Geiger-Müller Zählrohr als Detektor für UV-Strahlung

[opengeiger.de]

Bekanntlich beginnt ja die Strahlenschutz-Gesetzgebung zur ionisierenden Strahlung mit der Röntgenstrahlung ab 100eV. Ab dann wird es auch für die Industrie unangenehm, weil man dann entsprechende Vorkehrungen treffen muss und einen Strahlenschutzbeauftragten benennen muss und so weiter. Vermutlich kommt es auch nicht von ungefähr, dass sich die Hochenergie-Laser gerade so bei 13.5nm einpendeln, denn dann liegt man gerade noch unter den 100eV.

Nun ist aber auch bekannt, dass die Fähigkeit elektromagnetischer Strahlung zu Ionisieren schon bei etwas geringeren Wellenlängen beginnt und der Mensch und andere Organismen das Detriment auch auf unangenehme Weise zu spüren bekommen. Für Hautkrebs beispielsweise ist vor allem die UV-B Strahlung verantwortlich, da liegen wir zwischen 315 und 280nm also so etwa um 4eV. Nur kann man eben die Quelle schlecht verbieten.

Es wurde hier auch schon hin und wieder berichtet, dass vor allem das chinesische Glas-Geiger-Müller Zählrohr im Sonnenlicht utopische Zählraten generiert, was ganz offensichtlich am UV-Strahlungsanteil zu liegen scheint. Dazu gibt es im Internet auch einige Videos.

Jetzt hat sich aber der ukrainische Hersteller von Zählrohr-Modulen doch sehr darum bemüht zu betonen, dass die J305-Glas-Zählrohre, welche er verwendet, keine UV-Empfindlichkeit aufweisen. Dazu hat er einen Test mit einer UV-Lampe gemacht:

https://medium.com/@iotdevices/uv-test-of-geiger-tubes-j305-8b77a0d216d5

Ich vermute aber er hat den Zusammenhang entweder nicht ganz begreifen wollen, oder er hat den Hersteller dazu bekommen, ihm spezielle J305 Zählrohre aus UV-dichtem Glas zu liefern. Da ich auch einen netten Geigerzähler auf Arduino-Basis mit einem J305 Zählrohr besitze, dachte ich, teste ich das auch mal. Ich würde sagen, das Ergebnis ist offensichtlich. Das J305-Zählrohr hat sogar eine ausgezeichnete UV-Strahlungs-Empfindlichkeit und eignet sich damit auch als UV-Detektor sofern das UV-Licht die richtige Wellenlänge besitzt. Ich vermute sogar, man kann mit diesem Zählrohr ein UV-Messgerät bauen, so wie man eben auch ein Messgerät für radioaktive Strahlung damit bauen kann. Das liegt ganz offensichtlich daran, dass, sofern man sich im richtigen Wellenlängenbereich befindet, die UV-Strahlung den Weg in das Glasrohr findet und dort eine Ionisation des Zählgases auslöst. Dazu muss aber die Wellenlänge des UV-Lichts in einem gewissen Wellenlängen-Fenster liegen. Die Wellenlänge darf nicht zu kurz sein, sonst ist das Glas nicht mehr transparent genug für die Strahlung, sie darf aber auch nicht zu lang sein, sonst schafft sie es nicht das Zählgas zu ionisieren. Nun scheint es so zu sein, dass eine Wellenlänge von 365nm, die von LEDs in UV-Lampen für Mineraliensammler oder zur Geldscheinprüfung verwendet werden, dieses Fenster treffen. Für andere LEDs (meist billigere) mit beispielsweise 405nm oder mit UVC-LEDs für Desinfektionslampen (254 nm) zeigt das J305 Zählrohr offensichtlich recht wenig Empfindlichkeit. Auch ein J321 Glas-Zählrohr zeigt eine gewisse Empfindlichkeit auf die Strahlung aus einer 365 nm Quelle. Im Joy-It RD JTRAD01 ist es lichtdicht verbaut, man muss also die Rückwand öffnen um den Effekt zu sehen. Sicher kann man so ein Zählrohr durch geeignete Konstruktion und Fokus auf UV-Strahlung noch etwas optimieren.

Nun ist aber das Sonnenspektrum auch auf der Erde im UV-Bereich ein kontinuierliches Spektrum und enthält den Bereich mit UV-B Strahlung (https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw2_ge/kap_6/illustr/t6_4_1.html). Wenn jetzt ein wesentlicher Anteil der UV-B Strahlung das J305 Glas-Zählrohr zu ionisieren in der Lage ist, dann kann die Zählrate als Maß für die UV-Strahlung genutzt werden, solange keine andere ionisierende Strahlung um den Weg ist. Es sollte daher möglich sein, z.B. den UV-Index anhand der Zählrate eines J305 Zählrohrs quantitativ zu erfassen.

Damit lässt sich dann auch z.B. in der Ausbildung sehr anschaulich und ohne die Gefahren einer radioaktiven Quelle zeigen, wie ein Geigerzähler funktioniert und welche schädigende Wirkung die ionisierende Strahlung hat, ganz ohne mit dem Strahlenschutzgesetz in Konflikt zu geraten. Aber schlecht wäre es nicht, wenn der Lehrer dennoch ein UV-Schutzbrille aufsetzt, rein demonstrativ eben. Interessant wäre auch eine Betrachtung des Photonenflusses und der Wechselwirkungswahrscheinlichkeit.  Die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit eines 4eV Photons im Zählrohr wird sehr gering sein, der Photonenfluss ist dagegen immens im Vergleich zu vergleichbaren Zählraten, die man mit ionisierender Strahlung einer radioaktiven Quelle erreicht.

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Ein gezipptes Video zu dem Versuch siehe Anhang.