Röntgenstrahlung Bildröhren

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Hab mal ne erste Messung eines Tritium-Gaslichts mit dem Gammascout gemacht, das Ergebnis ist:
Hintergrund: 0.389cps
Mit Tritium Gaslicht: 1.015cps
Messzeit 5min.

Zum den Tritiumlichtern und der Bremsstrahlung hab ich in nem alten Dokument aus USA was gefunden, siehe Anhang, leider kein Bremsstrahlungsspektrum, aber der Gammascout ist nicht gänzlich blind demgegenüber 

[Henri]

Eine Impuls-Ionisationskammer selber zu bauen ist kein Hexenwerk.

Hallo,

Ich muss zugeben, ich habe es nicht geschafft, die Mengen an Informationen, die in letzter Zeit sich hier erfreulicherweise angesammelt haben, alle zu lesen. Also verzeiht mir eine eventuell blöde Frage:

Wieso denn Impuls-Ionisationskammer? Das Schöne an I-Kammern ist ja, dass man den Ionisationsstrom als "Summenereignis" direkt messen kann. Bei Kammern, die "nur" einzelne Ereignisse in Form von Impulsen zählen, hat man ja wieder das Problem, dass sich diese möglicherweise nicht vom Rauschen abheben, wenn die gesuchte Impulshöhe sehr niedrig liegt. Und man benötigt eine aufwändige Aufbereitung, weil man die Energien nicht gleich in Summe erfasst, sondern getrennt aufzeichnen und später rechnerisch zusammenfügen müsste. Bei Radonmessungen macht das Sinn, weil man die verschiedenen Arten auftretender Zerfälle unterscheiden möchte. Aber bei einem Röntgenstrahlungs-Kontinuum?

Und I-Kammer und GM-Zählrohr arbeiten doch noch mal nach völlig anderen Prinzipien, letzteres mit Gasverstärkung. Also, dass jedes ionisierende Ereignis einen Zählimpuls der gleichen Höhe generiert, unabhängig wie hoch die tatsächliche Energie des Ereignisses war. Und dann hat man beim GM-Zählrohr im Gegensatz zur I-Kammer ja auch noch Totzeit-Phänomene. Die sind bei Messungen an einem Röntgenstrahler sicherlich nicht zu vernachlässigen.

Eine gute luftgefüllte I-Kammer zu bauen ist nicht so trivial, weil sie sich durch vielerlei Umgebungseinflüsse (Luftdruck, Feuchtigkeit, elektrostatische Aufladung...) in die Irre führen lässt. Deshalb nimmt man beim RadonEye auch eine Impuls-Ionisationskammer, denn die nachzuweisenden Energien beim Radon-Zerfall sind hoch und der Rest interessiert nicht. Normale offene I-Kammern haben oft noch ein Trockenpäckchen, das regelmäßig regeneriert werden muss, und man braucht Möglichkeiten zum regelmäßigen Abgleich... sonst misst man Mist. Und geschlossene Kammern haben halt eine bestimmte Wandstärke...

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Wieso denn Impuls-Ionisationskammer? Das Schöne an I-Kammern ist ja, dass man den Ionisationsstrom als "Summenereignis" direkt messen kann.

Du kennst doch sicher diese Ionisations-Rauchmelder Elektronik? Das ist jetzt ne direkte Ionisationsstrommessung. Aber da ist die Ionendosis halt schon ziemlich kräftig. Und man bekommt nur Picoamperes. Deswegen ist der Operationsverstärker, der da benutzt wird schon ein kleines Kunstwerk. Die Leckströme im Silizium von normalen OPs sind eher so im nA Bereich. Wenn man wenig Ereignisse pro Sekunde hat, ist der DC Strom sehr gering, den man messen muss und der muss größer sein als der Eingangs-Leckstrom des OP. Das Einzelereignis dagegen ist zwar kurz und selten aber kräftiger, deswegen brauch ich halt mehr Bandbreite im OP und nen schnellen Komparator um den Einzelpuls so once-in-a-while sicher einzufangen und zu zählen, das ist aber leichter zu machen. Ich glaub das könnte der Hintergrund sein, warum man bei geringeren Ionendosen eher den Weg geht. Ich hab noch irgendwo ein Paper von der PTB zu dem Thema, da werd ich aber nochmal nachlesen. 

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Lies mal hier:
https://www.ti.com/lit/an/snoa960/snoa960.pdf

Das ist so ein OP für einen DC Ionisationsstrom eines Am241 Rauchmelders. Die reden da von fA Leckstrom... Auch die Platine ist meist ein Kunstwerk, mit Guardring und so. Ist kein Spaß so was zu bauen 

[Peter-1]

Hallo Bernd,
kleine Ströme messen sind kein Hexenwerk. Sieh dir mal das Datenblatt von LMC6482 an. Das ist ein wirklich netter Verstärker mit enem Eingangsstrom von ~ 20fA. Das kann man dann noch kompensieren.
Leider habe ich vor Jahren ein Capintec mit 2 Kammern an einen Prof. in Regensburg verschenkt.   Aber mit meinem Selbstbau mit einer 120ccm Ionisationskammer komme ich bei 100µSv/h auf etwas über 110 fA. Das ist noch gut zu messen.
Bis zu welchem keV Minimum die Kammer geht ? Ein Brocken aus Jachymov bringt in direktem Kontakt mit der Kammer ca. 1,5µR/s  ~ 54 µSv/h wenn ich mich nicht verrechnet habe. Sagt natürlich nur aus, dass das Gerät vermutlich noch funktioniert.
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@Peter-1 : Hast Du so ein Tritium Gaslicht? Kannst Du mal mit Deinem Capintec versuchen, ob Du an dem die Bremsstrahlung siehst? Das LND712 im Gammascout hat bei dem mit Hintergrund ungefähr 1 Puls pro Sekunde. Und bei der DY802 kommt hoffentlich auch nicht so viel mehr raus. Bei ner richtigen Röntgenröhre direkt im Nutzstrahl, ok, da schon...

PS: Das war doch sicher Prof. H.v.P. dem Du das Gerät gegeben hast!  Den kannst Du doch sicher nochmal darum bitten, Du musst halt etwas lauter reden und er muss das Hörgerät anhaben! 

Edited

[opengeiger.de]

Ich habe nun eine Literaturquelle gefunden, die so grob die Größenordnung der Bremsstrahlung aus Tritium Gaslichtern spezifiziert (https://legalinstruments.oecd.org/public/doc/452/452.en.pdf):

>>Measurements made on a variety of these devices indicate that the dose rate at the surface of a thin-walled one (i.e. one having a wall thickness of about 0. 1 mm. glass) is of the order of 100 millirads per hour per curie, while that at the surface of a thicker walled one (1 mm. glass with an outer covering of 2 or 3 mm. plastic) is of the order of 1 millirad per hour per curie. The measurements also indicate that the effective energy of the bremsstrahlung is usually in the range 8 to 14 keV.<<

Demnach haben wir es mit Bremsstrahlung zwischen 8 und 14keV zu tun, das passt also ganz gut zu einer alten Röhre, die mit 25kV betrieben wird. Wenn man nun obige US-Einheiten umrechnet, dann kommt man bei den dünnwandigen Tritium-Lichtern auf 27uGy/h aus einem 1GBq Röhrchen. Das wären dann so ganz ungefähr 27uSv/h an H'(0.07) in unmittelbarer Nähe zur Glaswand. Das seh ich doch richtig?

Also doch nicht ganz so wenig. Und ja, sowohl der Gammascout als auch der Inspector ticken ja doch schon ganz deutlich.

Setzt man das nun in Bezug auf die Nettozählrate des Gammascout von 0.617cps mit dem Röhrchen, dann wären das so ganz grob 44 uSv/h/cps als Gerätekonstante für den Gammascout für diese Bremsstrahlung aus dem Gaslicht, wenn man den Abstand von ca. 1cm zum Zählrohr und das Alter meines Gaslichtes erst mal vernachlässigt. Für eine erste grobe Hausnummer müsste das reichen. Bei 1mSv/h H'(0.07) an Bremsstrahlung aus dem Gaslicht müsste der Gammascout daher mit dieser ganz groben Schätzung 23cps nach ausreichend Mittelungszeit anzeigen.

Hat jemand, der jetzt so eine alte Röhre betreiben kann, auch einen Gammascout? Wieviel cps lassen sich da so an  der Röhre in etwa messen? 

Und wie gesagt, es geht hier nur um eine ganz, ganz grobe Schätzung! Oder hab ich wo nen groben Denk- bzw. Rechenfehler?

[etalon]

Ich nehme dann mal wieder meine Rolle als Spielverderber wahr... 

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Demnach haben wir es mit Bremsstrahlung zwischen 8 und 14keV zu tun, das passt also ganz gut zu einer alten Röhre, die mit 25kV betrieben wird. Wenn man nun obige US-Einheiten umrechnet, dann kommt man bei den dünnwandigen Tritium-Lichtern auf 27uGy/h aus einem 1GBq Röhrchen. Das wären dann so ganz ungefähr 27uSv/h an H'(0.07) in unmittelbarer Nähe zur Glaswand. Das seh ich doch richtig?
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Hmm, da wäre ich nicht so optimistisch. Beim ß-Zerfall von H-3 wird eine Energie von rund 18,6 keV frei. Diese verteilt sich auf das Elektron und ein Elektronantineutrino. Das hat zur Folge, dass die mittlere ß-Energie nur etwa um die 6 keV beträgt. Davon beträgt der Peak bei der Bremsstrahlung ca. 1/3 davon. Wenn ich diese beiden Wahrscheinlichkeiten falte, dann komme ich bei einer mittleren Bremsstrahlungsenergie von deutlich weniger als 8-14 keV raus. Jetzt gibts natürlich auch Elektronen, welche die ganzen 18 keV abbekommen, und von denen gibt es dann auch welche, die ihre gesamte Energie bei der Abbremsung abgeben, aber mit welcher Wahrscheinlichkeit? Das Problem ist, dass hier bislang oft mit Extremwerten gerechnet wird, aber wie repräsentativ ist das, vor allem im Hinblick auf die Effizienzermittlung?
Die 8-14 keV sind dann halt die Photonen, welche es noch aus dem Glas heraus schaffen, aber entstehen werden ganz sicher deutlich mehr und in einem niederenergetischeren Spektrum, vor allem, wenn man das dann in Relation zur H-3 Aktivität setzt...

Aber für eine grobe empirische Ermittlung kann man das denke ich schon so machen...

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Wieso denn Impuls-Ionisationskammer? Das Schöne an I-Kammern ist ja, dass man den Ionisationsstrom als "Summenereignis" direkt messen kann. Bei Kammern, die "nur" einzelne Ereignisse in Form von Impulsen zählen, hat man ja wieder das Problem, dass sich diese möglicherweise nicht vom Rauschen abheben, wenn die gesuchte Impulshöhe sehr niedrig liegt. Und man benötigt eine aufwändige Aufbereitung, weil man die Energien nicht gleich in Summe erfasst, sondern getrennt aufzeichnen und später rechnerisch zusammenfügen müsste. Bei Radonmessungen macht das Sinn, weil man die verschiedenen Arten auftretender Zerfälle unterscheiden möchte. Aber bei einem Röntgenstrahlungs-Kontinuum?

Und I-Kammer und GM-Zählrohr arbeiten doch noch mal nach völlig anderen Prinzipien, letzteres mit Gasverstärkung. Also, dass jedes ionisierende Ereignis einen Zählimpuls der gleichen Höhe generiert, unabhängig wie hoch die tatsächliche Energie des Ereignisses war. Und dann hat man beim GM-Zählrohr im Gegensatz zur I-Kammer ja auch noch Totzeit-Phänomene. Die sind bei Messungen an einem Röntgenstrahler sicherlich nicht zu vernachlässigen.

Eine gute luftgefüllte I-Kammer zu bauen ist nicht so trivial, weil sie sich durch vielerlei Umgebungseinflüsse (Luftdruck, Feuchtigkeit, elektrostatische Aufladung...) in die Irre führen lässt. Deshalb nimmt man beim RadonEye auch eine Impuls-Ionisationskammer, denn die nachzuweisenden Energien beim Radon-Zerfall sind hoch und der Rest interessiert nicht. Normale offene I-Kammern haben oft noch ein Trockenpäckchen, das regelmäßig regeneriert werden muss, und man braucht Möglichkeiten zum regelmäßigen Abgleich... sonst misst man Mist. Und geschlossene Kammern haben halt eine bestimmte Wandstärke...

Da stimme ich Henri zu. Es ist vor allem bei GMZ ein großer Nachteil, bei entsprechenden Zählraten eine nicht zu vernachlässigende Totzeit aufzuweisen. Das heißt nicht, dass selbige grundsätzlich für diesen Zweck ungeeignet sind, aber man muss bei ihrem Einsatz sorgfältig auf die Balance zwischen zu messenden Photonenfluss und Wirkungsgrad achten...

[Peter-1]

Hallo Bernd,

ich habe kein Gaslicht und das Capintec habe ich wie schon geschrieben nach Regensburg abgegeben. Es wäre auch zu unempfindlich. Ja sicher , es war H.v.P. ich habe ihn unheimlich nett erlebt.

[etalon]

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Setzt man das nun in Bezug auf die Nettozählrate des Gammascout von 0.617cps mit dem Röhrchen, dann wären das so ganz grob 44 uSv/h/cps als Gerätekonstante für den Gammascout für diese Bremsstrahlung aus dem Gaslicht, wenn man den Abstand von ca. 1cm zum Zählrohr und das Alter meines Gaslichtes erst mal vernachlässigt. Für eine erste grobe Hausnummer müsste das reichen. Bei 1mSv/h H'(0.07) an Bremsstrahlung aus dem Gaslicht müsste der Gammascout daher mit dieser ganz groben Schätzung 23cps nach ausreichend Mittelungszeit anzeigen.
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Jetzt würde mich mal interessieren, wie viele uSv/h einem ips bei 662 keV mit dem Gammascout entsprechen. Weist du das zufällig?

[opengeiger.de]

Jetzt würde mich mal interessieren, wie viele uSv/h einem ips bei 662 keV mit dem Gammascout entsprechen. Weist du das zufällig?

Das ist jetzt natürlich eine trickreiche Frage. Man muss jetzt eigentlich nach unserer langen Diskussion überlegen, auf welche uSv/h wird denn der Gammascout werkseitig kalibriert? Nehmen wir mal an es ist H*(10)/dt in 1m Entfernung von einem Cs137 Prüfstrahler. Dann müsste der Hersteller also dafür die Konstante ins Gerät speichern und vielleicht noch einen kleinen Algorithmus dazu einbauen, der die Dosisabhängigkeit der Zählrate des LND712 berücksichtigt. Angenommen er hat  das gemacht, dann kann ich aus dem Datalog einer Messung, in dem immer Rate und Dosisleisung geloggt werden, genau das rausrechnen. Und wenn jetzt die Dosisleistung in der Messung nicht zu hoch ist, dann dürfte der Algorithmus zur Dosisleistungsabhängigkeit nicht zuschlagen. So ne Analyse eines Datalogs habe ich nun mal gemacht. Das war eine Messung auf der berühmten Stuttgarter Königstraße mit ihrem Flossenbürger Granit. In Gonadenhöhe (Gürteltasche) zeigt der Gammascout da grob 0.3uSv/h auf dem Display an, und da kam ja das LUBW so grob auf den gleichen Wert. Jetzt misst der Gammascout seine Zählrate da zwar von Unat getrieben, aber er rechnet das nun mit seiner Cs137 Kalibrierkonstante in die Dosisleistung um. Das heisst, ich krieg die Kalibrierkonstante raus, ganz unabhängig davon welche Zählrate er gerade hat, in dem ich die cps durch die Dosisleistung teile, das muss dann weitgehend konstant sein, wenn der Algorithmus zur Dosisleistungsabhängigkeit diese Kalibrierkonstante nicht groß verändert. Und genauso kommt es auch raus.

Hier das Ergebnis gemittelt über dem Granit   
Zählrate            0.543   
Dosisrate           0.306          
cps/(uSv/h)        1.775

Mit Cs137 nachprüfen kann ich das nicht so ohne weiteres. Als Cs137 Prüfstrahler hab ich nur so ein altes SparkGap Röhrchen und 1kg Erde vom Hirschgraben. Das ist zwar gut für die Gammaspektroskopieanlage, aber wenn man das ohne Blei vor den Gammascout legt, dann zeigt der da in meinem Ziegelhaus nicht viel mehr als den Hintergrund an. Von daher verlasse ich mich da mal eher auf obige Methode.

Also wenn wir nun die 1.775cps/(uSv/h) ganz blind auf das Gaslicht anwenden würden, dann käme da für die Nettozählrate von 0.617cps eine auf das Cs137 bezogene H*(10)/dt Netto-Dosisleistung von 0.35uSv/h raus. Das sieht man auch so grob im Display, wenn man den Gammascout auf seine uSv/h Anzeige stellt und in Gedanken das Gewackel mittelt. Aber für das Tritium Gaslichtchen ist diese Anzeige natürlich Quatsch, weil ich mit dieser Rechnung ja gar kein H*(10)/dt bekomme. Da müsste jetzt nämlich die Dosisleistungskonversion bei der niederenergetische Bremsstrahlung für H*(10) zuschlagen und das quasi zu Null machen. Das hab ich doch richtig gelernt, oder?     

Den Datalog vom Stuttgarter Granit hänge ich als Textfile mit Tabs getrennt für Gammascout-Freunde an, das kann man so direkt ins englischsprachige Excel einlesen (Dezimaltrennzeichen ist der Punkt).

[DG0MG]

Jetzt würde mich mal interessieren, wie viele uSv/h einem ips bei 662 keV mit dem Gammascout entsprechen. Weist du das zufällig?

Der Hersteller des Zählrohres LND712 hatte dazu mal den Wert "18 cps/mR/h" in seinen technischen Daten stehen, allerdings für Co-60. Wenn man annimmt: 1mR/h=10µSv/h, dann wären das 1.8 cps/µSv/h oder eben 0.55 µSv/h/ips. Für Cs-137 hab ich soeinen Wert nicht aus verlässlicher Quelle gefunden.

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Hallo Bernd,

ich habe kein Gaslicht und das Capintec habe ich wie schon geschrieben nach Regensburg abgegeben. Es wäre auch zu unempfindlich. Ja sicher , es war H.v.P. ich habe ihn unheimlich nett erlebt.

Schade! Aber weisst Du ob Prof. HvP noch lebt? Ich vermisse sein Radiometrisches Seminar auf Schloss Theuern  . Er hat mir viele nette Proben und etliche Bücher geschenkt, unter anderem das sehr spannende über die Hot Particles aus Tschernobyl. Ein Besuch in seinem skurrilen Labor lohnt daher immer   

[Peter-1]

Hallo Bernd,

im Feb. 2022 hatte ich Kontakt mit R. Geipel. Dabei schriebe er mir auch :

Prof. von Philipsborn hat sein Labor noch, macht aber nicht mehr so viele oder fast keine Untersuchungen mehr und hat sich zurzeit ganz auf das Schreiben eines Buches konzentriert. Nach seiner Aussage will er kein Radiometrisches Seminar mehr veranstalten. Kann man nichts machen, er hat auch gesagt, dass das kein Anderer machen kann.

Ich war nur einmal dabei, aber das war eine super Veranstaltung !
Schade.

Schönen 1. Mai
Peter

[opengeiger.de]

Ich hab mir nun mal das Datenblatt des LMC6482 Amplifiers angeschaut. Ich muss zugeben, dass die 20fA Input Leckstrom schon beeindruckend sind  .  Allerdings wundert es mich, dass er keine Guardanschlüsse am Gehäuse hat um die Femto-Amperes zu messen. In der Firma ist das bei uns immer Standard, wir verwenden dann auch meist Triaxial-Kabel, wobei einer der Schirmleiter immer an Guard angeschlossen ist. Die Platine muss den Guard genauso mitführen und das Messsignal stets umschließen. Und dann muss man nach dem Löten das Flußmittel immer gut mit Aceton wegputzen, sonst misst man Hausnummern. Der LPV801 für die Rauchmelder, der hat die Guardanschlüsse dran am Gehäuse ist aber nur mit 100fA Eingangsleckstrom gespect, vermutlich weil das für den Durchschnitts-Rauchmelder reicht.

Ich muss auch zugeben, ich hab mich bei dem Vorschlag für die Ionisationskammer zur Messung der Luftkerma auch zu sehr von den Radon-Ionisationskammern leiten lassen  . Die Theremino-Ionisationskammer dürfte ja allgemein bekannt sein. Dann habe ich in der Zwischenzeit auch das PTB-Dokument zu deren Vieldraht-Ionisationskammer gefunden, die zählen auch die Impulse aus der Kammer (https://cds.cern.ch/record/1047123/files/CM-P00066600.pdf) . Der Vorteil ist halt, man bekommt die Pulse ganz schnell digital und hat dann als Messaufwand nur noch das digitale Zählen mit nem Mikrocontroller. Aber die Röntgen-Leute machen das doch offensichtlich anders. Mir ist jetzt nur nicht so ganz klar warum eigentlich  .

Klar, kann man die Ladungspulse aus den Ionisationen zu einem DC-Strom im Femto-Ampere-Bereich glattbügeln und dann mit nem Elektrometerverstärker ganz klassisch analog verstärken und schließlich als DC-Spannung am Ausgang messen. Aber warum? Nun ein Grund könnte sein, dass man im Nutzstrahl einer Röntgenanlage keine Ladungspulse aus den einzelnen Ionisationsvorgängen mehr auflösen kann, selbst wenn die Pulse nur ein paar Nanosekunden lang sind und man heute mit schnellen OPs relativ leicht in den GHz Bereich kommt. Oder aber, dass die Ladungspulse der Röntgensekundärstrahlung einfach zu putzig sind. So ein Radon-Zerfallsteilchen-Einschlag in der Theremino-Ionisationskammer, der erzeugt ja einen gewaltigen Ladungspuls, daran werden aber unzählig viele Ionisationsvorgänge auf einmal beteiligt sein. So ein 10keV Bremsstrahlungsphoton dagegen, das wird vielleicht nicht so viele Sekundärionen erzeugen können, vielleicht mal grad nur eines oder zwei. Also braucht man eben unzählig viele Photonen pro Zeiteinheit, bis ein Ionenstrom im Femtoampere Bereich messbar wird. Aber wenn ich da paar hundert Mikrograys pro Sekunde im Nutzstrahl einer Diagnostikröhre habe, ja dann wird das wie in der Ionisationskammer eines Rauchmelder mit 37kBq Am241-Pille zugehen, richtig Party eben  . Da ist dann vermutlich das Zählen von Einzelpulsen nicht mehr so angesagt  .

Wie das dann aber bei Peters DY802 oder so einer netten, antiken Senderöhre eines Funkamateurs oder eines Tritium-Gaslichts aussieht, das kann ich grad nicht abschätzen. Vielleicht gilt es da dann halbe Femtoamperes zu messen? Vielleicht ist für die antiken Röhren der Funkamateure die DIY-Ionisationskammer der Uni-Bielefeld eine schnelle low-cost Lösung? Man findet die Anleitung unter:
https://www.physik.uni-bielefeld.de/didaktik/Experimente/BauanleitungIoni.pdf

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Nur kommen wir so eben der Frage, wieviel uSv/h produziert so eine alte Röhre, wieder nicht näher, solange wir diese Bastel-Ionisationskammer nicht irgendwie kalibriert bekommen.