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

Henri · 09. Januar 2021, 13:35

Zitat von: Turbo-Tom am 09. Januar 2021, 08:50

PS: Im Anhang findet Ihr übrigens das Schaltbild der revidierten Version meines SBT-10A-Zählers mit Ortsauflösung (CPU-Teil -- die Komparatorplatine blieb unverändert).

Oh! Danke!

Turbo-Tom · 09. Januar 2021, 14:08

Norbert, für Deine Einschätzung spräche auch die Tatsache, dass das Testdatum auf dem "Etiketka" jeweils deutlich (teilweise mehr als ein Jahrzehnt) nach dem Herstellungsdatum auf dem Zählrohr liegt, vorausgesetzt, ich interpretiere diese Zahl richtig.

Zur Alpha-Empfindlichkeit: Ich habe gerade mal an meinem "gammeligsten" SBT-10A mit einer ²⁴¹Am-Quelle aus einem Rauchsensor (<0.8µCi) nachgemessen. Im Feld mit den stärksten Ablagerungen habe ich mittig (keine Ablagerungen) rund 96o Imp/s gemessen, während am Ende mit den Ablagerungen die Zählrate auf etwa 300 Imp/s zurück ging. Felder ohne (oder mit nur geringen) Ablagerungen zeigen keinen derartig starken Rückgang der Alpha-Empfindlichkeit. Ich habe bei dem Test sehr genau darauf geachtet, dass der Abstand der Quelle zum Fenster gleich blieb.

Vielleicht macht es Sinn, noch darauf hinzuweisen, dass es sich bei den Ablagerungen in meinem Zählrohr primär um "Spritzer" des Glaslots handelt, mit dem das Glimmerfenster in das Metallgehäuse des Zählrohrs eingesetzt wurde (schwarze Rückstände). Zur Wirkung der rotbraunen Rückstände kann ich leider keine Messung durchführen, da keines meiner Zählrohre nennenswerte derartige Ablagerungen im Bereich der aktiven Fläche hat.

Wenn man also vor hat, mit einem SBT-10A auch Alpha-Strahlung quantitativ nachzuweisen, sollte man schon nach einem Exemplar mit möglichst sauberem Fenster suchen.

LG,
Thomas

NoLi · 09. Januar 2021, 16:39

Hallo Thomas.

Nur auf saubere Zählrohre zu bieten, wird schwierig. Auf den Angebotsbildern sehen die Zählrohrfenster meistens sehr sauber aus; bei den derzeitigen Angeboten in der EBucht.de sind nur zwei "Schmutzige" abgebildet, eines davon zeigt sogar quitschegelbe, nicht rotbraune, Fließspuren.

Gerade für quantitative Alpha-Aktivitätsmessungen ist ein "MINICONT" Am-241 Srahler aus der Bundes-Katastrophenschutzausstattung gut geeignet.
Die Nominalaktivität betrug laut Kenzeichnung des Herstellers HERFORT im Jahr 1988 ca. 750 Bq; da diese Strahler als Prüfstrahler und nicht als Standard-Referenz-Strahler (mit max. 3 % Ungenauigkeit) der Aktivitätsbestimmung gefertigt wurden, beträgt die Abweichung der Aktivitätsangabe nach DIN max. 10 %.
Die heutige, auf das Jahr 2021 halbwertszeitkorrigierte Aktivität dieser Am-241 Strahler liegt bei ca. 711 Bq.

Der Strahler hat einen Durchmesser von 4 cm (rund 13 cm²) und eine gleichmäßige Aktivitätsbelegung (rund 55 Bq/cm²). Damit kann man mit z.B. 4 Messungen, verteilt über die 50 cm² Fensterfläche des SBT-10A, für quantitative Messungen einen weitestgehend gemittelten Wirkungsgrad über die Detektorfläche bestimmen.

Gleiches gilt auch für den im Koffer befindlichen Sr-90 Beta-Prüfstrahler; hier beträgt die heutige halbwertszeitkorrigierte Aktivität des Sr-90 ca. 166 Bq. Da in gleicher Aktivität auch Y-90 als Tochternuklid vorhanden ist, hat dieser Prüfstrahler eine heutige Beta-Gesamtaktivität Sr-/Y-90 von 332 Bq, verteilt auf ebenfalls rund 13 cm² (= rund 26 Bq/cm²).

Diese beiden Prüfstrahler ersetzen zwar nicht 100%ig einen Standard-Referenz-Strahler, mit ihrer Hilfe lassen sich aber mit genügender Genauigkeit die Alpha- und Beta-Wirkungsgrade von vielen Detektoren bestimmen. Und vor allem: sie sind unter der Freigrenze StrlSchV, somit genehmigungsfrei!!

Gruß
Norbert

Peter-1 · 09. Januar 2021, 16:46

Noch ein kleiner Test zur Alphaempfindlichkeit.
Umgebung = 140 CPM , Am241 aus Rauchmelder < 1µCi in ca. 1cm Abstand vom Fenster
in der Mitte ~ 1500 CPM , am Rand an verschiedenen Stellen 1000 - 1200 CPM.
Alphatest : Strahler im Mittelfeld 1500 CPM , mit einem Blatt Papier dazwischen ~ 1200 CPM.
Klingt für mich einleuchtend.

NoLi · 09. Januar 2021, 17:09

Zitat von: Peter-1 am 09. Januar 2021, 16:46
Noch ein kleiner Test zur Alphaempfindlichkeit.
Umgebung = 140 CPM , Am241 aus Rauchmelder < 1µCi in ca. 1cm Abstand vom Fenster
in der Mitte ~ 1500 CPM , am Rand an verschiedenen Stellen 1000 - 1200 CPM.
Alphatest : Strahler im Mittelfeld 1500 CPM , mit einem Blatt Papier dazwischen ~ 1200 CPM.
Klingt für mich einleuchtend.

Ach ja, die "lieben" 59,5 keV-Begleit-Photonen des Am-241...

...bei Alpha-Messung mit GM-Zählrohr störend wie immer! Gerade bei "höheren" Aktivität wie hier bei max. 37 kBq.

Daher die Am-241 Aktivität soweit verringern, bis diese Photonen keinen deutlich erkennbaren störenden Einfluß mehr ausüben; bei dem benannten MINICONT-Prüfstrahler mit 711 Bq würde ihr Einfluß auf das Zählergebnis, abgeleitet aus der oben benannten Zählrate, rechnerisch ca. 23 cpm ( = 3 %) ausmachen.
Bei einer Glimmerdicke von 12 bis 17 µm des SBT-10A-Fensters müsste der Alpha-Wirkungsgrad zwischen 10% und 20% liegen, somit eine Alpha-Zählrate an diesem Prüfstrahler von ca. 70 cpm bis 140 cpm erfolgen.

Gruß
Norbert

Turbo-Tom · 09. Januar 2021, 18:50

Peter,

ich vermute mal, Du hast bei Deinem Experiment (fast) gar keine Alphas gemessen. Hier ein vergleichbarer Test mit meinem Zähler, auch mit einer "Rauchmelderquelle":

Abstand [mm]	Zählrate [cpm]
ohne Quelle	125
30	1100
15	1800
10	3300
5	60000

Man sieht ganz klar, alles über 10mm Abstand ist nur Gamma, bei 10mm geht es ganz allmählich los mit der Detektion von Alphas, und bei 5mm vor dem Fenster "kracht" es dann so richtig. Das ist dem doch relativ dicken (12~17µm, siehe vorletzte Zeile im Anhang) Fenster des SBT-10A geschuldet. Ansonsten (d.h. bei dafür ausgelegten Zählrohren) sollte eine Detektion von Alphastrahlung doch auf einige Zentimeter möglich sein. Aber dafür ist dieses Zählrohr auch nicht spezifiziert.

Fur meine "Spielerei"

reicht es mir zu wissen, dass ich Alphas überhaupt "sehen" kann...

LG,
Thomas

NoLi · 09. Januar 2021, 20:26

Hallo Thomas.

Am-241 Quelle: < 0,8 µCi

60.000 cpm = 1.000 cps
0,8 µCi = 29.600 Bq

Wirkungsgrad: 1.000 cps : 29.600 Bq (0,8 µCi) = 0,0337 (x 100 = %) ---> max. 3,4 %

Der Alpha-Wirkungsgrad (die paar Gammas in der Zählung bleiben mal unberücksichtigt) beträgt in 5 mm Abstand max. 3,4 %. Um ihn präziser zu bestimmen, müsste man die genaue Aktivität der Strahlenquelle kennen. Je geringer diese tatsächlich ist, desto höher wird der Wirkungsgrad.

Gruß
Norbert

Turbo-Tom · 10. Januar 2021, 01:30

Hallo Norbert,

danke für die Hinweise und die Abschätzung. Rein aus Spass (und Neugierde) habe ich noch einige weitere Messungen mit meiner ²⁴¹Am Quelle gemacht, nämlich mit direkt auf dem Fenster aufliegender Quelle und dann mit einer dünnen Kunststofffolie dazwischen (ca. 0.1mm). Die erste Messung brachte einen Mittelwert (jeweils über ca. 20 Minuten) von 97954cpm, die zweite einen von 2367cpm.

So komme ich auf einen Gamma-Anteil von ~2,4%, was recht gut Deiner Vorhersage für den MINICONT-Prüfstrahler entspricht. Zudem dürfte auf Grund der Geometrie des SBT-10A die Empfindlichkeit für Gammas verhältnismäßig gering sein. Vielleicht hat der durch die Kunststofffolie minimal größere Abstand auch einen geringen Effekt.

Die Fensterdicke von im Mittel 15µm entspricht einem Flächengewicht von 4mg/cm², was für ein Alpha-empfindliches Rohr eigentlich schon zuviel ist. Das LND712 z.B. ist mit einem Flächengewicht von 1.5~2mg/cm² angegeben, also der Hälfte bis einem Drittel. So erklärt sich der geringe Messabstand, bei dem mit dem SBT-10A gerade noch ein Alpha-Nachweis möglich ist.

Vielleicht hilft diese Information etwas, das SBT-10A besser außerhalb seines eigentlichen Einsatzbereichs zu charakterisieren.

LG,
Thomas

NoLi · 10. Januar 2021, 15:14

Zitat von: Turbo-Tom am 10. Januar 2021, 01:30
Hallo Norbert,

danke für die Hinweise und die Abschätzung. Rein aus Spass (und Neugierde) habe ich noch einige weitere Messungen mit meiner ²⁴¹Am Quelle gemacht, nämlich mit direkt auf dem Fenster aufliegender Quelle und dann mit einer dünnen Kunststofffolie dazwischen (ca. 0.1mm). Die erste Messung brachte einen Mittelwert (jeweils über ca. 20 Minuten) von 97954cpm, die zweite einen von 2367cpm.

So komme ich auf einen Gamma-Anteil von ~2,4%, was recht gut Deiner Vorhersage für den MINICONT-Prüfstrahler entspricht. Zudem dürfte auf Grund der Geometrie des SBT-10A die Empfindlichkeit für Gammas verhältnismäßig gering sein. Vielleicht hat der durch die Kunststofffolie minimal größere Abstand auch einen geringen Effekt.

Die Fensterdicke von im Mittel 15µm entspricht einem Flächengewicht von 4mg/cm², was für ein Alpha-empfindliches Rohr eigentlich schon zuviel ist. Das LND712 z.B. ist mit einem Flächengewicht von 1.5~2mg/cm² angegeben, also der Hälfte bis einem Drittel. So erklärt sich der geringe Messabstand, bei dem mit dem SBT-10A gerade noch ein Alpha-Nachweis möglich ist.

Vielleicht hilft diese Information etwas, das SBT-10A besser außerhalb seines eigentlichen Einsatzbereichs zu charakterisieren.

LG,
Thomas

Hallo Thomas.

Der ermittelte "direkt-auf-dem-Fenster-aufliegende-Quelle" cpm-Wert würde einer max. Alpha-Empfindlichkeit von ca. 5 % entsprechen. Da aber so (hoffentlich!) niemand Alphas messen möchte, ist der 5 mm Abstand-Wirkungsgrad der realistischere.

Zum Vergleich: der MINICONT weist eine Alpha-Empfindlichkeit, mit einer 0,5 mg/cm² Fensterfolie in ca. 5 mm Abstand, von ca. 15 % auf.

Alle %-Angaben von mir sind auf eine 4-Pi-Geometrie bezogen!

Gruß
Norbert