
Mikro-Vorspannung kurzschliessen mit dem Signal - das könnte stören, 
hab's nicht ausprobiert!).
Für headset-socket 4-pin 3.5mm Klinke habe ich noch keinen wirklich 
überzeugenden Stecker gefunden. Die sind alle etwas arg fummelig zum 
anlöten. Geht aber prinzipell auch mit dünnem Koaxkabel.

Hintergrundinfos zu den CM108 USB Soundkarten: 
https://dalmura.com.au/static/Soundcard%20mods.pdf
Die dort beschriebenen Modifikationen habe ich absichtlich nicht 
gemacht/vorausgesetzt - ist eher nix für meine Zielgruppe ;-). Dem Text 
zufolge liegt die unmodifizierte Eingangsimpedanz bei ca. 210k, das 
deckt sich ca. mit meinen Vergleichsmessungen direkt am Oszi per BNC/BNC 
Kabel und Standard-Eingangsimpedanz von 1 Megaohm (siehe screenshots im 
Github readme, im unteren Teil).

[Hp M. (nachtmix)]

Oliver K. schrieb:
> Die Form der Platine ist so gewählt, dass sie bei Bedarf genau in ein
> Aluminium-Druckguss Gehäuse passt:
> https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552
> Das verhindert Mikrophonieffekte, die stören können und bei den weichen
> und verformbaren Zinndosen durch leichte Vibrationen oder blosse
> Berührung der Box schnell vorkomen.

Vorsicht vor der Verwendung von keramischen Klasse-2 Kondensatoren im 
Signalweg!
Die Dinger sind für ihre Mikrofonie berüchtigt, und auch die Umkehrung, 
nämlich die Schallabgabe, kann man gelegentlich hören.
https://product.tdk.com/en/contact/faq/31_singing_capacitors_piezoelectric_effect.pdf
Insbesondere bei den verwendeten SMD-Typen wäre ich skeptisch, denn die 
sind ja mechanisch besonders fest mit der Platine, die als Membran 
wirkt, gekoppelt.

Neuerdings soll es allerdings Typen geben, denen man die schlechten 
Eigenschaften, wie Mikrofonie, hoher Temperaturkoeffizient, hoher 
Spannungskoeffizient, hoher tanδ weitgehend ausgetrieben hat. Ich habe 
solche jedoch noch nicht in der Hand gehabt.

[Oszi50 (Gast)]

Die Werbung machts!

Beitrag "[S] Gamma-Detector mit Normalspannung"


So ein Aufbau gibt es hier im Forum immer mal wieder. Dann verschwindet 
er in der Versenkung.

Steht aber CERN drauf, flippen alle gleich aus und sehen es als 
Innovation.

[Martin (Gast)]

Oszi50 schrieb:

> Die Werbung machts!

Ganz bestimmt nicht. Die Professionalität und das Gesamtkonzept 
inklusive Auswertung machen es.

Du kannst dich also wieder hinlegen. Und in Zukunft belästige mich nicht 
mit den Bastellösungen aus den Tiefen der Mülltonne des µCNets.

[Daniel B. (dbuergin)]

Martin schrieb:
> Ganz bestimmt nicht. Die Professionalität und das Gesamtkonzept
> inklusive Auswertung machen es.
>
> Du kannst dich also wieder hinlegen. Und in Zukunft belästige mich nicht
> mit den Bastellösungen aus den Tiefen der Mülltonne des µCNets.

Meine Worte...
Und grosses Lob an den TO, cooles Projekt, sauber dokumentiert, etwas 
für den Winter :-)

[TR.0LL (Gast)]

> 9 V battery. NIMH-type accumulators with a nominal value of 9.6 V work best 
(mains-connected power supplies would introduce too much noise, always use 
batteries)

Würde es auch gehen, wenn man ein Schaltnetzteil nimmt mit 12V und einen 
LM317, der die Spannung auf die 9.6V verringert?

[Oliver K. (ozel-)]

Oszi50 schrieb:
> Beitrag "[S] Gamma-Detector mit Normalspannung"
>
> So ein Aufbau gibt es hier im Forum immer mal wieder. Dann verschwindet
> er in der Versenkung.

Also Gamma-Detector würde ich die Dioden auf Grund ihrer dünnen 
sensitiven Schicht eher nicht bezeichnen. Im Projekt hier geht es 
vorranging um Alpha-Spektrometrie. Das ist mit PIN dioden schon länger 
prinzipiell bekannt (70/80ziger Jahre...) allerdings eher nicht mit so 
wenig Aufwand und ohne extra Vakuum.

Um solche und weitere Details ging es mir auch hauptsächlich im 
zugehörigen paper https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm. Dort 
habe ich soweit auffindbar u.a. viele Referenzen zusammengetragen - was 
ich bei anderen Projekten teilweise vemisst habe.

[Oliver K. (ozel-)]

Hp M. schrieb:
> Vorsicht vor der Verwendung von keramischen Klasse-2 Kondensatoren im
> Signalweg!
> Die Dinger sind für ihre Mikrofonie berüchtigt, und auch die Umkehrung,
> nämlich die Schallabgabe, kann man gelegentlich hören.
> 
https://product.tdk.com/en/contact/faq/31_singing_capacitors_piezoelectric_effect.pdf
> Insbesondere bei den verwendeten SMD-Typen wäre ich skeptisch, denn die
> sind ja mechanisch besonders fest mit der Platine, die als Membran
> wirkt, gekoppelt.

Jain, der Piezoeffekt von Keramik-Kondensatoren ist sicher auch ein 
Problem. Mein Eindruck ist eher, dass vibrationsbedingte 
Verformungen/Bewegungen der dünnen Zinnbox-Wände direkt mit der 
Diodenfläche kapazitiv kopplen, also kleine Ladungspulse induzieren. Man 
kann die übrigens gut vom eigentlich Ionisationsstrom der Teilchen 
anhand der Pulsform unterscheiden. Trotzdem kann es stören bei der 
Messung. Mikrophonie-Effekte habe ich bei dickwandigen 
Alu-Druckgussgehäusen bisher nicht beobachtet, obwohl auch dort etwas 
Körperschall bis zu den Kondensatoren durchkommen könnte. SMD 0805 
Kondensatoren benutze ich in der Schaltung nur manchmal, wenn die 
bedrahteten 2.5 mm Bauteile (siehe BOM) gerade aus sind. Bisher keinen 
Unterschied bemerkt.

TR.0LL schrieb:
> Würde es auch gehen, wenn man ein Schaltnetzteil nimmt mit 12V und einen
> LM317, der die Spannung auf die 9.6V verringert?

Ein Linearregler ist schon mal super, trotzdem sollte man sich mit 
leitungsgebundener EMV und dem Sieben von Spannungen auskennen. Wie 
gesagt, lieber erstmal sich selbst einen Gefallen tun und mit der 
Batterie die Signalpulse suchen und später experiementieren...
Die exakte Spannung spielt keine Rolle, je mehr desto besser (bis zum 
Breakdown jenseits von 60 V). Um die 9-10 V an der Kathode reichen schon 
aus den Energiebereich von natürlicherweise vorkommenden Alphateilchen 
zu erfassen, siehe paper. Die Vorspannung an der Diode definiert die 
Dicke der sensitiven Schicht.
Zur Versorgung mit Netzteil sind andere Verstärkerschaltungen teilweise 
besser geignet: Kapazitives ankopplen der Kathode an den OpAmp per 
Kondensator erlaubt einen separaten Vorspannungsweg, braucht dann aber 
insgesammt mehr Bauteile und eine symmetrische Versorgungsspannung der 
OpAmps. Deswegen haben ich mich lieber am grundlegenden Aufbau der 
ressourcensparenden PocketGeiger/OpenGeiger Schaltung orientiert.

[Henrik V. (henrik_v)]

Oliver, in Deinem Paper ist ja die Sperrschichtdicke über Sperrspannung 
so schön dargestellt. Da ja so gut wie kein Strom benötigt wird, bieten 
sich ein paar 9V oder  die kleineren aber teureren 12V Batterien an, um 
diese zu erhöhen. In Deinem Layout müsste man dann die GND-Plane zu den 
Dioden durchtrennen  und ggf noch ein paar nF spendieren. Würde das Sinn 
machen?
Aufwand gegen doppelte Schichtdicke ...
Die Osram Spec der  BPW34F sagt Us max ~30V ... k=2?? :>

Sehr schönes Projekt. Danke für Deine Arbeit.

Gruß Henrik

[Oliver K. (ozel-)]

Henrik V. schrieb:
> Oliver, in Deinem Paper ist ja die Sperrschichtdicke über Sperrspannung
> so schön dargestellt. Da ja so gut wie kein Strom benötigt wird, bieten
> sich ein paar 9V oder  die kleineren aber teureren 12V Batterien an, um
> diese zu erhöhen. In Deinem Layout müsste man dann die GND-Plane zu den
> Dioden durchtrennen  und ggf noch ein paar nF spendieren. Würde das Sinn
> machen?

Die ground plane könnte man auch komplett weglassen unter den Diode. Ich 
bin mir garnicht mehr so sicher wie sinnvoll die dort überhaupt ist.
Durchtrennen auf der fertigen Platine hört sich arg mühsam an, dafür das 
man auch einfach kathodenseitig die Spannung erhöhen kann. Dazu muss man 
dann nur kapazitiv gekoppelt an den OpAmp gehen.
Ich hatte beim Layouten tatsächlich drangedacht, dass man das Kupfer 
zwischen C1 und R3 per cutter trennen könnte und durch einen, sagen wir 
mal 100 nF, Koppelkondensator ersetzt. Die Footprints von C1 und C2 
könnte man dann zum Sieben einer separaten Vorspannung zweckentfremden.
Der feedback C (ehemals C1+C2) müsste dann Huckepack als SMD auf R3 
drauf. Dann müsste man aber auch beide Eingänge noch mit dem selben 
Arbeitspunkt unterhalb OP Betriebsspannungen versorgen - wenn man eine 
symmetrische Versorgung partout vermeiden will. Wobei man es dann auch 
gleich komplett neu auf Lochraster auflöten kann, so dicht wie 
möglich...
Auf dem board habe ich das selbst noch nicht ausprobiert.

> Aufwand gegen doppelte Schichtdicke ...

Gute Frage, 100 Mikrometer wird man kaum erreichen. Eine Frage ist auch 
auch wie sehr die Abschätzung des Dotierungsprofiles per C-V Messung 
überhaupt der physikalischen Realität im chip entspricht - gerade bei 
den hohen Werten.
Ich habe den Abschnitt dazu jetzt in's Github Wiki verschoben:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Diode-Characterisation

Wenn man wirklich sicher gehen will, wie genau hohe Spannungen die 
Schichtdicke beeinflussen, sollte man lieber eine Quelle verwenden.
Z.B. Röntgenstrahlung draufhalten und Schritt für Schritt die 
Vorspannung erhöhen. Sobald die Zählrate in die Sättigung geht, weiss 
man, dass die maximale sensitive Schicht erreicht ist.

In Alpha-Spektren würde man zu wenig sensitives Volumen recht schnell 
als abgeschnittene Peaks im Energie-Histogramm sehen. Bei den Dioden 
gibt es prozessbedingt generell starke Streuungen im Dotierungsprofil, 
zur Not nimmt man halt eine andere.
Mit vermutlich praktisch erreichbaren 80 Mikrometer Schichtdicke würde 
man vor allem ein paar mehr Betas/Elektronen fangen, u.a. auch mehr von 
streuenden Gammaphotonen - aber nicht sehr viel mehr.

> Die Osram Spec der  BPW34F sagt Us max ~30V ... k=2?? :>

Ja, ich frage mich auch aus welcher Zeit der Wert ist. Das Vishay 
Datenblatt gibt 60 V an. Realistisch scheint der breakdown zwischen 100 
und 200 V zu liegen. Im Anhang eine I-V Kurve von mir.
Im Wiki Artikel ist ein interessantes paper von 2008 verlinkt, da lag 
der maximal Wert wohl ähnlich (mit einer Osram Diode, meine ist von 
Vishay).
Vishay und Osram verwenden verschiedene packages bei der BPW34 Serie, 
der Wirebond sitzt auch woanders auf dem Chip. Der Silizum chip scheint 
aber entweder der gleiche oder zumindest sehr ähnlich zu sein, wie auch 
der in der BPX61 (die gibt's wohl nur von Osram).
Falls jemand mehr zu den Fertigungsprozessen der beiden Hersteller weiß, 
würde mich das sehr interessieren.

> Sehr schönes Projekt. Danke für Deine Arbeit.
Danke, freut mich!
Viel Spaß beim Nachbau :-)

[Henrik V. (henrik_v)]

C-Kopplung ist nicht nötig, die Schaltung könnte so bleiben wie sie ist, 
ich meinte einfach eine Spannungsquelle zwischen GND und Anode(n) der 
Diode(n).
Da (im Dunkeln) ja nur der Darkcurrent mit <15nA anfallen sollte, darf 
dann die Spannungsquelle auch etwas teurer sein... hat ja quasi nur 
Selbstentladung.

[Oliver K. (ozel-)]

Henrik V. schrieb:
> C-Kopplung ist nicht nötig, die Schaltung könnte so bleiben wie sie ist,
> ich meinte einfach eine Spannungsquelle zwischen GND und Anode(n) der
> Diode(n).

Das geht natürlich auch. Ich war nur nicht sicher ob Du dafür das Layout 
oder eine fertige Platine abändern möchtest.

Ein deutlich höhere Vorspannung als ca. 10 V ist in meinen Augen v.a. 
dann sinnvoll, wenn man die Anzahl der BPW34 Dioden vervielfachen möchte 
- also auch nicht für die Alpha-Spektrometer Variante (unterschiedliche 
Luftwege zu mehreren Dioden würde das Alpha-Spektrum verzerren, ohne 
Vakuum).
Mehr Vorspannung erhöht nicht nur die Dicke sondern verringert 
entsprechend die Kapazität der Raumladungszone, was sich positiv auf das 
Signal/Rausch-Verhältnis des Verstärkers auswirkt.

[Ludwig K. (hellas)]

Liegt das Durchdringungsvermögen von Alphateilchen bei bei einer 
Beschleunigspannung von 8MeV tatsächlich bei ca. 10 Mikrometern?
Das hatte ich schon gar nicht mehr auf dem Schirm. Interessant, wenn man 
das im Vergleich zur Betastrahlung betrachtet, die bei gleicher 
Beschleunigungsspannung ein Durchdringungsvermögen im Wasser von 3-4 cm 
aufweist. Aber wenn man sich die Größenverhältnisse von Helium und einem 
Elekron vor Augen führt, ist das natürlich logisch.

Super Projekt!
Gefällt mir sehr gut und es juckt mir in den Fingern, das echt mal 
nachzubauen.

[Malte _. (malte)]

Oliver K. schrieb:
>> Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang
>> benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.
>
> Der passive Filter am Ausgang macht nochmal eine Art kombiniertes pulse
> shaping und Impedanzanpassung für Arme, siehe Hinweise direkt im
> Schlatplan:
> 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf

Okay, ich habe nochmal den Hinweis gelesen - demnach sind 0,05µF + 10k 
einfach Varianten für R9 und C10 bei Smartphones?

[Oliver K. (ozel-)]

Ludwig K. schrieb:
> Liegt das Durchdringungsvermögen von Alphateilchen bei bei einer
> Beschleunigspannung von 8MeV tatsächlich bei ca. 10 Mikrometern?

Schon etwas mehr, um die 50 Mikrometer in Metallen.
Aus den NIST Datenbanken kann man sich das schnell ableiten: 
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ASTAR.html
"Projected Range" auswählen, das bezeichnet Durchdringungsvermögen 
entlang der Einstrahlrichtung.
Die Zahlenwerte sind dichtebereinigt (da stehen Physiker drauf...), d.h. 
wenn man Silizium ausgewählt hat muss man den projected range noch durch 
2.33 teilen um die Tiefe in Zentimeter zu bekommen. Die verwendeten 
Materialparamter sind auch verlinkt.

Kompliziertere Alpha-Spektren mit mehreren Energien simuliert man am 
besten mit dem konstenlosen AASI programm und Vergleicht die Ergebnisse 
mit der Messung. Meine Methode aus dem paper habe ich im Wiki etwas 
ausgeführt:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Energy-Spectra
So kann man trotz teilweiser Absorption der Alphateilchen in der 
Umgebungsluft (und je nach Objekt leider auch etwas interner Absorption) 
die Spektren gut interpretieren.

> Super Projekt!
> Gefällt mir sehr gut und es juckt mir in den Fingern, das echt mal
> nachzubauen.

Danke! Bitte machen und berichten.

Malte _. schrieb:
> 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf
>
> Okay, ich habe nochmal den Hinweis gelesen - demnach sind 0,05µF + 10k
> einfach Varianten für R9 und C10 bei Smartphones?

Genau, das Bild von der "Line-in Adapter" Steckerbelegung ist nur zur 
generellen Orientierung gedacht (ist auch nicht von mir). Hoffe das ist 
einigermaßen klar. Bei mir haben 100 nF als C10 immer gut funktioniert, 
50 nF habe ich nicht probiert.
Im Wiki habe ich die Verkabelung mittlerweile etwas genauer 
dokumentiert:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Cables

[Jonas B. (jibi)]

Moin,

ich will die Tage bei Mouser und Boards bestellen.
Soweit ich das sehe, sind die PCB der zwei Varianten ja gleich nur 
unterschiedlich bestückt.

Variante A kostet bei Mouser 17,47€
Variante B kostet bei Mouser 25,47€
Ein Board kostet 5,12€
Versand zu euch 1,55€ bzw 2,7€ oder wahlweise als Päkchen 4,5€


Macht also für Variante A:  (wenn Maxibrief nötig)   30,41€
                            (wenn Großbrief reicht)  29,26€

         Variante B:        (wenn Maxibrief nötig)   38,41€
                            (wenn Großbrief reicht)  37,26€

Sehe gerade es gibt eine Backorder in Variante B, denn gibt es erst 
wieder am 11/08/2020:
https://www.mouser.de/ProductDetail/80-C320C474M5U

Ich nehm Variante A, so betrifft mich das erstmal nicht. Wenn jemand 
Variante B mag, kann er gerne eine Alternative angeben, Differenzpreis 
zum Bauteil wird natürlich verrechnet.

Wer Interesse hat einfach melden und oder fragen. Dachte spätestens am 
Freitag oder wenn sich 2 Leute gemeldet haben zu bestellen.

mfg Jonas

[Malte _. (malte)]

Ich selbst habe mir bei AISLER ein 3er Satz Platinen bestellt (heute 
versendet). Eine davon würde ich für 5,5€ abgeben (Abholung auf halben 
Weg zwischen Gütersloh und Bielefeld), oder falls sich da niemand findet 
für 3,5 zusätzlich verschicken (Einwurfeinschreiben).

[Oliver K. (ozel-)]

Jonas B. schrieb:
> Soweit ich das sehe, sind die PCB der zwei Varianten ja gleich nur
> unterschiedlich bestückt.
Genau!

> Variante A kostet bei Mouser 17,47€
> Variante B kostet bei Mouser 25,47€
Der Vollständigkeit halber:
Variante A = heisst electron-detector auf den Projektseiten (4x BPW34[F] 
Dioden)
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/electron-detector/

Variante B = heisst alpha-spectrometer auf den Projektseiten (1x BPX61 
Diode)
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/

A ist empfindlicher (4 mal mehr Sensorvolumen) und zickt weniger rum was 
Mikrophonieffekte in weichen Zinn-Kecksdosen betrifft (weil geringerer 
Verstärkungsfaktor).
B kann dafür neben Beta-Strahlung (und ein Hauch von Gamma) auch 
Energiespektren von Alpha-Teilchen messen.
Mit ein bisschen Lötübung ist ein Umbau (A<=>B) möglich.

> Sehe gerade es gibt eine Backorder in Variante B, denn gibt es erst
> wieder am 11/08/2020:
> https://www.mouser.de/ProductDetail/80-C320C474M5U
Bedrahtete Bauteile scheinen ja langsam wirklich auszusterben bei den 
grossen Lieferanten. Alternativ passt ein 0805 SMD Kondensator auch 
super auf den footprint.

Ein Tipp noch zur PCB Dicke. Wenn eines der empfohlenen Alu-Druckguss 
Gehäuse (z.B. verlinkt unten) zum Einsatz kommen soll (u.U. sinnvoll bei 
Variante B, weil viel weniger anfällig für Mikrophonieffekt), sind 
dünnere PCBs als 1.6 mm etwas vorteilhafter (also 1 oder 0.8 mm). Sonst 
kann es je nach Dicke des 9 Volt Blocks etwas arg eng werden... 
Elektrisch/SNR-mässig habe ich bei unterschiedlichen PCB dicken bisher 
keinen Unterschied gesehen.
https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552

@Jonas & Malte:
Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und 
Platinen-Bestellung geholfen?
Ich kenne den Betreiber, der das komplett ehrenamtlich macht. Manchmal 
finden sich Elektronikanfänger nicht zurecht auf der Seite, deswegen 
würde mich Feedback zu Kitspace von erfahrenen Bastlern sehr 
interessieren.

Gerade die Bauteile via Mouser oder PCB Bestellung bei Aisler sollte 
recht reibungslos laufen. Es gibt übrigens keine versteckten Mehrkosten, 
Kitspace ist im Moment eine reine Bestellhilfe - man braucht immer noch 
sein eigenes Konto bei den Distributoren/Herstellern. Es kopiert 
lediglich die Bauteile BOMs und die PCB Layoutfiles in die Warenkörbe 
der unterstützen Lieferanten.
Kitspace selbst wird auch auf Github entwickelt. Jeder ist willkommen 
dort seine eigenen git Projekte per pull-request einzutragen (das geht 
mittlerweile alles direkt auf der Github website von Kitspace, man muss 
kein git Profi mehr sein für sowas...)
https://github.com/kitspace/kitspace
So sieht's dann aus, wenn man sein eigenes Projekt dort in die 
boards.txt einträgt:
https://github.com/kitspace/kitspace/commit/9274ce1f5a0ef86c9f906ac93aab112d5ac079f2

[Jonas B. (jibi)]

Hallo Malte,

danke für das Angebot, werd ich eventuell noch drauf zurückkommen. Wie 
dick sind die PCBs und welche Revision hast du?

Hallo Oliver,

danke sehr für deine umfangreiche Erläuterung. Welche Variante wäre 
besser um Sekundärelektronenstrahlung in einem FEM/REM zu 
quantifizieren?

Oliver K. schrieb:
> Ein Tipp noch zur PCB Dicke. Wenn eines der empfohlenen Alu-Druckguss
> Gehäuse (z.B. verlinkt unten) zum Einsatz kommen soll (u.U. sinnvoll bei
> Variante B, weil viel weniger anfällig für Mikrophonieffekt), sind
> dünnere PCBs als 1.6 mm etwas vorteilhafter (also 1 oder 0.8 mm). Sonst
> kann es je nach Dicke des 9 Volt Blocks etwas arg eng werden...
> Elektrisch/SNR-mässig habe ich bei unterschiedlichen PCB dicken bisher
> keinen Unterschied gesehen.

Wegen dem Gehäuse, ich hab vor damit ein PMT zu ersetzen - ein 
Hochspannungsakteur weniger. Allerdings in UHV. Werde wohl aus 
Rohrmaterial was drehen und das dann unter Vakuum mit Spezialharz 
ausgießen. So zumindest der Plan.

Oliver K. schrieb:
> @Jonas & Malte:
> Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und
> Platinen-Bestellung geholfen?

Ich muss zugeben, ich hab ein paar Augenblicke gebraucht bis ich 
verstanden habe, das da alle Infos inkl. Link zu verschiedenen Anbietern 
/ Herstellern aufgeführt sind. Ich würde das einfach untereinander 
anordnen und ein Warenkorb Symbol + Hersteller Name statt die Hersteller 
Icons.

Ansonsten sind der Service und die Infos gut, wenn auch sehr 
unübersichtlich (gerade nochmal geschaut).
Allerdings finde ich bei Aisler die PCB-Dicke nicht?!

Danke euch für die viele Mühe und schönen Abend!

vg Jonas

[Malte _. (malte)]

Jonas B. schrieb:
> Hallo Malte,
>
> danke für das Angebot, werd ich eventuell noch drauf zurückkommen. Wie
> dick sind die PCBs und welche Revision hast du?
Ich hatte auf der Kitspace Seite für den electron-detector einfach auf 
Aisler geklickt, in der Bestellung steht
"Playground/Electron Detector 0705583 Gerber" aber die Platine müsste ja 
für beide Detektorvarianten bestückbar sein. Die Platinen die ich dort 
früher mal bestellt hatte, sahen nach der "übliche" Dicke um die 1,5mm 
aus.


> @Jonas & Malte:
> Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und
> Platinen-Bestellung geholfen?

Die Kitspace Seite ist schon praktisch, um einen schnellen Überblick zu 
bekommen und abzuschätzen wie teuer der Spaß wird.
Das dort angegebene Plugin für zwei der vier Shops hatte ich installiert 
- funktioniert aber nicht bei RS (kann aber auch an NoScript liegen). Am 
Ende habe ich die Bauteile des Alpha- und Elektronendetektors 
zusammenaddiert (in der Liste der min Wert), herausgesucht welche 
Bauteile ich schon vorrätig hab und mir bei Reichelt passende 
Äquivalente gesucht. Meist bestelle ich dann von den Teilen etwas auf 
Reserve.

10       0,05   KERKO 10P              10pF Vielschicht min 5
2               C3Z5U 470NA50          470nF min 1
10       0,06   KERKO 3,3N             3.3nF min 1
10       0,07   KERKO 6,8N             6.8nF min 1
1        9,50   BPX 61                 Fotodiode
5        0,55   BPW 34                 Fotodiode min 4

10       0,049  METALL 15,0K           min 2
1        3,59   RND 455-00366          Gehäuse aluminium
1        6,95   RND 455-00380          Gehäuse aluminium
2        1,20   KIPP 1A11              Ein/Ausschalter

Vorhanden    47µF min 2
Vorhanden    100nF min 9
Vorhanden       0,049  METALL 4,70K min 3
Vorhanden       0,11   K-O SFCN1005T52       10M min 1
Vorhanden       0,049  METALL 1,00M min 1
Vorhanden       0,049  METALL 1,00K min 1
Vorhanden       0,049  METALL 100K min 1
Vorhanden       0,049  METALL 10,0K min 3
Vorhanden       0,049  METALL 2,2K min 2
Vorhanden       0,19   CBGP WS                Cinch Buchse

Später hab ich dann gesehen, dass develectro.com wohl 1:1 das Farnell 
Angebot für Privatkunden hat. Dort werde ich mir irgendwann den 
fehlenden 40MOhm Widerstand, einen zweiten Operationsverstärker (oder 
ersten - der Hood Händler liefert wegen Krankheit nicht) und noch ein 
paar andere Spezialbauteile bestellen.

[Oliver K. (ozel-)]

Jonas B. schrieb:
> Welche Variante wäre
> besser um Sekundärelektronenstrahlung in einem FEM/REM zu
> quantifizieren?

Generell mehr Dioden würde ich vermuten, der Silizm chip ist in beiden 
(BPW34/BPX61) praktisch gleich. Aber wie hoch ist denn die Energie 
dieser Sekundärelektronen, kommen die wirklich an 33 keV ran?

> Wegen dem Gehäuse, ich hab vor damit ein PMT zu ersetzen - ein
> Hochspannungsakteur weniger. Allerdings in UHV. Werde wohl aus
> Rohrmaterial was drehen und das dann unter Vakuum mit Spezialharz
> ausgießen. So zumindest der Plan.

Jetzt komm' ich nicht ganz mit, willst du Szintillation's Photonen oder 
ionisierende Strahlung direkt messen? PMTs ersetzt man eigentlich lieber 
mit SiPMs (viele Mikrodioden auf einem Chip), die sind auch nicht mehr 
sehr teuer.

> Allerdings finde ich bei Aisler die PCB-Dicke nicht?!

Kann sein, dass die nur in 1.6 mm fertigen, da bin ich gerade nicht ganz 
sicher. Ist aber auch wie gesagt nur relevant, wenn es eines der engen 
Alu-Druckgussgehäuse sein soll.

Malte _. schrieb:
> aber die Platine müsste ja für beide Detektorvarianten bestückbar sein.

Es gibt nur ein KiCad Platinendesign für beide Varianten auf Github und 
das ist 1:1 mit zwei verschiedenen BOMs auf Kitspace verlinkt, wie 
Aisler das intern handhabt weiss ich leider nicht.

> bei Reichelt passende Äquivalente gesucht

Super! Wenn die passen, würde ich die Teilelisten dann gerne in's Wiki 
aufnehmen.

Danke euch beiden für das Feedback zu Kitspace, werde es weitergeben.

[Malte _. (malte)]

Ich bin endlich dazu gekommen, den Beta Detektor aufzubauen. Nachdem 
sich der Verkäufer TLE2072 erst wegen Krankheit nicht liefern konnte, 
kam dann später die traurige Nachricht "Verkäufer verstorben". Also 
früher als geplant bei develektro.com bestellt. Die Preise sind bei 
Einzelteilen recht hoch, aber die Lieferung aus England kam in einer 
Rekordzeit von 28Std.

Beim Aufbauen ist mir aufgefallen: Wird R3 mit THT bestückt, passt die 
Platine nicht mehr in das vorgeschlagene Alu-Druckguss Gehäuse, weil 
dieser dann den Boden berührt.

Oliver K. schrieb:
> Das Kabel sollte nur nicht zu lange und geschirmt sein, was auf die
> meisten billigen Audio-Kabel mit Klinke/Chinch ja eher nicht zutrifft.

Das habe ich leider erst nach der Reichelt Bestellung gelesen, mein gut 
1m langes Kabel mit Aluminiumfolie umwickelt scheint nicht auszureichen. 
Außerdem muss ich mal schauen wie ich der USB Soundkarte zuverlässig den 
"Auto Gain" deaktiviere, sonst regelt der ständig nach. Jedenfalls kann 
ich ersteinmal nicht sagen, ob es sich tatsächlich um Messungen handelt, 
oder nur um Rauschen. Getrocknete Bananen hatte ich jetzt leider nicht 
da, dafür eine Paranuss, deren Kalium Anteil scheint sogar noch höher zu 
sein. Ansonsten vermute ich, wäre die ein besserer Testkandidat für den 
Alphadetektor.

Im Anhang befindet sich noch eine CNC Bohrvorlage (Freecad 0.18 + 
manuell in der exportierten Datei die Feedrate angepasst) für die drei 
Schrauben der Platine. Die von Hand im exakt richtigen Abstand zu bohren 
klappt meiner persönlichen Erfahrung nach sonst überwiegend nicht. Die 
dritte Platine von AISLER ist übrigens inzwischen weiterverkauft.

[Malte _. (malte)]

Mit einem Oszi sieht das doch recht gut so aus, wie in dem Beispielplot 
:)
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector#detector-signals-of-radioactivity-on-an-oscilloscope
Mit den Triggereinstellungen hatte ich ca 7 Treffer in 10min.

[Malte _. (malte)]

Also mit der dazugehörigen Webseite und einer USB Soundkarte 
funktioniert es jetzt auch - es war schlicht weg der 9V Block Akku leer 
(einfach zu alt). Allerdings zählt die Webseite jedes Ereignis doppelt, 
teilweise dreifach. Ansonsten bin ich mit der Paranuss wieder bei 10 
Events in 10min.

[Gerald K. (geku)]

Ich habe zwei Fragen zur Realisierung:
1.) Wie empfindlich ist der offene Sensor gegenüber Umwelteimflüsse wie 
Luftsauerstoff, Luftfeuchte, Staub und mechanische Berührung durch die 
Probe

2.) Ist die Strahlungsenerie nicht von der Entfernung der Probe von der 
Sperrschicht abhängig? Die Alphateilchen verlieren doch mit zunehmender 
Luftstrecke durch Streuung Energie.  Wie gut klappt dann die 
Kalibrierung?

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Ich bin endlich dazu gekommen, den Beta Detektor aufzubauen.
Hallo Malte. Freut mich sehr, deine Bilder zu sehen!
Habe mir erlaubt ein Foto für die Wiki gallery hochzuladen, hoffe das 
ist OK.
Das Gehäuse ist eine gute Wahl von der Größe her. Gerade auch für die 
Alpha-Spektrometer Variante, weil kleinere Objekte noch direkt 
reinpassen.

> Beim Aufbauen ist mir aufgefallen: Wird R3 mit THT bestückt, passt die
> Platine nicht mehr in das vorgeschlagene Alu-Druckguss Gehäuse, weil
> dieser dann den Boden berührt.
Naja, wenn man den Widerstand etwas schräg zur Seite flach biegt sieht's 
zwar nicht perfekt aus aber geht schon. Kriegen Schüler auch hin... ;)


> Getrocknete Bananen hatte ich jetzt leider nicht
> da, dafür eine Paranuss, deren Kalium Anteil scheint sogar noch höher zu
> sein. Ansonsten vermute ich, wäre die ein besserer Testkandidat für den
> Alphadetektor.
Natürliches Kalium ist kein Alphastrahler aber wegen K-40 eine tolle 
Quelle energiereicher Elektronen/Beta minus Zerfälle, Gamma und sogar 
Antimaterie (Positronen/Beta plus Zerfälle - nicht viele aber immerhin).
Ich empfehle immer KCl Salz aus dem Supermarkt, wenn man kein Uranglas 
in Oma's Vitrine findet (eigentlich unwahrscheinlich...)
Habe Fotos von zwei KCl Speisesalz-Varianten angehängt. Das von A.Vogel 
ist 100% KCl, sollte man im Reformhaus/Ökoladen finden können. Das blaue 
Benesalt hat nur 66%, ist aber trotzdem noch sehr gut messbar. Ich hatte 
es vor einiger Zeit im ReWe oder Hit gekauft. Zur Not gibt's KCl auch 
'in vergoldet' in der Apotheke ;-). Kalium-basierte Düngemittel sind 
ebenfalls messbar.

> Die von Hand im exakt richtigen Abstand zu bohren
> klappt meiner persönlichen Erfahrung nach sonst überwiegend nicht.
Ich benutze meistens nur ein Loch. Alle drei sind für eine 
Spezialanwendung gedacht die noch von mir dokumentiert wird. :-)

> Die dritte Platine von AISLER ist übrigens inzwischen weiterverkauft.
Toll, ich bin gespannt auf weitere Foto posts!

> Allerdings zählt die Webseite jedes Ereignis doppelt,
> teilweise dreifach.
Das könnte auch an der Triggerschwelle liegen, die ist einstellbar - 
zugegebenermaßen nicht mit dem besten user interface. Ansonsten ist die 
SmartGeiger App von FT lab witzigerweise kompatibel und soweit 
ausreichend für den Beta Detektor falls Du's per Handy/Tablet einfach 
als counter benutzen möchtest.
Wenn dir meine Python Skripte nicht so liegen, schau dir mal das 
Processing.org Software-Oszilloskop an, ist auch im Readme kurz 
beschrieben. Zur Software fehlt definitiv noch ne ausführliche Wiki 
Seite...

> Mit einem Oszi sieht das doch recht gut so aus, wie in dem Beispielplot
> :)
Jepp, einwandfreie Signale!

> Mit den Triggereinstellungen hatte ich ca 7 Treffer in 10min.
0.7 CPM ist schon recht nahe am Hintergrund (Radon & Höhenstrahlung). 
Wieviel misst du denn ohne die Nuss?
Im Kapitel 3.3 habe ich etwas zu K-40 geschrieben:
https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm
1 Gramm KCl hat eine Aktivität von 16.25 Becquerel. Eine ganze Banane 
hat nur ein paar Hundert Milligramm Kalium und eine Paranuss vermutlich 
noch weniger, d.h. es ist eher schwierig das zu messen ohne 
groß-volumigen Detektor.
In einer Umgebung mit 'üblicher' Hintergrund-Radioaktivität von ca. 0,1 
Mikrosievert pro Stunde sieht eine Diode im Schnitt ca. 0.06 CPM 
(siehe Artikel). Das hängt aber schon vom Ort ab, wenn du z.B. im 
Schwarzwald oder Erzgebirge lebst kann es ein gutes Stück höher sein 
(v.a. wenn man im Keller misst - Radon sammelt sich da).
Reines KCl Salz ist wie gesagt ein guter Referenz- und Prüfstrahler weil 
man vom Gewicht direkt die Aktivität ableiten kann. Eine Beschreibung 
von geeigneten Testobjekten muss ich demnächst auch in's Wiki aufnehmen.

[Oliver K. (ozel-)]

Gerald K. schrieb:
> Ich habe zwei Fragen zur Realisierung:
> 1.) Wie empfindlich ist der offene Sensor gegenüber Umwelteimflüsse wie
> Luftsauerstoff, Luftfeuchte, Staub und mechanische Berührung durch die
> Probe

Gute Frage, du meinst vermutlich die Alpha-Spektrometer Variante mit 
BPX-61 Diode. Mechanisch schützt das umlaufende T0-Gehäuse den Silizium 
chip recht gut, auch nachdem das Glas herausgebrochen wurde: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Diodes.
Die meisten Testobjekte sind ja nicht unbedingt sehr Spitz. An Steine 
und ähnliches gehe ich jedenfalls direkt drauf. Durch das rausbrechen 
der Schutzfensters geht natürlich Schutzatmosphäre verloren, die da 
vermutlich drunter ist. Bisher funktionieren meine ältesten Detektoren 
nach gut einem Jahr noch ziemlich gut. Also ich glaube ich versteh nicht 
ganz worauf deine Frage abzielt - willst Du ein Produkt daraus machen? 
:-)
Generell kann man offene Halbleiterdetektoren für viel Geld kaufen, da 
ist dann die Oberfläche speziell behandelt: 
https://www.mirion.com/products/passivated-implanted-planar-silicon-pips-detectors
Denkst Du es könnte sich eine relevante Oxid-Schicht auf dem Silizium 
bilden die Schritt für Schritt messbar mehr Energie absorbiert?
Würde mich interessieren, wenn jemand dazu mehr weiß.

> 2.) Ist die Strahlungsenerie nicht von der Entfernung der Probe von der
> Sperrschicht abhängig? Die Alphateilchen verlieren doch mit zunehmender
> Luftstrecke durch Streuung Energie.
Genau das passiert auch. Die Teilchen verlieren in Abhängigkeit der 
Luftdichte, Weglänge und Oberflächen/Materialbeschaffenheit der Quelle 
selbst schon Energie bevor sie auf die Diode treffen.
> Wie gut klappt dann die Kalibrierung?
Zur Kalibrierung habe ich einen bekannten Referenzstrahler zusammen mit 
einem freien Programm namens AASI benutzt. Damit kann man die Quelle, 
den Detektor und alles relevante dazwischen modellieren kann. Details in 
Kapitel 3.1: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm
Wo man das Programm bekommt und wie man vorgeht, habe ich im Wiki etwas 
ausgeführt: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Energy-Spectra
Zerstörungsfreie Alpha-Spektrometrie ist tatsächlich Gegenstand der 
Forschung was Interpretation von Messdaten unter Umgebungsluft betrifft. 
Gerade beim mobilen Einsatz im Feld (Tschernobyl/Fukushima) oder bei 
unbekannten bzw. stark bröseligen Objekten wollen auch die Profis nur 
ungern ihre Vakuumkammern im Labor kontaminieren.

[Oliver K. (ozel-)]

Hat's mal jemand gebaut im Sommerloch?
Würde mich über Feedback, Bilder und Messergebnisse freuen!

Seit dem letzten Post habe ich eine detailliertere Bauanleitung in's 
Wiki gestellt:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Assembly-Instructions

Jetzt fehlen eigentlich nur noch ein paar mehr Details zum Aufnehmen von 
Alphaspektren, insbesondere wenn man nicht meine Python-Skripte benutzen 
möchte.
Die wichtigsten drei kostenlosen und graphischen 
Soundkarten-Spektrometer Programme werden hier schoen aufgelistet:
https://www.gammaspectacular.com/blue/software-downloads
-> BecqMoni, Thermino und PRA (alle fuer Windows, laufen mit Wine aber 
auch unter Linux)
Die sind ursprünglich für Gammaspektrometrie entwickelt worden, können 
aber auch von Alpha-Detektoren ein Energiespektrum aufzeichnen.

Eine Energiekalibrierung kann man dort jeweils über zwei Parameter 
angeben, hier die Werte aus meinen Python-Skripten:
y = a*x + b => a = 0.4958436, b = -116.40845593
x = Maximaler Amplitudenwert (absoluter Betrag) eines Pulses
y = gemessener Energiebertrag in keV

[Malte _. (malte)]

Oliver K. schrieb:
> Habe mir erlaubt ein Foto für die Wiki gallery hochzuladen, hoffe das
> ist OK.
Ja, ist ok.

Oliver K. schrieb:
> Hat's mal jemand gebaut im Sommerloch?
> Würde mich über Feedback, Bilder und Messergebnisse freuen!
Ich muss zugeben, dass ich bisher keine Zeit hatte, mich bisher weiter 
mit dem Spektrometer zu beschäftigen. Dauert bei mir manchmal ein wenig 
- ist ja nicht das einzige Hobby. Allenfalls hab ich Marktkauf, Rewe und 
dm vergeblich nach Kaliumsalz abgesucht. Naja, bei Amazon könnte ich ein 
kg kaufen.

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Allenfalls hab ich Marktkauf, Rewe und
> dm vergeblich nach Kaliumsalz abgesucht. Naja, bei Amazon könnte ich ein
> kg kaufen.

Hm, dann war es doch im Hit, wo ich das weiss-blaue Benesalt mit 66% KCl 
gekauft hatte (im sueddeutschen Raum).
Das "Herbamare Natriumarm" mit fast 100% KCl von A.Vogel könnte es 
vielleicht auch in Reformhäusern geben. Online z.B. hier: 
https://www.viata-shop.de/avogel-herbamare-natriumarm-diatsalz-gemuse-krauter-pulver-125-g-de
Ansonsten wie gesagt 100g reines KCl aus der Apotheke, müssten die ohne 
grosse Nachfragen rausrücken. :-) Auf Ebay seh ich's gerade für 3.70 EUR 
pro 100g: 
https://www.ebay.de/itm/Kaliumchlorid-min-99-2-KCL-E508-potassium-chloride-direkt-vom-Fachhandel/254050567283?hash=item3b26980473:g:rE4AAOSwNt1ahfbN

Diverse Kalium-basierte Düngemittel (lieber fest statt flüssig ;), z.B. 
von Neudorf, gibt's auch. Da ist dann halt das Massenverhältniss von 
Kalium noch etwas reduzierter im Vergleich zu reinem KCl, aber durchaus 
messbar.

Auch schön ist Pottasche (Kalziumcarbonat, K2CO3) zum backen. Sehe ich 
allerdings kaum noch im Laden, braucht man wohl nur für Flachgebäck wie 
Lebkuchen: https://shop.ostmann.de/pottasche

Ansonsten wie gesagt Urangläser oder Uranglasuren auf alter Keramik. 
Erstere findet man leicht auf Ebay direkt in diversen Formen unter der 
Bezeichnung "Uranglas"- z.B. auch als Murmeln oder alter Aschenbecher -, 
teilweise aber teuer weil oft Sammlerobjekte. Wenn man sie nicht schon 
zuhause in der Glasvitrine hat (wirklich mal bei den Eltern/Grosseltern 
nachsehen!), findet man sie leicht auf dem Flohmarkt. Am besten per 
kleiner UV (Geldschein-Test) Lampe, weil das Uranglas stark fluoresziert 
unter UV Licht. Keramiken mit Uranglasuren sind schwieriger zu finden, 
aber auch sehr leicht zu messen weil oft deutlich radioaktiv. Man muss 
etwas ein Auge für die Glasuren entwickeln: es sind bestimmte 
Rot/Orange, Gelb und Braun bis Schwarze Töne. Am besten die Google 
Bildersuche durchschmökern.
Die Uranglasuren habe die schöne Eigenschaft ungefährliche Alphastrahler 
zu sein, weil ein paar der Alphas noch durch die äusserste Glasurschicht 
hindurchkommen. D.h. man kann prima ein Energiespektrum aufnehmen wie im 
Bild vom aller ersten Post hier im Thread. Bin selbst gerade an einem 
längeren Artikel über ein paar Alltagsobjekte und ihre Alphaspektren 
dran.

[Philipp G. (geiserp01)]

Respekt vor der Arbeit.

Aber Hand aufs Herz ich habe keine Ahnung was Alpha Strahlung ist.

Kannst du mal schreiben ob man als Privat Hobby Bastler einen 
praktischen Nutzen hat?

Könnte man damit einen Rauchmelder bauen?

[Oliver K. (ozel-)]

Philipp G. schrieb:
> Kannst du mal schreiben ob man als Privat Hobby Bastler einen
> praktischen Nutzen hat?

Es geht darum verschiedene Varianten von natürlicher Radioaktvität mit 
sehr kostengünstigen Mitteln zu entdecken. Die wenisgtens Leute haben 
auf dem Schirm, wie sehr wir von geringen Mengen ionisierender Strahlung 
ständig umgeben sind (siehe Auflistung von Alltagsobjekten oben, 
Höhenstrahlung etc., Thorium und Uran im Boden).
Ob man da einen praktischen Nutzen sieht muss jeder selber entscheiden. 
;-)
Achja, falls mal ein Atommeiler in der Nähe hops geht, ist man mit einem 
Alpha-Detektor gut vorberietet um nachzuweisen ob Teile des Reaktorkerns 
das Gelände verlassen haben...
Oder ganz aktuell, falls mal wieder wer vom russischen Geheimdienst 
vergiftet wurde kann man auf Polonium-210 in der Umgebung testen. Im 
vorherigen Fall Litwinenko wurde international eine unglaubliche 
Kontaminationsspur an diversen Orten hinterlassen: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Alexander_Walterowitsch_Litwinenko#Die_Beweislage

> Könnte man damit einen Rauchmelder bauen?

Klar, wenn der Abstand zwischen Detektor und Quelle fix ist kann man die 
Dichteänderung der Luft durch zusätzliche Ruspartikel im reduzierten 
Alpha-Energiespektrum sehen (ginge aber auch über eine empfindliche 
Strommessung wenn die Quelle stark genug strahlt). Dazu braucht man halt 
eine geeignette Quelle, kann man aber finden (siehe oben, Ebay & 
Aliexpress). Spannender ist vllt. das messen von dünnen Schichen 
(Folien), gleiches Prinzip, über die Materialdichte. Wird industriell 
teils so gemacht.
Einen Radon Detektor kann damit auch bauen, z.B. interessant falls man 
in einem Gebiet mit erhöhter Belastung wohnt. Die WHO/EU Grenzwerte für 
Häuslebauer und Vermieter wurden ja weiter reduziert. Gibt schon die 
ersten smart home gadgets die für Luftqualität u.a. Radon messen - nicht 
ganz billig.

[Philipp G. (geiserp01)]

Ich habe ein paar Fragen mal einfach für mich als dumme Nuss.

Radioaktive Strahlung ist doch gamma Strahlung? Dachte ich zumindest. 
Kannst Du mal in einfach Worten den Unterschied zwischen Alpha- und 
Gammastrahlung erklären.

Zweite Frage. Radioaktive Strahlung klingt ja erstmal sehr kompliziert. 
Aber was hat das bei einem Rauchmelder mit Feuer und Rauch zu tun?

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Philipp G. schrieb:
> Radioaktive Strahlung ist doch gamma Strahlung?

Es gibt Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung.

Einfachste Erklärung der Unterschiede:

https://www.mensch-und-atom.org/index.php/de/hintergrundneu2/strahlung/item/121-alpha-beta-und-gammastrahlung

Weitreichender:

https://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktivit%C3%A4t

[Gerald K. (geku)]

Philipp G. schrieb:
> Zweite Frage. Radioaktive Strahlung klingt ja erstmal sehr kompliziert.
> Aber was hat das bei einem Rauchmelder mit Feuer und Rauch zu tun?

Die radioaktive Strahlung sorgt für eine erhöhte Leitfähigkeit der Luft 
in der Messkammer. Gelangen Rauchpartikel in diese Messkammer, dann 
reduziert sich diese Leitfähigkeit. Meist wird mit einer zweiten, aber 
luftdichten, Messkammer verglichen. Überschreitet das Differenzsignal 
einen bestimmten Schwellwert, dann wird ein Alarm ausgelöst

.https://de.m.wikipedia.org/wiki/Ionisationsrauchmelder

[Gerald K. (geku)]

Philipp G. schrieb:
> Radioaktive Strahlung ist doch gamma Strahlung? Dachte ich zumindest.
> Kannst Du mal in einfach Worten den Unterschied zwischen Alpha- und
> Gammastrahlung erklären.

Die Gammastrahlung ist eine sehr sehr kurzwellige elektromagnetische 
Strahlung. Noch viel kürzer als die verwandte Röngenstrahlung. Sie lässt 
sich durch elektrische, magnetische Felder nicht ablenken und hat eine 
sehr hohe Durchdringungsfähigkeit. Daher ist die Reichweite sehr groß.

Die Alphastrahlung ist eine Teilchenstrahlung und besteht aus 
Heliumkerne. Die Strahlung lässt sich durch elektrische und magnetische 
Felder ablenken. Die Eindringtiefe in Materie ist sehr gering und lässt 
sich damit sehr leicht abschirmen.

[Philipp G. (geiserp01)]

Danke Geku.

Interpretiere ich so, dass bei einem Kernbruch eines Atomreaktors vor 
allem die Gamma Strahlung für Mensch und Tier zum Tragen kommt, jedoch 
nicht Alpha Strahlung. Soweit richtig?

Zitat:
Gammastrahlung ist eine dem sichtbaren oder ultravioletten Licht 
vergleichbare, aber wesentlich energiereichere elektromagnetische 
Strahlung.

Verstehe nur Bahnhof. Licht sind doch Photonen, wie kann diese 
gleichzeitig elektromagnetisch sein?

[Gerald K. (geku)]

Philipp G. schrieb:
> Licht sind doch Photonen, wie kann diese gleichzeitig elektromagnetisch
> sein?

Photonen sind Welle und Teilchen zugleich. Je nach Beobachtungsmethode 
tritt ein Aspekt in den Vordsrgrund. Doppelspaltexperiment => Welle, 
Photoelektrischer Effekt => Teilchen
Dies ist eine wichtige Erkenntnis der Quantenphysik.

Philipp G. schrieb:
> Interpretiere ich so, dass bei einem Kernbruch eines Atomreaktors vor
> allem die Gamma Strahlung für Mensch und Tier zum Tragen kommt, jedoch
> nicht Alpha Strahlung. Soweit richtig?

Gamma Strahlung durchdringt, wenn auch in abgeschwächter Form, einen 
intakte Reaktorhülle und wirkt auch über größere Entferung ohne direktem 
Kontakt. Wie bei Röngen oder Höhenstrahlung.

Alphastrahlung wirkt besonders wenn Alphastrahler eingeatmet oder 
verschluckt wurden.
Die Messung, um zum Thema zurückkehren, gestaltet sich aus der geringen 
Reichweite viel schwieriger als die der Gamastrahlung.

[Oliver K. (ozel-)]

Philipp G. schrieb:
> Interpretiere ich so, dass bei einem Kernbruch eines Atomreaktors vor
> allem die Gamma Strahlung für Mensch und Tier zum Tragen kommt, jedoch
> nicht Alpha Strahlung. Soweit richtig?

Prinzipiell ist die Gammastrahlung von Caesium-137 am relevantesten weil 
sie so durchdringend ist und sich das Element auf Grund seiner 
chemischen Eigenschaften sehr leicht in der Umwelt verbreitet (formt 
Salze im Wasserdampf der Explosion etc.).
Allerdings kann bei einer besonders starken Explosion wie in Tschernobyl 
oder Fukushima sich auch das Ausgangsmaterial der Reaktorkerne in Form 
von Staub und Mikropartikeln verbreiten. Die Kerne bestehen 
hauptsächlich aus Uran-Isotopen und Plutonium-239 welche vorwiegend 
Alphastrahler sind.
Mehr zu diesen 'hot particles': 
https://www.sci-hub.st/https://doi.org/10.1007/s10967-018-6268-4


> Verstehe nur Bahnhof. Licht sind doch Photonen, wie kann diese
> gleichzeitig elektromagnetisch sein?

Licht kann sowohl als Teilchen (Photonen) als auch als 
(elektromagnetische) Welle interpretiert werden:
https://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus

Keine Sorge, das bringt auch die Profis sehr stark an die Grenzen der 
Vorstellungskraft.

[Matthias K. (Gast)]

Gerald K. schrieb:
> Gamma Strahlung durchdringt, wenn auch in abgeschwächter Form, einen
> intakte Reaktorhülle und wirkt auch über größere Entferung ohne direktem
> Kontakt. Wie bei Röngen oder Höhenstrahlung.

Damit wäre ich vorsichtig, prinzipiell stimmt das schon in 
abgeschwächter Form. Aber nicht, dass hier der Eindruck entsteht, um 
Kraftwerke herum strahlt es wie verrückt - in einem westlichen 
Leichtwasserreaktoren zum Beispiel wird kaum irgendeine Gammastrahlung 
das Gebäude durchdringen, dafür sind Sicherheits- und Druckbehälter aus 
Stahl und die Stahlbetonhülle einfach zu dick.

[Gerald K. (geku)]

Matthias K. schrieb:
> Damit wäre ich vorsichtig, prinzipiell stimmt das schon in
> abgeschwächter Form.

Danke für den Hinweis! Natürlich werden gesetzliche Grenzwerte durch 
meterdicken Beton und Wasserbecken eingehalten.

Umso scblechter sich Strahlung abschirmen lässt, umso geringer ist die 
Wechselwirkung mit dem menschlichen Gewebe. Man sieht es bei den 
Neutrinos von der Sonne, die den Körper in gigantischen Mengen 
durchdringen.

[Oliver K. (ozel-)]

Vielleicht noch als Ergänzung ein interessanter Artikel zum Thema 
radioaktives, natürliches Kalium, weil ich gesehen habe wie oben ein 
Beitrag dazu negativ bewertet wurde.
http://www.umweltanalysen.com/radioaktivitaet/kalium-40/

In einem durchschnittlichen Erwachsenen passieren ca. 5000 radioaktive - 
aber offensichtlich ungefährliche - Zerfälle pro Sekunde wegen dem 
Kalium-40 Isotop. Von außen sind die sehr schwer und nur mit großem, 
voluminösem, Gerät messbar weil sehr verteilt und vom Körper selbst 
bereits überwiegend absorbiert. Nichtsdestotrotz eignen sich ein paar 
Gramm konzentrierte Kalium-Verbindungen, wie in mehreren Beiträgen oben 
beschrieben, prima als harmlose Test- bzw. sogar Referenz-Quelle.

[Christoph E. (stoppi)]

Habe es mit Pottasche (Kaliumcarbonat) probiert und mein Geigerzähler 
rasselte ordentlich vor sich hin, um die 100 cpm...

[Oliver K. (ozel-)]

Christoph E. schrieb:
> Habe es mit Pottasche (Kaliumcarbonat) probiert und mein Geigerzähler
> rasselte ordentlich vor sich hin, um die 100 cpm...
Top! In welcher Art von Laden hast du's gefunden?

[Malte _. (malte)]

So, jetzt bin ich endlich auch mal zum Aufbau des Alphaspektrometers 
gekommen. Irgendwas scheint da aber nicht zu funktionieren. Beim 
Betadetektor war immer eine deutliche Signaländerung zu sehen, sobald 
man den Deckel auf die Schaltung legte, das ist beim Alphaspektrometer 
nicht der Fall. Ich vermute die gemessenen Signale sind nur Störungen? 
Kann es sein, dass das Gehäuse vom Sensor schlicht die beiden Anschlüsse 
an den Durchkontaktierungen und ungenutzten Diodenanschlüssen verbindet?

Ich hatte beim Aufbrechen des Sensorglases etwas Sorge den Bonddraht zu 
treffen, das scheint aber nicht passiert zu sein, stattdessen hatte ich 
aber Glassplitter überall (Augen und Mundschutz hatte ich von Anfang an 
an). Nachahmern empfehle ich direkt das Aufbrechen während die Schaltung 
in einer Antistatikhülle liegt. Dann mit einem kleinen Schraubendreher 
durch ein Miniloch in der Hülle das Glas zerbrechen. Ich habe dann 
Versucht die restlichen Splitter mit einem Wattestäbchen und 
destilliertem Wasser von Sensor zu entfernen.

Oliver K. schrieb:
>> Allerdings zählt die Webseite jedes Ereignis doppelt,
>> teilweise dreifach.
> Das könnte auch an der Triggerschwelle liegen, die ist einstellbar -
> zugegebenermaßen nicht mit dem besten user interface.
Mit der Triggerschwelle bleib ich bei dem Betadetektor hartnäckig bei 0, 
2 oder 3 Zählimpulse auf einmal. Ich hatte nochmal ein möglichst kurzes 
~8cm Audiokabel gelötet, weil ich dachte, es liegt an meinem 
ursprünglichen langen Kabel ohne Schirmung. Aber das hat keinen 
Unterschied gebracht. Vielleicht ist es einfach das USB 
Soundkartenmodell.

Ansonsten habe ich beide Detektoren mit Steckverbindern ausgestattet, so 
dass sie sich leichter tauschen lassen. Im Nachhinein hätte ich, wie in 
den gezeigten Bildern von anderen, beide gleichzeitig in das selbe 
Gehäuse setzen sollen.

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Beim
> Betadetektor war immer eine deutliche Signaländerung zu sehen, sobald
> man den Deckel auf die Schaltung legte, das ist beim Alphaspektrometer
> nicht der Fall.

Das ist bei beiden Varianten so. Auf deinem Oszi Bild ist das Rauschen 
aber viel zu gross und die peaks viel zu schmal - falls die Bauteile 
generell richtig bestückt sind: Beim Alpha-Spektrometer müssen die Pulse 
ca. 1 ms breit, das Rauschen ca. 1 mV hoch sein (gemessen an 1 MegaOhm, 
1:1 Oszi-Eingang per BNC Kabel).
Du kannst es mit den Beispiel-Pulsen im Wiki vergleichen:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Oscilloscope-Measurements

Als Gegentest kannst Du mal in einem Raum ohne Sonnenlicht unter eine 
Energiesparlampe mit dem offen Detektor - aber leicht abgedeckt - gehen 
(kein direktes Licht, sonst Sättigung - am Besten mit einer Handfläche 
abschatten und bewegen). Wenn Du dabei keine deutlichen 50 Hz siehst, 
stimmt was mit der Elektronik nicht.

Beide Detektor-Varaianten haben ja unteschiedliche Bestückung von 
Kondensatoren und Widerständen, nicht nur andere Diode. Vllt. hat sich 
da ein Problem eingeschlichen?

> Ich vermute die gemessenen Signale sind nur Störungen?

Das Alpha-Spektrometer ist nochmal deutlich lichtempfindlicher als der 
electron-detector. Falls zu viel Licht rein kommt, geht die Schaltung in 
Sättigung und Deckel auf oder zu spielt dann keine Rolle mehr.
Ein paar mehr Tipps zum debuggen findest du hier:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Troubleshooting

> Kann es sein, dass das Gehäuse vom Sensor schlicht die beiden Anschlüsse
> an den Durchkontaktierungen und ungenutzten Diodenanschlüssen verbindet?

Ja das kann gut sein! Am besten nochmal leicht lockern und anheben, es 
reicht ja ein winziger Spalt.
Ich würde dann aber eher ein eher stilleres Signal erwarten, ohne diese 
kurzen Spikes. Kann es sein, dass ein Kühlschrankkompressor, 
Waschmaschine o.ä. aus der Nähe reinstrahlt? Eventuell auch 
leitungsgebundene Störungen über Ableitströme am SchuKo, der auf den BNC 
Buchsen anliegt und fliesst wenn Du dran fasst?
An einem anderen Ort messen kann tatsächlich helfen bei der 
empfindlichen Schaltung. Batteriebetriebenes Oszi oder Laptop wäre ideal 
um Erdungsprobleme auszuschliessen.

> Ich hatte beim Aufbrechen des Sensorglases etwas Sorge den Bonddraht zu
> treffen, das scheint aber nicht passiert zu sein, stattdessen hatte ich
> aber Glassplitter überall (Augen und Mundschutz hatte ich von Anfang an
> an). Nachahmern empfehle ich direkt das Aufbrechen während die Schaltung
> in einer Antistatikhülle liegt. Dann mit einem kleinen Schraubendreher
> durch ein Miniloch in der Hülle das Glas zerbrechen. Ich habe dann
> Versucht die restlichen Splitter mit einem Wattestäbchen und
> destilliertem Wasser von Sensor zu entfernen.

Ja, die Bondrähte sind erstaunlich robust. Hast Du meine Methode im Wiki 
gesehen? Hier hatte ich es auch kurz erläutert: 
Beitrag "Re: Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)"
Dadurch wird zwar das Diodengehäuse leicht verbogen, aber das Glas ist 
sofort raus, insbesondere wenn man die Diode vor dem Angriff per 
Seitenschneider über einem Mülleimer umdreht. Gibt dann auch kaum 
Rückstände auf dem Silizium und in die Augen geht auch nix ;).

>
> Oliver K. schrieb:
> Mit der Triggerschwelle bleib ich bei dem Betadetektor hartnäckig bei 0,
> 2 oder 3 Zählimpulse auf einmal.

Also nur um sicher zu gehen, Du meinst diese web GUI, richtig?
https://ozel.github.io/DIY_particle_detector/data_recording_software/webGui/
Je nach Quelle, sehe ich auch oft 2-3 Pulse sehr schnell hintereinander. 
Das ist ganz normal und eine Eigenschaft von radioaktiven Zerfällen. 
Wenn Du die Quelle etwas weiter weg legst, müssten irgendwann nur noch 
einzelne Pulse gezählt und angezeigt werden. Angezeigt wird natürlich 
immer nur der letzte.
Im Anhang ist noch ein screenshot von einem typischen electron-detector 
Puls im web GUI. Im Wiki ist ja bisher nur ein Alpha Pulse screenshot 
von der Software. Ich werde die Tage mal eine Skalierungs-Option 
einbauen, dass man sowohl die kurze 50 us electron-detector Pulse also 
auch die langen 1 ms alpha-spectrometer Pulse gut sehen kann.
Manchmal ist es übrigens kontraproduktiv, wenn die 
Mikrofoneingangsverstärkung auf 100%/Anschlag gesetzt ist. Bei meinem 
Laptop Heasdet-Eingang gehen dann die Pulse im Rauschen verloren - bei 
zu viel/extra Gain! Bei der CM108 low-cost Soundkarte dagegen (siehe 
Wiki) sollte der Eingangspegel auf 100% und der extra gain boost ruhig 
an sein.

Deswegen ist es wirklich immer am besten zuerst mit einem Oszi sicher zu 
gehen, dass die Pulsform und SNR so aussehen wie in den Wiki 
Screenshots.

> Ich hatte nochmal ein möglichst kurzes ~8cm Audiokabel gelötet, weil
> ich dachte, es liegt an meinem ursprünglichen langen Kabel ohne Schirmung.

Kabel unbedingt geschirmt, besonders beim Alpha-Spektrometer. Ich 
benutze  nur BNC Kabel: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Cables
Das billige Chinch Lakrtize-Kabel Probleme machen kann ich mir sehr gut 
vorstellen.

[Franz J. (schreibtischhengst)]

Mein Alphaspektrometer ist schon fast fertig, am Oszilloskop klappts 
schon =)

Mein aktueller Gedankengang betrifft eher die beta-Variante. In der 
Beschreibung steht man könne damit Gammastrahlung mit einer Effizienz 
von bis zu 1 % messen. Das ist ja schon eine ganz ordentliche Effizienz 
- dann ist vielleicht die Auflösung etwas magerer?
Könnte man den beta-Zähler nicht mit noch mehr Dioden ausstatten um die 
Effizienz für Gammas weiter zu erhöhen?
Ich vermute, dass das SNR dadurch schlechter wird, aber das Problem muss 
man doch lösen können - irgendwie schaffen das die "großen" 
Gammadetektoren doch auch.
Hat vielleicht schon mal jemand versucht einfach mehr Dioden dran zu 
bauen?

Grüße
Franz

[Oliver K. (ozel-)]

Franz J. schrieb:
> Mein Alphaspektrometer ist schon fast fertig, am Oszilloskop klappts
> schon =)

Foto vom Aufbau Bitte :-)

> Mein aktueller Gedankengang betrifft eher die beta-Variante. In der
> Beschreibung steht man könne damit Gammastrahlung mit einer Effizienz
> von bis zu 1 % messen. Das ist ja schon eine ganz ordentliche Effizienz
> - dann ist vielleicht die Auflösung etwas magerer?

Bis 1% geht die Effizienz der Dioden nur bei Photon-Energien bis ca. 
60-70 keV unter der Vorspannung aus der Schaltung. Bei höheren, 
Gamma-typischen Energiewerten sinkt sie nochmal deutlich ab. Siehe rote 
Kurve hier in Abbildung 1: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264

> Könnte man den beta-Zähler nicht mit noch mehr Dioden ausstatten um die
> Effizienz für Gammas weiter zu erhöhen?

Der Silizium Chip in beiden Varianten (BPX61 und BPW34) hat die selben 
Eigenschaften, nur die Verstärkung und SNR sind jeweils etwas anders 
ausgelegt. Siehe einige posts weiter oben.

> Ich vermute, dass das SNR dadurch schlechter wird, aber das Problem muss
> man doch lösen können - irgendwie schaffen das die "großen"
> Gammadetektoren doch auch.

Grosse Gamma-Spektrometer sind in der Regel keine Halbleiter. Und wenn 
doch, dann haben die eine optimiertere Dotierung/Strukturierung und 
Kosten entsprechend deutlich mehr als die kleinen PIN Fotodioden.

> Hat vielleicht schon mal jemand versucht einfach mehr Dioden dran zu
> bauen?

Wurde weiter oben schonmal diskutiert. Kann man machen, SNR fällt dann 
was  mit höherer Vorspannung wieder teilweise kompensiert werden kann 
(ist aber nicht zwingend notwendig).
Ich habe es selbst noch nicht probiert, bin aber ziemlich sicher das 8 
stück noch relativ gut gehen. Dazu würde ich auf jede Diode einfach eine 
weitere qausi Huckepack direkt drauflöten (pins vorher entsprechend 
kürzen).
Sag bescheid, wenn Du's probiert hast!

Ein richtiges Gamma-Spektrometer wird jedenfalls nicht so schnell draus. 
Selbst wenn die Photonen in den 50 um selten aber doch mal ein Elektron 
rausschlagen, müsste dieses immernoch vollständig innerhalb des kleinen 
Diodenvolumens absorbiert werden um die Gamma-Energie komplett 
aufzuzeichen. 1-2 MeV Elektronen (von einer Gamma-Streuung) kommen aber 
durchaus ein paar Millimeter weit in Silizium und verlassen damit 
schnell die empfindliche Schicht der Diode.

[Franz J. (schreibtischhengst)]

> Foto vom Aufbau Bitte :-)
Na klar, sobald er finalisiert ist, werde ich direkt bei GitHub 
hochladen...
Das ist ja das Mindeste, um wenigstens überhaupt irgendwas zurück zu 
geben ;-)
Guter Moment um Danke zu sagen...!

>Grosse Gamma-Spektrometer sind in der Regel keine Halbleiter.
Ach nein? Sondern Szintillatoren?


>1-2 MeV Elektronen (von einer Gamma-Streuung) kommen aber durchaus ein paar 
Millimeter weit in Silizium und verlassen damit schnell die empfindliche Schicht 
der Diode.
Okay, also dann eine möglichst große Diode/Halbleiter...macht Sinn. Oder 
man nutzt tatsächlich einen Szintillator

Meine neue Leidenschaft für Elektronik ist noch sehr jung, weshalb ich 
zugegebenermaßen nicht allzu viel vom Aufbau dieses Alpha-Spektrometers 
verstehe. Die Komponenten jeweils für sich sind mir alle bekannt. Auch, 
dass die Kombinationen von Kondensatoren und Widerständen im 
vorliegenden Fall Low-/Highpass-Filtern sehr nahe kommen kann ich 
erkennen.
Aber welches Funktionsprinzip bzw. Zusammenspiel steckt hinter all dem? 
Hat vielleicht jemand hier Muße, das wenigstens schemenhaft zu 
beschreiben? (Gerne auch mit Verweisen auf Sekundärliteratur)
Ich bin einfach fasziniert davon, mit welche einfachen Mitteln ich ein 
Alphaspektrometer gebaut habe, sodass die Neugier zu verstehen wie 
(genau) das funktioniert kaum zu unterdrücken ist =)

https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf
Hier wäre schonmal der Link zum Schaltplan, für alle die sich Fragen 
wovon ich rede.
R9 soll dazu dienen, dass der Anschluss von Soundkarten als 'Mikrofon' 
erkannt wird, das stand ja schon in der Beschreibung :)

Viele Grüße
Franz

[Philipp G. (geiserp01)]

Franz J. schrieb:
> Ich bin einfach fasziniert davon, mit welche einfachen Mitteln ich ein
> Alphaspektrometer gebaut habe, sodass die Neugier zu verstehen wie
> (genau) das funktioniert kaum zu unterdrücken ist =)

 Naja die Schaltung zu verstehen ist ja nicht schwierig. Die Physik 
dahinter ist dann aber eine ganz andere Nummer.

[Oliver K. (ozel-)]

Franz J. schrieb:
> Aber welches Funktionsprinzip bzw. Zusammenspiel steckt hinter all dem?
> Hat vielleicht jemand hier Muße, das wenigstens schemenhaft zu
> beschreiben? (Gerne auch mit Verweisen auf Sekundärliteratur)

Die erste Stufe ist ein Ladungsverstärker (engl. CSA, charge sensitive 
amplifier), dazu gibt es tatsächlich nicht so viel Literatur obwohl 
Transimpedanzverstärker (engl. TIA) auf den ersten Blick genauso 
aussehen (C & R im Feedback-Zweig). Eine gute Einführung sind die Bücher 
und PDF slides von Helmuth Spieler: 
https://www-physics.lbl.gov/~spieler/
Ansonsten natürlich "the Art of Electronics", allerdings eher TIA 
spezifisch.

Weiter oben im Thread wurden schon ein paar Details besprochen, vllt. 
mal mit Ctrl-F nach "Verstärker" suchen und querlesen.
Zur relevanten Detektorphysik steht in dem MDPI Sensors Artikel, der 
hier zuhauf verlinkt ist, das wichtigste mit vielen Referenzen zum 
Nachschlagen.

> Ich bin einfach fasziniert davon, mit welche einfachen Mitteln ich ein
> Alphaspektrometer gebaut habe, sodass die Neugier zu verstehen wie
> (genau) das funktioniert kaum zu unterdrücken ist =)

Das freut mich sehr! Welche Testobjekte misst Du denn damit?

Off topic:
Irgendjemand scheint hier Spass zu haben an scheinbar pauschalem 
downvoting von Posts seit dem Sommer. Vielleicht mag die Person sich mal 
melden und berichten was ihr an dem Projekt nicht passt?

[Philipp G. (geiserp01)]

Oliver K. schrieb:
> Irgendjemand scheint hier Spass zu haben an scheinbar pauschalem
> downvoting von Posts seit dem Sommer. Vielleicht mag die Person sich mal
> melden und berichten was ihr an dem Projekt nicht passt?

Das sind Neider die haben evtl. auch mal sowas gebaut aber nicht die 
Anerkennung wie Du. Einfach ignorieren und daran denken: Neid ist die 
höchste Form von Anerkennung.

Spielt es eigentlich eine Rolle, von welcher 'Richtung' die Diode 
'angestrahlt' wird? Der Boden der Diode schirmt doch auch schon etwas 
ab(?).

Ich hätte noch ein paar Ideen das Projekt zu erweitern.

a) Das Signal so aufmodulieren und verstärken das es in den 16bit Analog 
Eingang von einem Atmega328 passt.

b) An den mC eine Transistor Stufe und damit einen Lautsprecher füttern, 
so dass der Detector so ähnlich klingt wie ein Metalldetektor. 
Alternativ wie Parksensoren vom Auto.

c) Jetzt können wir dem gleich ein Display spendieren mit Balkendiagramm 
zur Ausgabe

d) Jetzt wird es tricky. Die Ausgabe auf dem Display zusätzlich mit 
Masseinheit MeV. Wie und überhaupt man sowas kalibriert dürfte dann auch 
für Dich eine Herausforderung sein.


Zu guter Letzt eine Frage. Hast Du Dir schon mal Gedanken über das 
Metallgehäuse in Bezug auf Material und Stärke gemacht? Dürfte doch 
einen Unterschied machen ob es 0.5mm Alublech ist oder 4mm Stahl. Gibt 
es Metalle die Alpha Strahlung besser abschirmen?

[Franz J. (schreibtischhengst)]

Philipp G. schrieb:
> Spielt es eigentlich eine Rolle, von welcher 'Richtung' die Diode
> 'angestrahlt' wird? Der Boden der Diode schirmt doch auch schon etwas
> ab(?).
> Hast Du Dir schon mal Gedanken über das Metallgehäuse in Bezug auf Material und 
Stärke gemacht?

Ja das spielt eine erhebliche Rolle von welcher Richtung. Der 
durchschnittliche Alphastrahler kann mit einem starken Blatt Papier 
schon abgeschirmt werden. Die Alphateilchen sollen aber ihre ganze 
Energie möglichst in der Diode abgeben, da man ja ein energieabhängiges 
Spektrum aufzeichenen möchte. Schon durch Luft erfahren sie einen 
deutlichen Energieverlust, weshalb man Alphaspektren meist auch im 
Vakuum aufnimmt.
D.h. mit Metall kannst du Alphastrahlung sowieso gut abschirmen.

Betas/Elektronen sind da nicht ganz so intolerant, die könnte man evtl 
auch von hinten in die Diode bekommen, aber sie würden auch Energie 
verlieren, dann wäre das mit dem 'vernünftigen' Spektrum wieder 
schwierig.


Die Art und Dicke des Metallgehäuses spielt soweit ich vermute für 
diesen Detektor aber auch eine nicht unerhebliche Rolle, da es ja als 
Faradayscher Käfig wirkt...->dicker also besser. Ist aber eher eine 
Vermutung. Jemand hier evtl Erfahrung mit verschiedenen Gehäusen?

>Ich hätte noch ein paar Ideen das Projekt zu erweitern.
Das schöne an diesem Detektor ist ja, dass er so einfach gehalten ist, 
aber als optionale Upgrades würden deine Vorschläge mir zumindest sehr 
zusagen =)

Oliver K. schrieb:
> Das freut mich sehr! Welche Testobjekte misst Du denn damit?

Einmal die Nuklidkarte rauf und runter ;-)
Ehrlich gesagt keine Ahnung. Seit neustem weiß ich, dass einiges an 
Radon im Keller ist, evtl lässt sich damit was messen. Ansonsten alles 
was mir so in die Hände fällt...Mineralien, Antiquitäten...

[Oliver K. (ozel-)]

Philipp G. schrieb:
> d) Jetzt wird es tricky. Die Ausgabe auf dem Display zusätzlich mit
> Masseinheit MeV. Wie und überhaupt man sowas kalibriert dürfte dann auch
> für Dich eine Herausforderung sein.

Für das Alpha-Spektrometer gibt es eine Energiekallibrierung:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Energy-Spectra#energy-calibration
Sonst wäre das Spektrum im ersten Post etwas schwierig...
Siehe auch diese Posts
Beitrag "Re: Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)"
Beitrag "Re: Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)"

Bei der Electron-Detector Variante macht eine Energiekalibrierung aus 
verschiedenen Gründen nicht so viel praktischen Sinn.
Was hier im letzten Absatz zur Detektion von Gammastrahlung steht, gilt 
auch für Elekronen von Beta-Zerfällen:
Beitrag "Re: Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)"
Energiereiche Elektronen werden nur teilweise in der 50 mu dünnen 
emfindlichen Diodenschicht absorbiert. Das kann man in dem Beispiel 
Alpha-Sprektrum vom ersten Post nachvollziehen, die linke abfallende 
Flanke im Spektrum kommt überwiegend von Elektronen (plus ein paar 
Gammas) und endet bei ca. 0.6 MeV.


> Zu guter Letzt eine Frage. Hast Du Dir schon mal Gedanken über das
> Metallgehäuse in Bezug auf Material und Stärke gemacht? Dürfte doch
> einen Unterschied machen ob es 0.5mm Alublech ist oder 4mm Stahl. Gibt
> es Metalle die Alpha Strahlung besser abschirmen?

Bei Metallen gibt es da keine grossen Unterschiede, nach ca. 50 um sind 
Alphas mit üblichen, natürlicherweise (auf der Erde - ist im Weltraum 
weder anders ;-) vorkommenden Energien komplett absorbiert. Zum Thema 
'radiation window' steht auch was im Wiki:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Enclosures#creating-a-radiation-window
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Diodes#blocking-of-light-using-thin-foils

Franz J. schrieb:
> Seit neustem weiß ich, dass einiges an
> Radon im Keller ist, evtl lässt sich damit was messen.

Radon kann man zu Hause prima mit dem einem elektrostatisch aufgeladenen 
Party Ballon messen:
https://sci-hub.st/10.1088/0031-9120/32/2/016
Aufblasen, an Haaren oder Woll-Pullover reiben und elektrostatisch laden 
bis es ordentlich knistert, in einem geschlossenem Raum (muss nicht im 
Keller sein, geht da nur noch besser) für ca. 15 Minuten an einer Wand 
oder Möbelstück per Tesafilm am Knoten befestigen, wieder abnehmen & 
vorsichtig die Luft rauslassen (am Knoten minimal in's Plastik 
einschneiden). Dann direkt vor den Detektor legen und staunen.
Anfangs ist die Alpha-Aktivität vom kurzlebigen Polonium sehr gut 
messbar (v.a. Po-218, erstes Folgeprodukt vom Rn-222 Radon-Zerfall) dann 
kommen mehr Gamma & Beta Zerfälle, siehe Abbildung 6a) in meinem 
Artikel: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm
(Diese Messung wurde mit einem deutlich grossflächigeren Pixeldetektor 
gemacht, aber auch mit der kleinen BPX61 diode misst man schnell einige 
Alpha-Teilchen Pulse vom Ballon.)
Alternativ geht das manchmal auch mit einem Staubsauger plus Stück Tempo 
als Luftfilter, aber da sitzen die Alpha-Emitter nicht so schön an der 
Oberfläche wie beim Balloon Epxeriment und werden deswegen eher vom 
restlichen Staub/Tempo absorbiert.

[Malte _. (malte)]

Oliver K. schrieb:
> Beide Detektor-Varaianten haben ja unteschiedliche Bestückung von
> Kondensatoren und Widerständen, nicht nur andere Diode. Vllt. hat sich
> da ein Problem eingeschlichen?
Ehm ja heute beim Ausbauen des Alpha und Einbauen des Beta Detektors hab 
ich mal auf kalte Lötstellen geachtet. Ich war wohl zu müde und hab R5 
vergessen... Dann schaue ich mal ob der dann geht.

>> Kann es sein, dass das Gehäuse vom Sensor schlicht die beiden Anschlüsse
>> an den Durchkontaktierungen und ungenutzten Diodenanschlüssen verbindet?
>
> Ja das kann gut sein! Am besten nochmal leicht lockern und anheben, es
> reicht ja ein winziger Spalt.
Das konnte ich dann recht gut ausschließen ohne angeschlossene 
Spannungsversorgung arbeitet der Sensor als Solarzelle. So misst man an 
dem Sensor ca 0,2V und wenn man eine kräftige LED drauf leuchtet, steigt 
der Wert auf 0,4V. Damit ist der Sensor in Ordnung und keine 
Niederohmige Verbindung auf der Platine.

>> Mit der Triggerschwelle bleib ich bei dem Betadetektor hartnäckig bei 0,
>> 2 oder 3 Zählimpulse auf einmal.
>
> Also nur um sicher zu gehen, Du meinst diese web GUI, richtig?
> https://ozel.github.io/DIY_particle_detector/data_recording_software/webGui/
Genau die. Das waren immer 2 oder 3. Aber als ich heute es ausprobiert 
hatte, hattest du die GUI gerade geändert, und damit wird jetzt bei 
selber Hardware auch schön einzeln gezählt. Jetzt klappts also.

Philipp G. schrieb:
> Oliver K. schrieb:
>> Irgendjemand scheint hier Spass zu haben an scheinbar pauschalem
>> downvoting von Posts seit dem Sommer. Vielleicht mag die Person sich mal
>> melden und berichten was ihr an dem Projekt nicht passt?
>
> Das sind Neider die haben evtl. auch mal sowas gebaut aber nicht die
> Anerkennung wie Du. Einfach ignorieren und daran denken: Neid ist die
> höchste Form von Anerkennung.
Ich hab mal upgevotet :) Irgendwer hat immer was zu meckern. Ist halt 
so...

> Ich hätte noch ein paar Ideen das Projekt zu erweitern.
>
> a) Das Signal so aufmodulieren und verstärken das es in den 16bit Analog
> Eingang von einem Atmega328 passt.
>
> b) An den mC eine Transistor Stufe und damit einen Lautsprecher füttern,
> so dass der Detector so ähnlich klingt wie ein Metalldetektor.
> Alternativ wie Parksensoren vom Auto.
>
> c) Jetzt können wir dem gleich ein Display spendieren mit Balkendiagramm
> zur Ausgabe
>
> d) Jetzt wird es tricky. Die Ausgabe auf dem Display zusätzlich mit
> Masseinheit MeV. Wie und überhaupt man sowas kalibriert dürfte dann auch
> für Dich eine Herausforderung sein.

An eine solche Box hatte ich auch gedacht. STM32F4xy, kleines 
Farbdisplay, ein paar Taster, Datenflashspeicher, Eingänge, Ausgänge, 
H-Brücken, Relais.. etc für universelle Mess und Steueraufgaben. Aber 
wenn ich mir anschaue dass ich nur zu ~2 Projekten im Jahr komme sollte 
da niemand auf mich warten ;) Naja, ein STM Nucleo mit 128x128 Pixel LCD 
auf dem Steckbrett zum Evaluieren liegt seit Jahresanfang hier:
Beitrag "Re: Menu Designer für Grafik LCDs inklusive grafischem Editor"

[Oliver K. (ozel-)]

Malte _. schrieb:
> Ich war wohl zu müde und hab R5
> vergessen... Dann schaue ich mal ob der dann geht.
OK. Das ist schon eines der eher wichtigeren Bauteile in der Schaltung 
;-)
In der zweiten Stufe dient der Feedback C nur zum filtern und der 
Widerstand (R5) ist das wichtigste. In der erste Stufe ist es eher 
andersherum (R3 ist nur dazu da, um die sehr kleinen Feedback Cs nach 
jedem Ladungspuls wieder zu entladen).

Malte _. schrieb:
>>> Mit der Triggerschwelle bleib ich bei dem Betadetektor hartnäckig bei 0,
>>> 2 oder 3 Zählimpulse auf einmal.
>>
>> Also nur um sicher zu gehen, Du meinst diese web GUI, richtig?
>> https://ozel.github.io/DIY_particle_detector/data_recording_software/webGui/
> Genau die. Das waren immer 2 oder 3. Aber als ich heute es ausprobiert
> hatte, hattest du die GUI gerade geändert, und damit wird jetzt bei
> selber Hardware auch schön einzeln gezählt. Jetzt klappts also.

Super. Wobei ich nichts an der Triggerlogik geändert hatte (kann man auf 
Github sehen, die ist recht simpel...). Ich habe nur die zwei Modi mit 
verschienden default Triggerschwellen und Zeitbasis eingebaut damit man 
jeweils die Plulse besser sieht, und die Schwelle auch besser anpassen 
kann.
Wie gesagt, wenn die Quelle eher stark strahlt oder sehr nahe dran ist, 
treten Teilchen im Detektor tatsächlich oft zeitlich gebündelt auf. 
Angezeigt wird immer nur der letzte Puls.

[Knecht L. (gonz)]

Hallo ozel,
ich habe gerade Deinen Vortrag im rC3 gesehen. Danke für das tolle 
Projekt und die gute Dokumentation und Unterstützung!
Ich habe eine InfluxDB im Raspi 4 laufen, in der ich über Node-Red 
diverse Umweltsensordaten ablege und über Grafana anzeige.

Wurde schonmal probiert die CM108 USB-Soundkarte am Raspi zu verwenden 
und automatisch die gemessenen Werte abzulegen?
Ich stelle mir eine Langzeit-Aufzeichnung vor, in der die gemessenen 
Teilchenenergien in der InfluxDB abgelegt werden.

Vielleicht könnte Dein Projekt eine Ergänzung zum https://muonpi.org/ 
Projekt sein? Dies ist erstmal zweitrangig, in erster Linie interessiert 
mich die Langzeit-Datenerfassung :)

Viele Grüße und einen guten Rutsch!

[Oliver K. (ozel-)]

Knecht L. schrieb:
> ich habe gerade Deinen Vortrag im rC3 gesehen. Danke für das tolle
> Projekt und die gute Dokumentation und Unterstützung!

Danke, freut mich!
Für Mitleser, die Videos sind jetzt auch auf Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=1uoUGNa_g_E
sogar mit deutscher Simultanübersetzung:
https://www.youtube.com/watch?v=bdjcy4tITYw
Ich erkläre da im Schnelldurchlauf u.a. das Funktionsprinzip der PIN 
Dioden mit ionisierender Strahlung/Radioaktivität und die 
Verstärkerschaltung.

> Wurde schonmal probiert die CM108 USB-Soundkarte am Raspi zu verwenden
> und automatisch die gemessenen Werte abzulegen?

Das geht sicherlich (TM) ;-). Es ist ein reguläres USB Audio Class 
device, braucht keine extra Treiber und ich nutze die Python Skripte im 
repo selbst  v.a. unter Linux/Unix (bisher nur nicht am Pi). Im Moment 
ist die Analyse der Pulse separat, aus historischen Gründen. Könnte man 
auch recht einfach direkt hintereinander schalten, Recorder & 
Analyse-Skript. Mein nächster Schritt ist den Analyse-Teil mit eigener 
Doku in eine kleine Library zu packen, dann kann man das besser in 
eigene Projekte integrieren.

> Ich stelle mir eine Langzeit-Aufzeichnung vor, in der die gemessenen
> Teilchenenergien in der InfluxDB abgelegt werden.

Ja das ist echt irre wie schnell man damit und Grafana etwas auf die 
Beine stellen kann. Allerdings gefallen mir die Histogramme dort noch 
nicht so,
das sind eher unpraktische Balkendiagramme - wird vllt. noch. Bisher 
finde ich Python Bokeh deutlich besser für Sensordaten, auch wenn man 
teils mehr von Hand konfigurieren muss.

> Vielleicht könnte Dein Projekt eine Ergänzung zum https://muonpi.org/
> Projekt sein?

Prinzipiell schon, ich kenne das Projekt. Am CERN haben wir mit 
www.cosmicpi.org soetwas ähnliches. Ein Nachteil ist natürlich die 
extrem kleine Fläche, 7mm² pro Diode kriegen von einem 1 Myon/cm² pro 
Minute auf der Erdoberfläche nicht so viel ab um viel von 
Teilchenschauern zu erfassen. Dazu kommt dann noch die eher grobe 
zeitliche Auflösung wegen der relativ breiten Pulse, aber das könnte man 
natürlich verbessern mit einer aufwändigeren Schaltung.

> Viele Grüße und einen guten Rutsch!

Frohes Neues!

[Christoph E. (stoppi)]

Ich probiere mich auch gerade an der Alphaspektroskopie. Beta- und 
Gammaspektroskopie habe ich bereits erfolgreich umsetzen können.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/alphaspektroskopie/

Verwende aber eine andere Schaltung. Scheint aber auch recht gut zu 
funktionieren. Als nächstes nehme ich mit der MCA-Software Theremino die 
Spektren von Americium-241 (Energie der Alphastrahlen = 5.486 MeV) und 
Polonium-210 (5.307 MeV) auf. Bin schon neugierig, ob ich eine 
Verschiebung feststellen kann. Dafür müssen die beiden Strahler 
natürlich den exakt gleichen Abstand zur Photodiode (auch eine BPX61) 
besitzen.

Meine Pulse sind rund 1 V hoch und 240 µs lang.

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Christoph,

mit einer Pole-Zero Komepensation (R ueber den 470 nf Auskopplung) 
kannst Du den Unterschwinger verringern.

[Christoph E. (stoppi)]

@Uwe: Vielen Dank für deinen Hinweis, muss ich mir noch näher 
anschauen...

Heute war einmal das Americium-241 an der Reihe. Und was soll ich sagen, 
das mehr als simple Alphaspektrometer in Kombination mit MCA-Theremino 
verrichtet tolle Arbeit. Ich erhalte wie erwartet/erhofft mit 
zunehmenden Abstand d immer kleiner werdende und nach links in Richtung 
kleinerer Energie wandernde peaks.

Es bildet sich auch der Gamma-peak von Americium bei 59 keV aus. Damit 
hätte ich nicht gerechnet bei einer Photodiode als Detektor. Wenn der 
Peak beim Po-210 auch noch da ist, muss ich mir eine andere Erklärung 
für ihn einfallen lassen ;-)

Der angegebene Abstand d ist allerdings nur bis zur Gehäuseaußenfläche 
gemessen. Der tatsächliche Abstand der radioaktiven Quelle zum Sensor 
ist also um rund 2 mm größer.

Wenn man nun die Lage der Maxima für die verschiedenen Abstände 
hernimmt, kann man sogar den Energieverlauf E(x) der Alphateilchen in 
Abhängigkeit von der Flugstrecke x modellieren.

Jetzt hoffe ich nur mehr, dass die Kurven für Polonium-210 leicht nach 
links verschoben sind. Mal schauen, bin schon gespannt...

[Christoph E. (stoppi)]

Hier nun die Ergebnisse mit Polonium. Damit die Zählraten nicht zu groß 
werden, musste ich sowohl die Quelle als auch die Photodiode stark 
abblenden. Selbst so erhielt ich bei geringen Distanzen Zählraten um die 
600 Pulse/sek. Die Quelle befindet sich geschützt in einer Aussparung, 
sodass die Photodiode keinerlei Kontakt zu ihr hat! Deshalb beträgt die 
minimale Distanz auch nur 10 mm.

Anbei ein Spektrum von Po-210 alleine bzw. im Vergleich mit Am-241 bei 
unterschiedlichen Distanzen. Man erkennt aber immer sehr gut die 
Verschiebung des Polonium-peaks in Richtung kleinerer Energie. Der 
Unterschied zum Americium müsste immer im Bereich zwischen 200-400 keV 
betragen. Ich bin mit den Ergebnissen mehr als zufrieden.

Zum Abschluss noch die Kurven E(x), welche aus den Spektren gewonnen 
wurden. Man sieht schön, dass sich die Kurve von Polonium unterhalb 
jener von Americium befindet, sprich die Energie von Polonium immer 
niedriger ist als von Americium. Die um 2 mm erhöhten Abstände x kommen 
dadurch zustande, dass sich der Sensor der Photodiode 2 mm innerhalb des 
Gehäuses befindet und die Abstände d immer nur bis zum Gehäuse gemessen 
wurden!

[Christoph E. (stoppi)]

Heute habe ich zum Abschluss noch das Spektrum meiner Radium-Uhrzeiger 
aufgenommen. Da die zu großen Pulse oben abgeschnitten schienen, habe 
ich den Pegel des Mikrofons auf nur 25% eingestellt. Beim Americium und 
Polonium waren es noch die vollen 100%. Nach dieser Anpassung konnte ich 
auch Energien > 6 MeV darstellen. Ich war positiv überrascht, als ich 
mehrere Peaks im Radium-Spektrum entstehen sah. Ein Vergleich mit einem 
Referenzspektrum aus dem Internet verlief zufriedenstellend, da auch in 
diesem 4 Peaks zu sehen waren.

Damit habe ich alle Messungen mit meinem Alphaspektroskop im Kasten und 
die radioaktiven Quellen können wieder sicher verstaut werden...

Hier der Link zu meiner ausführlicheren Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/alphaspektroskopie/

[Christoph E. (stoppi)]

Hier mein Video zur alphaspektroskopie: https://youtu.be/IM3RJr54IAQ

[Oliver K. (ozel-)]

Hallo Christoph,

Ich sehe deine Beiträge jetzt erst. Super Arbeit und toller belegt, dass 
es auch mit Thermino geht!

Die Radiumzeiger sind wirklich perfekte Testquellen zur 
Energie-Kallibration.
Mein Zeiger-Spektrum (aus Figure 10, 
https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264) sieht grundsätzlich ähnlich 
aus, nur mir etwas mehr Struktur. Die Flanken rechts der Peaks sollten 
möglichst steil abfallen. Das kann natürlich trotzdem noch von der 
Quelle beinflusst sein (Farbe absorbiert teilweise) oder am Rauschen der 
Schaltung bzw. der Abtastung liegen. Bei mir sind die Pulse ein gutes 
Stück breiter was prinzipiell für die Abtastung mit den 48 kHz der USB 
Soundkarte besser ist.

Der Gamma-peak von Am-241 ist rein physikalisch schon messbar, es sind 
halt nur ein paar Prozent Detektionswahrscheinichkeit in 50 Mikrometern 
(siehe die Diskussion zu Figure 1 im Artikel). Die Frage ist vor allem, 
ob er nicht im Rauschen oder einem eventuell ebenfalls vorhandenem 
Beta-Zerfall Energiekontinuum (bzw. Gamma-Hintergund) untergeht. 
Letzteres sollte bei reinen Am-241 und Po-210 Quellen aber ja kein 
Problem sein
Bei deinen letzten Po-210 Messungen ist manchmal links ein peak und 
manchmal nicht. Waren die Trigger-Level in Thermino immer gleich?

Man findet in der Literatur auf jeden Fall Schaltungen (deutlich 
aufwändigere) die gezielt kleine Röntgen/Gamma Pulse auch mit einfachen 
PIN Dioden auflösen und draus Spektren ableiten können.

[Clemens S. (zoggl)]

Hy,
Cooles Projekt.
Ich würde im Austausch gegen eine Platine anbieten ein Gehäuse mit 
Blenden, Batteriehalter und Abstandshaltern zu drucken das sauber in 
eine metallische Creme Dose passt, die vielleicht sogar evakuiert werden 
kann (ich möchte in Richtung schwacher Alpha Strahler gehen).

Meld dich bitte per PM, wenn du Interesse hast.

Sg & schönes Wochenende