günstige Gammaspektroskopie mit Theremino

[stoppi]

Hallo!

Danke für die bisherige Hilfe. Ich finde es nur vom Gefühl her eigenartig, dass das K-40 im Photomultiplierglas mehr Wirkung zeigt als der eine Kilogramm Pottasche. Komme bei meinen Berechnungen auch auf rund 1750 Gammazerfälle/(sek*kg_Pottasche). Es ist auch komisch, warum meine alte Pottasche beim Geigerzähler (SBM-20) rund 100 cpm verursacht hat und die neue Pottasche beim ZP1401 nahezu nichts. Ich kann mir nicht vorstellen, dass sich an der Pottasche etwas geändert hat... 

1 kg Pottasche hat also eine Gammaaktivität von ca. 0.05 µCi. Die Anfangsaktivität der Cäsiumröhre lag wohl so um die 1 µCi. Wenn ich von 2 Halbwertszeiten ausgehe, strahlt meine Cäsiumröhre nach wie vor mit 0.25µCi. Wenn ich noch die ungünstige Geometrie der Pottasche berücksichtige (Verschlechterung um den angenommenen Faktor 100), dann ergibt die Pottasche nur 1/500 verglichen mit der Cäsiumröhre. Gut, das wäre dann natürlich eine Erklärung warum ich nichts sehe...

Von der Geometrie her ist der große Sack mit Sicherheit deutlich ungünstiger als etwa das stark lokalisierte Cäsium-137. Aber dass ich so überhaupt keinen Peak im Spektrum erkennen kann...

Ich muss aber auch dazu sagen, dass ich erstens nur sehr kurz immer messe, zweitens den Hintergrund nicht abziehe und drittens keine Bleiburg verwende.

Anbei noch die drei Gammaspektren: Hintergrund, Cäsiumröhre, Pottasche

Ich werde der Sache aber bestimmt noch auf den Grund gehen...

[Peter-1]

Ich nehme immer KCl und habe dazu 200 Gramm in eine Apothekerdose / Salbendose gefüllt. Kommt dann oben auf den Szintillator.

[DL3HRT]

Danke für die bisherige Hilfe. Ich finde es nur vom Gefühl her eigenartig, dass das K-40 im Photomultiplierglas mehr Wirkung zeigt als der eine Kilogramm Pottasche.

Ich könnte mir vorstellen, dass die beim Betazerfall des K-40 emitterten Elektronen aus dem Glas des PMT sofort zu Impulsen des PMT führen. Allerdings dürfte die Impulshöhe dann nicht zu den K-40 "Lichtblitzen" aus dem Kristalll passen.

[stoppi]

Jetzt habe ich einmal Theremino etwas mehr als eine Stunde mit/ohne Pottasche rennen lassen. Wenn man genau hinschaut, erkennt man im Bereich 1400keV und darunter (Comptongebirge.) doch eine Abweichung beider Kurven. Wenn es sich wirklich um den K-40 peak handelt, ist er wahrlich nicht berauschend. Was sagt ihr dazu?

Leider kann man in Theremino einen Background scheinbar nur von der Live-Kurve abziehen und nicht etwa von einer in Ref1 geladenen Kurve...

[DL3HRT]

Ich denke, dass das Signal im "Rauschen" untergeht. Deine Zählrate liegt über 90 cps. Das deutet auf wenig bzw. keine Bleiabschirmung hin. Bei meinem großen 63mm x 63mm Kristall komme ich mit der Bleiabschirmung auf eine Zählrate von < 15 cps ohne Probe. Davon kommt der größte Teil von der Bleiabschirmung selbst (Röntgenfluoreszenz). Aber schau dir mal das Spektrum an, vor allem die Skalierung der Y-Achse. Die zeigt cps für die jeweiligen Kanäle an.

Der K-40 Peak ist vorhanden. 60 mm Blei sind nicht viel bei 1.4 MeV. Da kommt noch einiges durch die Abschirmung durch.

Ich kann meine Erfahrungen immer nur wiederholen: Ohne ordentliche Abschirmung macht Gammaspektrometrie wenig Sinn, da man nur die aktiven Quellen vernünftig messen kann.

[Henri]

Hallo!

Danke für die bisherige Hilfe. Ich finde es nur vom Gefühl her eigenartig, dass das K-40 im Photomultiplierglas mehr Wirkung zeigt als der eine Kilogramm Pottasche. Komme bei meinen Berechnungen auch auf rund 1750 Gammazerfälle/(sek*kg_Pottasche). Es ist auch komisch, warum meine alte Pottasche beim Geigerzähler (SBM-20) rund 100 cpm verursacht hat und die neue Pottasche beim ZP1401 nahezu nichts. Ich kann mir nicht vorstellen, dass sich an der Pottasche etwas geändert hat... 

1 kg Pottasche hat also eine Gammaaktivität von ca. 0.05 µCi. Die Anfangsaktivität der Cäsiumröhre lag wohl so um die 1 µCi. Wenn ich von 2 Halbwertszeiten ausgehe, strahlt meine Cäsiumröhre nach wie vor mit 0.25µCi. Wenn ich noch die ungünstige Geometrie der Pottasche berücksichtige (Verschlechterung um den angenommenen Faktor 100), dann ergibt die Pottasche nur 1/500 verglichen mit der Cäsiumröhre. Gut, das wäre dann natürlich eine Erklärung warum ich nichts sehe...

Von der Geometrie her ist der große Sack mit Sicherheit deutlich ungünstiger als etwa das stark lokalisierte Cäsium-137. Aber dass ich so überhaupt keinen Peak im Spektrum erkennen kann...

Ich muss aber auch dazu sagen, dass ich erstens nur sehr kurz immer messe, zweitens den Hintergrund nicht abziehe und drittens keine Bleiburg verwende.

Anbei noch die drei Gammaspektren: Hintergrund, Cäsiumröhre, Pottasche

Ich werde der Sache aber bestimmt noch auf den Grund gehen...

Ja, sag ich doch:

- zu kurze Messzeit

- lineare Y-Achsen Skala statt logarithmisch

Wie soll das denn was werden??     

[Peter-1]

Ein Beispiel einer sehr schwachen Probe Trinitit. Es sind höchstens 5 - 10 Bq.
Meßzeit ~ 8 Stunden und Abzug des Hintergrunds. Hintergrund 16,5 CPS , mit Probe 17,0 CPS.

[stoppi]

Hallo!

Ich muss gestehen, dass ich bei den bisher von euch gesehenen K-40 peaks nicht wirklich genauer auf die cps geachtet habe. Das spielt sich ja bei euch im 1/10 cps Bereich oder geringer ab... Von daher werden meine (schlechten) Messergebnisse immer plausibler.

Habe heute nochmals ca. 4000 sek das Pottasche-Spektrum aufgenommen. Ich erhalte wirklich eine sichtbare Veränderung gegenüber dem Hintergrund im Bereich 1.0-1.4 MeV. Meine "peaks" liegen aber bei niedrigerer Energie als erwartet. Dies hängt aber mit Sicherheit mit den bescheidenen Ausmaßen meines NaI-Kristalls zusammen. Da wird wohl die Lichtintensität bei großen Gammaenergien durch das kleine Volumen beschnitten und dadurch fallen die Energien geringer als erwartet aus. Zudem ist die Auflösung meiner Spektren ohnehin nicht ideal.

Für K-40 (E = 1461 keV) liegt die Comptonkante bei 1244 keV. Auch diese ist (wenn man möchte  ) im Ansatz in meinem Spektrum zu sehen. Damit bin ich einmal erstmals zufrieden. Aber wie schon gesagt, ich hätte mir das Ganze bzgl. K-40 deutlich einfacher vorgestellt. Danke aber für eure Kommentare 

Eine Bleiburg betreffend muss ich sagen (eingestehen), dass mir einfach schon der Platz in meiner Wohnung fehlt. Diese ist nämlich bis zum Rand hin voll mit meinen physikalischen Experimenten. Mein Wohnzimmer ist zum Beispiel schon länger nicht mehr wirklich begehbar 

[Peter-1]

Noch eine Vermutung. Ist dein Kristall vielleicht auch so schön gelb? Dann müssen wir nicht weiter analysieren.

[stoppi]

Das schließe ich einmal aus, weil ich ihn erst letztes Monat verbaut habe und er ja bei cäsium recht schöne Resultate liefert. Wie schon gesagt, er ist nur 18x40mm groß/klein...

[NoLi]

Habe heute nochmals ca. 4000 sek das Pottasche-Spektrum aufgenommen. Ich erhalte wirklich eine sichtbare Veränderung gegenüber dem Hintergrund im Bereich 1.0-1.4 MeV. Meine "peaks" liegen aber bei niedrigerer Energie als erwartet. Dies hängt aber mit Sicherheit mit den bescheidenen Ausmaßen meines NaI-Kristalls zusammen. Da wird wohl die Lichtintensität bei großen Gammaenergien durch das kleine Volumen beschnitten und dadurch fallen die Energien geringer als erwartet aus. Zudem ist die Auflösung meiner Spektren ohnehin nicht ideal.

Die Größe des Kristalls hat keinen Enfluß auf die Energielage des Peaks, dieser ist bei kleinen sowie großen Kristallen (und denen dazwischen auch) bei korrekten Einstellungen und Funktionen der Spektrometrieanlage immer gleich! Lediglich die Peakhöhe (Zählrate) variiert kristallgrößenabhängig.

Gruß
Norbert

[Peter-1]

stoppi  (Name wäre schön)

dann leg doch mal alle Karten auf den Tisch!
Wie ist der PMT verdrahtet, was kommt danach, wie kommt das Signal in den PC, welche Soundkarte, wieviel kHz sample ? Hast du einen Oszi und kannst du an verschiedenen Stellen messen? Hilfe geht sicher, aber dazu dürfen wir nicht im Dunkeln stochern.

[NoLi]

Das schließe ich einmal aus, weil ich ihn erst letztes Monat verbaut habe und er ja bei cäsium recht schöne Resultate liefert. Wie schon gesagt, er ist nur 18x40mm groß/klein...

Trotzdem sollten ein Teil der rund 1870 Photonen/Sek. der 1 kg-Pottasche registriert und als Peak sichtbar werden. Schliesslich ist auch die Background-Zählung auf Grund der Kristallkleinheit geringer.
Mal so zur Orientierung: das Ansprechvermögen (Efficiency) eines NaJ(Tl) liegt bei 1 MeV bei ca. 5 %, bei 1,5 MeV bei ca. 2 % bis 3 % .

Gruß
Norbert

[stoppi]

Danke euch...

stoppi = Koseform von Christoph seit meiner Jugend 

Okay, 2-3% Effizienz bei 1.5 MeV ist einmal ein Anhaltspunkt. Wenn die Pottasche 1800 Gammaquanten pro Sekunde generiert, dann treffen wohl nicht mehr als 1-5% auf den Szintillator, macht 36 Photonen/sek. Wenn die Effizienz des Szintillators dann bei 2-3% liegt, wird also nur noch 1 Photon/sek registriert, welches sich auf einen breiterem Energiebereich (wie gesagt, meine Spektren haben eine relativ große Halbwertsbreite) verteilt, z.B. 100keV. Dann sind das pro keV nur noch 0.01 cps.

Anbei noch mein Setup... Das kann mit Sicherheit bei weitem nicht mit euren Aufbauten konkurieren, aber das hatte ich auch nie im Sinn. Mich interessieren auch viel zu viele Bereiche der Physik, als dass ich mich auf einen Bereich spezialisieren kann und möchte. Deshalb bin ich auch schon zufrieden, wenn ich halbwegse Ergebnisse erziele (siehe zum Beispiel mein Cäsium-Spektrum)...

[Peter-1]

Hallo Stoppi,

also ich würde kleine Änderungen vornehmen.
1. unbedingt einen Kondensator zwischen PMT-Ausgang und Verstärker-Eingang.
2. Das R-C-Glied reicht nach meiner Meinung so nicht. Eine andere Dimensionierung sollte bessere Ergebnisse zeigen. Der Anstieg wird so mehr gemildert und die Soundkarte (USB-Stick) kann dann die Spitze besser finden.
Dazu meine Simulation.
Wenn es dir nicht zuviel Arbeit macht kannst du es ja probieren.

Bilder werden nachgereicht sobald es wieder geht.