Eigenbau mit SBT-10A und Ortsauflösung (wenn's denn funktioniert...)

[Peter-1]

Hallo Henri,

super danke ! Hintergrund ist die Frage für mich nach einer vernünftigen analogen Anzeig. D.h. Was wäre eine günstige Skala mit welchem Endwert? Natürlich mit Umschaltung im Verhältnis 1:10. Es sollen nur CPS oder CPM angezeigt werden. Natürlich auch Verbindung zu Theremino, aber es soll auch eigenständig funktionieren. Bastle gerade am Schaltbild.

[Henri]

Hallo Peter,

schau mal hier, etwa in Seitenmitte
"The Ratemeter – Measure in CPM":

https://www.theremino.com/en/hardware/inputs/radioactivity-sensors

Vielleicht gibt das noch ein paar Anregungen.

Viele Grüße!

Henri

[Peter-1]

Danke Henri,
die Seite kenne ich und habe in etwas veränderter Form sowas schon mal gebaut.
Es geht um die Skala.
Wenn ich ein Instrument mit z.B. 250 oder 300 Endwert nehme, so habe ich im Ruhezustand einen schönen Zeigerausschlag in etwa Mitte. Kleinste Veränderungen sind dann gut zu erkennen. Das steckt hinter meiner Frage.

[NoLi]

Natürlich hat das auch seine Grenzen, denn wenn der Totzeitanteil sehr groß wird, kann man kaum noch Aussagen darüber treffen, was sich in dieser Zeit abspielt - der Extremfall ist dann die Dauerentladung, bei der die Totzeit unendlich ist und somit gar keine Impulse mehr registriert werden.

Hallo Henri.

Das stimmt nicht ganz...
Am GM-Zählrohr wird der Spannungsabfall, hervorgerufen durch die Ionisation im Innern (quasi ein "Kurzschluß"), benutzt und zur Auswertung herangezogen. Daher muß der Ionisationimpuls im Zählrohr durch das LÖSCHGAS schnellstmöglichst wieder unterbrochen werden. Bei hohen Zählraten mit vielen Ionisationen bricht die Zählrohrversorgungsspannung irgendwann quasi zusammen und kann sich nicht wieder voll aufbauen; es entsteht keine Dauerentladung im Zählrohr, sondern überhaupt keine Entladung durch Ionisation mehr, weil jetzt die Versorgungsspannung zu gering bleibt, das Zählrohr zeigt nun nischt mehr an.

Gruß
Norbert

[Peter-1]

Leider noch eine Frage:
Was ist etwa die max. Zählrate beim SBT10A ? Gehen 50000 CPM noch ? Also fast 1000 CPS.

[Henri]

Leider noch eine Frage:
Was ist etwa die max. Zählrate beim SBT10A ? Gehen 50000 CPM noch ? Also fast 1000 CPS.

Hallo Peter,

das hängt ja immer vom Setup ab.

Ich habe grad noch mal in meinen Unterlagen geschaut. Ich habe an jedem Anodendraht einen 6,2M Widerstand, weil ich grad keine 5,1M da hatte. Angeschlossen an einen Theremino Adapter, R1 auf diesem überbrückt. Die 5V Rechteckimpulse, die der Adapter ausgibt, sind dann 75 µs lang. Das sagt natürlich noch nichts darüber aus, ob das Zählrohr schon wieder "aufnahmebereit" ist, wenn der Signalpegel zurück auf 0 geht.

Grundsätzlich sagt man, ein Zählrohr hat um die 100µs Totzeit. Beim SBT10 wird sich das auch in dieser Größenordnung abspielen. Bei 50:50 kommst Du dann auf max. 5000 cps. Ob sich das in der Praxis bewahrheitet, kann ich leider nicht sagen.

Viele Grüße!

Henri

[Henri]

Natürlich hat das auch seine Grenzen, denn wenn der Totzeitanteil sehr groß wird, kann man kaum noch Aussagen darüber treffen, was sich in dieser Zeit abspielt - der Extremfall ist dann die Dauerentladung, bei der die Totzeit unendlich ist und somit gar keine Impulse mehr registriert werden.

Hallo Henri.

Das stimmt nicht ganz...
Am GM-Zählrohr wird der Spannungsabfall, hervorgerufen durch die Ionisation im Innern (quasi ein "Kurzschluß"), benutzt und zur Auswertung herangezogen. Daher muß der Ionisationimpuls im Zählrohr durch das LÖSCHGAS schnellstmöglichst wieder unterbrochen werden. Bei hohen Zählraten mit vielen Ionisationen bricht die Zählrohrversorgungsspannung irgendwann quasi zusammen und kann sich nicht wieder voll aufbauen; es entsteht keine Dauerentladung im Zählrohr, sondern überhaupt keine Entladung durch Ionisation mehr, weil jetzt die Versorgungsspannung zu gering bleibt, das Zählrohr zeigt nun nischt mehr an.

Gruß
Norbert

Ach Norbert!

Ich wollte aus dem Bauch heraus schon protestieren, dann hab ich lieber noch mal nachgelesen. Gut, dass ich nicht gleich protestiert habe. So konnte ich heute Abend was dazulernen

Viele Grüße und schöne Feiertage!

Henri

[DG0MG]

Wo genau hast Du nachgelesen?

[Henri]

Wo genau hast Du nachgelesen?

https://www.vacutec-gmbh.de/fileadmin/VacuTec-Files/Ueber-VacuTec/Gasgefuellte_Strahlungsdetektoren.pdf

[Turbo-Tom]

Hallo Thomas,

großen Respekt vor deinem Projekt. Und es funktioniert auch noch !
Da du dich aber sehr intensiv mit dem SBT10A beschäftigt hast kennst du sicher auch Meßgrößen die nicht allgemein verfügbar sind. Dazu meine Fragen:
a) Wie groß ist der Strom bei Zündung einer Kammer? Kann der Impuls zwischen 10 - 20 µA liegen?
b) zünden meist mehrere Kammer mit?
c) wo hast du das Abdeckgitter her?
d) gibt es ein fertiges Gehäuse für das Zählrohr ?

Ich will nur ein einfaches Gerät bauen, aber das soll modular sein, also auch für andere Zählrohre. Als Modul will ich das Theremino-Geiger-Modul nehmen und dann mit weiteren Transistoren und ICs eine Anzeige (Imp/s) betreiben und auch über USB an den PC übergeben.

Hallo Turbo-Tom und andere

TT schreibt: "das die zehn Anoden kapazitiv über zehn Komparatorkanäle auswertet, miteinander "oder"-verknüpft an einen Lautsprecher sowie einen Summenzähler weiterleitet"

nun frage ich mich, wie groß ist hierbei die zeitliche Auflösung? Wenn sie gering ist, würde z.B. bei gleichzeitiger Zündung von 2-n Kanälen nur 1 Event in der Summe registriert werden. Was hat das wieder für eine Auswirkung auf die Bestimmung der korrekten Zählrate?

Gruß
Erich

Hallo zusammen -

Nachdem ich vor "lauter, lauter..." (Weihnachten usw.) noch nicht einmal dazu gekommen bin, hier mitzulesen, ergab sich heute endlich etwas Gelegenheit, mir die Fragen von Peter-1 und Erich anzusehen.

Zunächst zu Peter's fragen:

A. Der jeweilige Anodenstrom während der Zündung ist schwer zu messen, da die Beschaltung eines GM-Zählrohres sehr hochohmig und niederkapazitiv sein muss und durch jegliche Messung beeinflusst wird. So liegt die Gesamtkapazität einer Anode des SBT-10A in meiner Schaltung (incl. der inneren Kapazität des SBT) bei rund 8.2pF, während ein 350MHz 10:1 Tastkopf schon 13.3pF "wiegt"... Das macht sehr schnell deutlich, dass direkt an der Anode nicht gemessen werden kann. Zur Auskopplung nutze ich zwei gegenüberliegende Pads der Platine, die etwa 2pF an Kapazität mitbringen. Mit dem 3.9MOhm Pullup-Widerständen an den Komparatoreingängen ergeben sich so sehr gut detektierbare Signale an den Komparatoren, deren Eingangskapazität bei rund 10pF liegt. Rechnen wir mal nur mit dem Anodenwiderstand von 5.6MOhm und nehmen an, dass das Zählrohr bei 50V löscht, so ergibt sich ein Anondenstrom von rund 63µA (390V Betriebsspannung).

B. Wie die Kammern zünden, hängt primär von der Betriebsspannung ab, wahrscheinlich aber auch von der Art der Strahlung. Ein Gamma, das quer durch alle zehn Segmente des SBT-10A "fliegt", wird mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit mehrere Zählkammern auslösen. Wählt man die Betriebsspannung gemäß der Herstellerangabe, so zünden immer alle Kammern, auch wenn nur eine ausgelöst wird. Was der genaue Mechanismus dahinter ist, entzieht sich bislang meiner Kenntnis... Reduziert man die Spannung in den Bereich des Plateau-Beginns (ca. 310V), so findet (praktisch) keine Kopplung der Zählkammern mehr statt, so dass dann tatsächlich einzelne "Events" aufgelöst werden können.

C. Ich habe (noch) kein Abdeckgitter. Wenn das Gerät ein Gehäuse bekommt, werde ich mir einfach ein mittelgrobes Edelstahl-Drahtgeflecht besorgen, das ich zuschneiden, abwinkeln und an den Stößen bzw. Überlappungen punkt- oder laserschweißen werde. Für Messungen ohne Alpha-Empfindlichkeit kommt dann ohnehin noch ein Alublech drüber.

D. Mir ist nur das Blechgehäuse für zwei SBT-10A bekannt, das in russischen Kontaminationsmonitoren verwendet wird (ich selbst habe aber keins davon). Ich werde mein Gehäuse wohl aus Edelstahlblech lasern lassen, biegen und verschweißen. Ich habe darüber nachgedacht, es aus Alu "aus dem Vollen" zu fräsen, das ist mir aber dann doch etwas zu viel Arbeit .

Und nun zu Erichs Frage:
Da bei Nennspannung (390V) am ZR ohnehin immer alle Kammern zünden und dann für die Totzeit "blind" sind, macht es keinen Unterschied, ob sich die "diskriminierten" Impulse an den Komparatorausgängen überlappen. Es ist sogar anders herum: Wenn sie sich nicht überlappen durch Laufzeiteffekte beim "Durchzünden" innerhalb des ZR, hätten wir Mehrfachzählungen desselben Ereignisses. Die erste angefügte Bildschirmkopie das Oszis zeigt aber, dass bei 390V und einer Diskriminatorschwelle von etwa der halben Betriebsspannung (2.5V), der Jitter (20µs) sich noch gerade unter der Pulsbreite (25µs) bewegt. Hierbei habe ich die beiden äußersten Kammern zur Messung herangezogen, die anderen dürften irgendwo dazwischen liegen (zur Messung: ich habe hier die Anzeige auf unendliche Nachleuchtdauer eingestellt, so dass man die "aufsummierten" Spuren über einige Minuten sieht).

Zum Vergleich habe ich dieselbe Messung mit einer niedrigeren Betriebsspannung (330V) am ZR durchgeführt, zu sehen im zweiten angehängten Bildschirmauszug. Hier ist schon eine deutliche Vergrößerung des Jitters zu beobachten, und wenn man "life" dabei ist, fällt auch auf, dass die Aufzeichnungsrate der beiden Spuren nicht mehr identisch ist, d.h. das ZR zündet nun schon nicht mehr immer über alle Kammern durch.

Im dritten "screenshot" sieht man den Vergleich des Komparatoreingangs mit dessen Ausgang. Die Belastung durch den Oszi-Tastkopf (kapazitiv / resistiv) führt hier zu einer Verdopplung der Dauer des Ausgangsimpulses (!) gegenüber den vorherigen Messungen. Es ist aber schön das durch die Koppelkapazität (2pF) differenzierte Signal an der Anode des GMZ zu erkennen. Das vierte Bild zeigt nun zwei aufeinanderfolgende Impulse, die gerade noch aufgelöst werden können (Uzr = 390V). Der zeitliche Abstand beträgt hier 100µs. Ohne den Tastkopf an der Eingangsseite des Komparators wird die Sache noch etwas schneller gehen, vielleicht wären nochmal 20µs "drin", so dass man von einer Totzeit des ZR mit der vorliegenden Beschaltung um die 80µs ausgehen kann.

Der letzte Screenshot schließlich stellt den Effekt der kapazitiven Kopplung benachbarter Kammern im Betrieb mit Ortsauflösung (310V) dar. Er ist nicht mit dem sehr ähnlich aussehenden dritten Bild zu verwechseln, denn hier ist die Empfindlichkeit des zweiten Kanals des Oszis auf das zehnfache (200mV/div) eingestellt, so dass der Effekt besser zu erkennen ist. Dieser Effekt wird durch die Streukapazitäten zwischen benachbarten Anoden verursacht und nimmt zu weiter entfernten Kammern hin stark ab. Er hat nichts mit dem "Durchzünden" mehrerer Kammern bei höheren Betribsspannungen zu tun. Es zeigt sich dadurch aber auch, dass man die Diskriminatorschwelle nicht zu empfindlich einstellen darf, um ein Übersprechen zu vermeiden.

Zur Hintergrund-Zählrate des SBT-10A habe ich schließlich noch das Ergebnis einer 5 1/2 stündigen Messung angehängt -- vielleicht kann ja jemand mit dem Histogramm etwas anfangen... auf Wunsch auch als Excel 

[Peter-1]

Hallo Tom,

danke für deine ausführliche Antwort. Der Strom von 60 µA deckt sich gut mit meiner Messung bei einem SBM20. Auch die Zeit von 100 µS kann ich betätigen.
Ich bin nun am Aufbau der einzelnen Komponenten.
1. Im Hauptteil mit Auswertung und Anzeige wird es 2 Anschlüsse geben.

a) für SBT10A incl. der Theremino-Platte, Stecker mit Null, +5Volt, Impulsaugang
b) für älteres externes ZR von Betholt (Typ LB6511) zum LB1200 , für alpha, beta, gamma
   d.h. nur ZR mit internem 5 Mohm Widerstand. Betreiberplatine im Hauptteil.
c) Berthold Sonde für gamma, ebenfalls vom LB1200.

2. Anschlüsse für PC über Theremino Master DIL, gleichzeitig auch zur
   Spannungsversorgeung.
3. Spannungsversorgung über +5V Powerbank als mobiles Gerät.

Jetzt muß am Gehäuse, Schaltung usw. gebaut werden.

[NoLi]

Ich will nur ein einfaches Gerät bauen, aber das soll modular sein, also auch für andere Zählrohre. Als Modul will ich das Theremino-Geiger-Modul nehmen und dann mit weiteren Transistoren und ICs eine Anzeige (Imp/s) betreiben und auch über USB an den PC übergeben.

Jeder Zählrohrtyp hat, je nach Bauart, seine charakteristische Betriebsspannung. Also Vorsicht bei einem Zählgerät mit nur EINER Festspannung!! Die Arbeitsspannung sollte möglichst am Ende des unteren Drittels des Plateaus eingestellt sein, hier arbeitet das Zählrohr am rationellsten und langlebigsten. Ist die Spannung zu hoch, sind die Ionisationsimpulse zu stark, das Zählrohr verschleißt vorzeitig, und es besteht die Gefahr, dass man in den Dauer-Glimmentladungsbereich mit Zählrohrzerstörung gerät. Die Plateau-Spannung hat i.d.R. eine Länge von, grob gesagt, ca. 100 Volt (typabhängig), kann aber bei einem gebrauchten Zählrohr deutlich kürzer(!) sein, was sich dann durch erhöhte Impulsraten äußert (wenn die Arbeitsspannung jetzt dadurch nahe des Glimmentladungsbereiches liegen sollte).

Beispiel aus der Praxis: ältere analoge Dosisleistungsmessgeräte von TOTAL/AUTOMESS (die "Backsteine"), die in ihrer Betriebszeit auch schon "ordentlich Dosisleistung" bis Vollausschlag (500 mSv/h bzw. 50 R/h) gesehen haben. Beim Einschalten funktionieren die Geräte einwandfrei (Messung Nullrate), nach gewisser Zeit (einstelliger bis zweistelliger Minutenbereich) oder Messung eines schwach strahlendes Objektes haut die Analoganzeige unvermittelt nach oben ab und bleibt dort (kann sein, dass jetzt beispielsweise die Nullratenanzeige um z.B. den Faktor 50 oder mehr angesteigen ist); nach Wiedereinschalten des Gerätes beginnt das Spiel von Neuem. Ursache war jedesmal das defekte interne Gerätezählrohr.

Es muß aber nicht immer eine hohe Zählrate über längere Zeit sein, was die Lebensdauer verkürzt; auch langsamst eindringende Luft (verursacht durch u.a. stärkere Temperaturschwankungen oder Erschütterung), z.B. durch die Glas-/Metallverschmelzung der Kathode oder die Glimmerfensterverklebung, können Ursachen für den vorzeitigen Zählrohrtod sein.

Gruß
Norbert

[Peter-1]

Hallo Norbert,

das Theremino-Modul kann ich von 300V - 500V einstellen. Selbstverständlich auch mit anderen Zenerdioden auch auf sonstige Werte dazwischen. Beim Berthold LB1200 ist die Spannung auf +500V eingestellt und für die austauschbaren Sonden auch so festgelegt. Natürlich spielt das Alter eine Rolle. Aber die Sonden sind praktisch ungebraucht und lagen nur im Schrank.
Das SBT10A will ich mit 380 - 390V betreiben und ist total unabhängig von der anderen Einstellung.

[NoLi]

Hallo Peter.

Früher, in meiner Jugendzeit, habe ich am Reaktor an Dutzenden von nagelneuen Berthold-"Glocken"zählrohre (GM) an Wischtest-Messplätzen (gut und gerne 15 Stück im Reaktorgebäude verteilt; die waren dauerhaft unter HV und in Betrieb) nach dem Wechsel Plateaus gefahren und den Arbeitspunkt eingestellt...Abweichungen von bis zu 50 Volt waren da keine Seltenheit, obwohl gleicher ZR-Typ und -Bauart.

Gruß
Norbert

[Peter-1]

Hallo,

nun ist mein als "neu , ungebraucht" Zählrohr SBT10A aus der Ukraine angekommen. Gut verpackt und mit Sockel und den tech. Daten. Jedoch bin ich vom Zustand etwas enttäuscht. Ich muß nun langsam die Anschlüsse vorbereiten und hoffe dass es kein Reinfall war. Sehen die alle so aus ? Mit welcher Spannung soll ich das betreiben ?