RadiaCode-101 (радиакод-101, RadiaCode-102, RadiaCode-103)

[DG0MG]

Ich bin als Neuling im Strahlenthema etwas besorgt, ob ich mir mit dem Radiacode das richtige Gerät gekauft habe

Du kannst sicher sein, Du *HAST* das richtige Gerät gekauft.
Weil es nämlich gar kein anderes mit vergleichbar riesigem Funktionsumfang gibt - zumindest nicht im Consumerbereich. Das sieht man schon daran, dass die Diskussion über Features und Ergebnisse bereits 100 Seiten lang ist - das gibts zu keinem anderen Gerät.

[anon_226]

The background data was presented in a neighboring thread. According to my research, the data on the background are on average less than 30%. These values are not so critically different from the true values. Well, I will give experiments on the energy dependence of the readings on our reference sources:

- Titanium-44 (Ti-44): -1%
- Cobalt-60 (Co-60): -20%
- Cesium-137 (Cs-137): -5%
- Americium-241 (Am-241): -25%

[opengeiger.de]

@anon_226 : Thanks a lot for the data!    This fits well into my picture. Correct energy compensation in fact will be challenging at both ends of the specified energy range for the RC-101/102! For Co-60 we are at the high end of the energy range and with Am241 we are at the low end.

The accuracy of the dose rate determination in an energy-compensated scintillation-detector based instrument strongly depends on how accurate the ERF (we also call it DRF, detector response function or detector efficiency) can be determined. It is mainly the size of the crystal that reduces the count rates at the high end, making the accurate determination of dose rate difficult. This may be the case for the Co60. But as we can see from your data, also for the Am241, the dose rate accuracy may get worse. To my understanding, the maximum detector efficiency of the RC-101 is located around 75keV. However, at this point, the change of efficiency towards the lower energies below 75keV is dramatic and quickly approaches values close to zero. In this region, the determination of the efficiency function is also quite challenging. Furthermore, the efficiency may vary significantly across different detector modules at this point. This means, when the energy compensation is based on the precise knowledge of the detector efficiency function, the compensation may get more inaccurate at this point too.

I also don't know how you represent the compensation function of the detector module in the firmware. A table representation with interpolation may consume a lot of memory, therefore I assume you are also using a parametrized analytical model with a given number of coefficients. The modelling works well for the most common range between 100keV and 800keV. My experience, however, is, the correct modelling of the efficiency function and consequently of the derived compensation function close to the turning point towards the lower energies requires a lot of coefficients. And honestly, I didn't find a satisfying model yet that allows a closed modeling with a good fit for both the high energy region, and the low energy region at the same time from just one analytical function.  Therefore, I believe, that for accurate dose rate measurements either the energy range should be limited on both ends (which would also help to keep the required measurement times smaller) or the customers must live with the reduced accuracy of energy compensation at both ends of the large energy range given today for the RC-101/102.

Well, the other question is, will the customers notice it? Since you dominantly sell the device to the consumer market, the customers rarely will check technical sources such as an Am241 as e.g., can be found in ionization smoke detectors (which is no longer allowed in most countries). In contrast, most of the customers check environmental samples containing natural Uranium or natural Thorium. Some of the customers are concerned about disasters in nuclear power plants like we had in Fukushima or Tschernobyl or we potentially will see with Saporischschja. The spectra of natural Th and natural U are dominated by photo peaks between 200keV and 400keV. And in the case of a nuclear disaster Cs137 will dominate. Both are well covered in the range where the RC-101/102 should show good accuracy. The regular consumer can't verify the measurement accuracy either. So only experts may get worried about accuracy, there are probably not too many and they should know the reason ...

[Henri]

Well, the other question is, will the customers notice it? Since you dominantly sell the device to the consumer market, the customers rarely will check technical sources such as an Am241(...) The regular consumer can't verify the measurement accuracy either. So only experts may get worried about accuracy, there are probably not too many and they should know the reason ...

Hallo Bernd,

das ist ja eine interessante Argumentation!

Das Gerät wird vor allem an Amateure verkauft, die keine Möglichkeit haben, die Messergebnisse auf Korrektheit zu überprüfen, und deshalb ist es egal, ob das Gerät korrekt anzeigt??

Das habe ich doch sicher falsch verstanden! 


Ansonsten gehe ich d'accord, dass man wie bei den Profi-Geräten vielleicht einfach den Energiebereich angeben sollte, in dem die Messgenauigkeit mindestens 20% beträgt. Eine einfache und ehrliche Lösung. 

Viele Grüße!

Henri

[opengeiger.de]

Das Gerät wird vor allem an Amateure verkauft, die keine Möglichkeit haben, die Messergebnisse auf Korrektheit zu überprüfen, und deshalb ist es egal, ob das Gerät korrekt anzeigt??

Das habe ich doch sicher falsch verstanden! 

Wenigstens einer der meinen heimlichen Sarkasmus gleich gemerkt hat! Großes Lob! 

[anon_226]

Well, if you want +-20% energy dependence, then a lot of good devices are sent to scrap, as for them stated +-30% on average... And I'm not even talking about anisotropy) In fact, many people do not quite understand what accuracy is needed from the devices. There is a basic error of measurement in the measurement range, there is a statistical error, there is an energy dependence, there is anisotropy)))

[opengeiger.de]

Ich bin nun doch noch ein Stück weiter gekommen mit der messtechnischen Bestimmung der Detektor Effizienz der RC-101 und einer selbst berechneten Energiekompensation für die entzerrte Darstellung des Spektrums. Sie beruht nicht mehr auf einer Backgroundmessung sondern verwendet die Tl208-Linien aus einem Th-nat. Spektrum und die Linien im Cs137 Spektrum.

Dabei kommt raus, dass die Zählrate des RC-101 für die 2614keV Linie des Tl208 grob 500mal niedriger ist als die für die 32KeV Linie im Cs137 Spektrum. Gleicht man dies aber aus, dann passen die Peakhöhen bzw. -flächen auch quantitativ recht gut zueinander. Man könnte durch Aufsummieren der kompensierten Zählraten so nun auch eine eigene Dosisleistungsbestimmung machen, wenn man eine vergleichende Kalibrierung zu einem H*(10) Instrument machen würden. Wenn Dosisleistungsbeiträge von hohen Energien zu erwarten sind muss man allerdings eine ausreichende Zeit Zählpulse sammeln, damit das Ergebnis auch genau ist.

Man kann diese Methodik natürlich auch für die normale Gamma-Spektroskopie einsetzen. Da bestimmt man weniger die Dosisleistung nach diesem Verfahren, sondern eher die spezifische Aktivität. Aber im Prinzip ist es vergleichbar und wir hatten ja auch schon dieses Thema im Zusammenhang mit der Lutetium-Kalium Aktivitäts-Kalibrierung. Das ist letzten Endes ganz die gleiche Vorgehensweise. Auch da hatten wir allerdings gesehen, dass das mit der Genauigkeit schnell Grenzen hat, damals allerdings mehr wegen der Strahlungsgeometrie und der Probenmatrix. Beim RC-101 kommt nun eben dazu, dass der Kristall recht klein ist und daher relevante Dosisleistungsbeiträge aus den hohen Energien viel Zeit brauchen, bis sie nicht nur durch statistisches Rauschen beitragen, sondern durch einen gut ausgemittelten Peak.

Aber um hier jetzt nicht einen ewig langen Post tippen zu müssen, habe ich ne kleine Doku zu dem Verfahren geschrieben und hier angehängt. Ich hoffe, dass es dem einen oder anderen hier hilft. Ein damit entzerrtes und annotiertes Th-nat. Spektrum als Beispiel hänge ich ebenfalls an.

[opengeiger.de]

Ich hab hier nochmal ein Overlay erzeugt von der RC-101 Messung der Th-nat. Probe über 27h und einem 3" NaI aus der Idaho Gamma Spectrum Library. Der RC-101 ist hier nun kompensiert der 3" NaI jedoch nicht. Was deutlich wird ist, dass trotz Kompensation der 2614 Peak arg schwach rauskommt, aber man muss natürlich vorsichtig sein, bevor man das auf die Hardware schiebt. Das Tl208, das für diesen Peak verantwortlich ist, steht ja in einem äußerst fragilen Gleichgewicht zur Ur-Großmutter Th232 und deren Enkeln. Da ist ja das flüchtige Rn220 namens Thoron dazwischen und es ist nie ganz eindeutig, wie viel Tl208 dann noch vor Ort entstehen kann. Jedenfalls werden selbst alte natürliche Proben hinsichtlich der Tl208 Aktivität stark schwanken, nehme ich an.

 

Nun habe ich recht intensiv recherchiert, um zu sehen, ob es da nicht jemanden gibt, der die Fähigkeiten kleiner CsL Kristalle schon in ähnlicher Form etwas detaillierter untersucht hat und sich etwas um die Detektor Effizienz gekümmert hat. Dabei bin ich auf ein interessantes Projekt an der Oregon State Uni gestoßen.

Eric M. Becker, Abdollah T. Farsoni, et al.:
Small Prototype Gamma Spectrometer Using CsI(Tl) Scintillator Coupled to a Solid-State Photomultiplier
https://ir.library.oregonstate.edu/downloads/xs55md17g

Da hat der Student Eric M. Becker ein kleines portables Spektrometer mit einem CsI Kristall und SiPM als Master-Arbeit gebaut und die Details ziemlich 2013 detailliert veröffentlicht. Gleichzeitig hat er 2012 bei IEEE eine Veröffentlichung gemacht mit dem Titel: ,,Small Prototype Gamma Spectrometer Using CsI(Tl) Scintillator Coupled to a Solid-State Photomultiplier" für diesen Prototype hat er 6 x 6 x10mm CsI(Tl) Kristall von Hilger Crystals verwendet und ein passendes SiPM von SensL mit 19096 Zellen. Dann hat er ein analoges Frontend mit einem OPA656 Operationsverstärker als TIA verschalter dazu gebaut. Mit dem Ausgangssignal ist er dann in den Rx1200-D Digital Pulse Processor von Avicenna Instruments gegangen. In dieser Kiste werkelt dann ein ADC mit 12-bit Auflösung mit 200MHz Sampling Rate mit einstellbarem Vorverstärker. Das gewandelte digitale Signal geht dann in ein Xilinx FPGA in dem dann der MCA mit 4096 Kanälen mit je 32bit fürs Histogramm implementiert ist. Das Ergebnis geht dann über einen Prozessor mit USB auf den PC. Für ein Histogramm-Update wird 5us lang gemittelt was 1000 ADC-Samples entspricht.

Mit diesem Prototyp hat er dann 5 radioaktive Isotope vermessen, um die Detektor Effizienz zu bestimmen. Das waren 137Cs (116 kBq), 60Co (36 kBq), 152Eu (24kBq), 54Mn (33 kBq), and 22Na (36 kBq) in unterschiedlichem Abstand zum Detektor. Angesichts der Proben wird man etwas neidisch. Für jeden Abstand hat er schließlich 10Stunden gemessen, um das Spektrum aufzubauen. Damit hat er bereits mit seinem Prototyp 7.88% FWHM bei 662keV bestimmt. Nicht schlecht im Vergleich zum RC-101/102. Später hat er sogar 5.66% hinbekommen. Interessant ist aber die Detektor-Effizienz, die er bestimmt hat. Das entsprechende Bildchen habe ich auch mal angehängt. Und das sieht mir doch ziemlich vertraut aus. Der Energie-Bereich geht bis 1400keV etwa (der Messpunkt wird vermutlich vom 152Eu stammen) und was wir sehen, ist, dass die Effizienz bei 1400keV etwa 2.69 Dekaden also um einen Faktor von 490 niedriger liegt als bei der ersten Stützstelle bei etwa 120keV. How come? Da würde ich doch sagen, das passt recht gut zu den Erkenntnissen beim RC-101.

Nach dieser Prototypen-Entwicklung mit der Avicenna-Kiste hat er schließlich sein eigenen MiniSpec als Master-Arbeit gebaut. Und das hat er dann mit dem AD9629-40 von Analog Devices als ADC gebaut, der nur bei 40MHz läuft und wieder nem MCA-FPGA, das aber wohl ursprünglich vom Chef des Insituts Professor Dr. Farsoni entwickelt wurde und von Marlin Keller in einem weiteren studentischen Projekt bearbeitet und vermutlich noch verbessert wurde. Da sind nun einige schöne Feinheiten drin, wie zum Beispiel ein digitaler Pulse Shaper. Den MiniSpec hat Herr Becker schließlich mit einem Maxim DS1822 temperatur-stabilisiert, das geht wohl nicht ohne wegen dem stark temperatur-empfindlichen SiPM, ist ja auch beim RC-101/102 so. Und auch die Spannungsversorgung ist recht aufwändig stabilisiert. Auch dieses Problem kennen wir.

Am Ende hat er dann eine Flyport wireless network card draufgepackt, so dass er die Daten auf ein Händy übertragen und das Spektrum dort darstellen kann. Wenn ich mir so ein Spektrum anschaue, dann sieht das auch ganz so ähnlich aus, wie auf dem RC-101/102 auch. Zu den Kosten seines MiniSpec sagt Herr Becker, Zitat: "It is estimated that a commercial version of the MiniSpec would cost $150 or less, including hardware costs and firmware development". Da geht er wohl von Studentischen Hilfskräften oder ganz optimistisch von einem zum russischen vergleichbaren Lohniveau aus.

Man findet diese sehr interessante Arbeit unter:
https://ir.library.oregonstate.edu/concern/graduate_thesis_or_dissertations/r781wj727

In einer anderen Veröffentlichung findet man das Bild des Geräts mit einem Bild von der laufenden Händy-App:
Wireless, Low-Cost, FPGA-based Miniature Gamma Ray Spectrometer
https://ir.library.oregonstate.edu/concern/articles/dz010r27f

Die FPGA-Entwicklung findet man beschrieben unter:
The Development of a Field Programmable Gate Array for Radiation Detection
Marlin Keller 2023
https://kb.osu.edu/bitstream/handle/1811/102989/4/Marlin_Keller_Thesis_Final.pdf

Wenn man sich das schließlich alles durchgelesen hat, dann versteht man vermutlich auch, was in etwa für den RC-101/102 so an Hardware entwickelt wurde, mit einem in etwa gleichen Ergebnis was die Qualität der Spektren anbelangt.     

[Maroi]

Wegen fehlendem Wissens kann ich leider keine Inputs liefern .Aber als Forenmitglied und intensiver Mitleser fühle ich mich an dieser Stelle verpflichtet ,allen Profis für Ihre uneigennützigen Wissensweitergaben, Recherchen und Hilfestellungen zu danken.

liebeGrüße
Maroi

[opengeiger.de]

So, nun ist mir doch auch noch eine sehr schöne Veröffentlichung aus Korea ins Netz gegangen, wo jemand ein Gerät, ähnlich wie den RC-101 als ,,Dosimeter" gebaut hat und der dann den Anspruch erhebt, damit H*(10) mit brauchbarer Genauigkeit in einem Energiebereich von 40keV-2MeV messen zu können – und das mit Hilfe einer Energiekompensation des Spektrums. 

Das schöne aber ist, die Forscher aus Korea haben die Details zu der Energiekompensation veröffentlicht, und das ist höchst interessant, denn eine derartige Vorgehensweise könnte beim RC-101/102 auch implementiert sein und würde so einiges verständlich machen.   

Nur, und das ist der Nachteil, so einfach wie ein Romanheftchen liest sich das Paper leider nicht.   

Für die Hardcore Kernforscher, die das Paper lieber selbst lesen und interpretieren wollen, der Original-Link zum Paper :
Ambient dose equivalent measurement with a CsI(Tl) based electronic personal dosimeter
Kyeongjin Park, Jinhwan Kim et al.
Elsevier 2019, Open Access
https://koreascience.kr/article/JAKO201914761832795.pdf

Für die nicht so Hardcore-Leute habe ich versucht das Ganze in wenigstens einigermaßen ,,barrierefreier Sprache" auf Deutsch zu interpretieren, so wie ich das verstehe. Meine Zusammenfassung als pdf im Anhang, genauso ein paar von den Autoren mit dem Gerät gemessenen Rohspektren. Kommentare und Korrekturen erbeten! 

Ich hoffe, das schafft nun auch etwas mehr Verständnis über die Funktion der Energiekompensation des RC-101/102!

 

[NuclearPhoenix]

Danke für das Teilen das Papers und natürlich für die ganze Arbeit das alles mal eben zusammenzufassen. Ich finde es richtig stark, dass es Papers gibt, die sich mit dem Teil beschäftigen. Macht das ganze nochmal viel interessanter

[etalon]

Ist schon irgendwie lustig und ich habe lange überlegt, hier überhaupt zu antworten...
Das, was hier jetzt als heiliger Gral der Erkenntnis in Form eines Papers verkauft wird ist nichts anderes als die ausführliche mathematische Beschreibung des Vorgehens, welches ich im Zusammenhang mit der Energiekompensation und der Ermittlung der Geräteefficiency zum RC101/102 immer wieder an verschiedenen Stellen hier im Forum versucht habe, in einfachen Worten zu vermitteln. Scheinbar ohne Erfolg... 

Ich zitiere mich einfach mal auszugsweise selbst:

Naja, also die Effizienzgewinnung aus dem Untergrund halte ich für nicht oder sagen wir mal nur in gröbster Näherung tragend. Das hat verschiedene Gründe, die vielleicht mal eines neuen Threads bedürfen.
...
Wenn man vom Detektoraufbau und dem genauen Geräteaufbau exakte Zeichnungen und Materialdaten hätte, dann könnte man auch mal etwas in MCNP modellieren und die Effizenz rechnerisch ermitteln.
...

Eigentlich sollte das nicht allzu schwierig sein. Man muss ,,nur"    die Detektoreffizienz rechnerisch an ein gängiges Absorptionsmodell (z.B. H*10) mittels einer Transferfunktion anpassen, und dann den Messbereich in beliebig viele Energiefenster aufteilen. Für jedes Intervall gibt es eine mittlere Energie und in Abhängigkeit dieser einen jeweiligen Dosisleistungskoeffizienten. Jetzt muss man innerhalb der Energieintervalle nur noch die Impulse integrieren, mit der Transferfunktion zum Absorptionsmodell falten und mit den jeweiligen Dl-koeffizienten verrechnen. Schon kann man eine beliebig genaue Energiekompensation erhalten. Ist ein wenig Mathematik, aber wohl keine Raketenwissenschaft...

Comptonstreuung, etc. gibt es auch im Körper, ist daher ein Teil der empfangenen Dosis und in Summe Teil der Energieabsorption. Somit darf das nicht einfach weggelassen werden.

...
Und um abschließend noch auf diese Frage zu antworten:
Ich denke, das effizienzkalibrierte Spektrum wird in n Energieabschnitte zerlegt, welche dann jeweils aufintegriert werden. Dann wird jeder Energieabschnitt mit einer passenden Dl-Konstante verrechnet und am Ende die Summe daraus gebildet. So würde ich es zumindest machen. Das ist ja der Vorteil einer spektrometrischen Messung, dass man das dE beliebig genau berücksichtigen kann (natürlich im Rahmen einer ausreichenden Zählstatistik), was bei einer integralen Messung halt nicht geht. Da muss dann halt über einen weiten Energiebereich ein entsprechend konstruktiver Aufwand getrieben werden...
...

Aber ist ja gut, dass es nun einen Link zur ausführlichen Vorgehensweise gibt. Mein Geschreibsel war tatsächlich ja nur eine rudimentäre Zusammenfassung dessen, da sowas in einem Forum in der Komplexität und Tiefe eher nicht vermittelbar ist. Wie sich zeigt, wird selbst das einfach Geschriebene ja schon nach kürzester Zeit wieder vergessen oder erst gar nicht wahrgenommen. Da lohnt sich scheinbar auch der geringste Aufwand und Zeitinvest nicht, hier große Romane zu schreiben...     

[NuclearPhoenix]

Das, was hier jetzt als heiliger Gral der Erkenntnis in Form eines Papers verkauft wird ist nichts anderes als die ausführliche mathematische Beschreibung des Vorgehens, welches ich im Zusammenhang mit der Energiekompensation und der Ermittlung der Geräteefficiency zum RC101/102 immer wieder an verschiedenen Stellen hier im Forum versucht habe, in einfachen Worten zu vermitteln. Scheinbar ohne Erfolg... 

Ja klar, ich finds nur schön, dass sich Forscher an Unis mit so einem Consumergerät beschäftigen. Ist ja überhaupt nicht selbstverständlich, dass man das dort überhaupt kennt.

Ich find den Text an sich auch nicht besonders schlimm zu lesen oder so, aber es ist ja gut, dass hier möglichst viel geteilt wird. Auch wenn sich dann so manches wiederholt. Und die Energiekompensation ist ja überhaupt gerade das Thema

[Raddet]

immer wieder an verschiedenen Stellen hier im Forum versucht habe, in einfachen Worten zu vermitteln. Scheinbar ohne Erfolg... 

Wie theoretisch eine Energiekompensation durchzuführen ist, ist seit langem klar.
Es ist nicht klar, wie dies in RC101/2 umgesetzt wird.

[Henri]

Ja klar, ich finds nur schön, dass sich Forscher an Unis mit so einem Consumergerät beschäftigen. Ist ja überhaupt nicht selbstverständlich, dass man das dort überhaupt kennt.

Das von opengeiger verlinkte Paper befasst sich nicht mit dem RadiaCode, sondern mit einem "ähnlichen" Gerät, bei dem mutmaßlich die gleiche Vorgehensweise zur Energiekompensation wie beim RadiaCode gewählt wurde.

Der koreanische Artikel wurde 2019 publiziert. Unser erster Eintrag hier im Forum zum RadiaCode ist aus 2021. Nicht auszuschließen also, dass bei der Entwicklung der Energiekompensation des RC auf die Erkenntnisse des koreanischen Papers zurückgegriffen wurde.

Vielleicht habe ich es beim Überfliegen auch überlesen, aber das Problem, dass bei hohen Energien ein einziger Zählimpuls eine große Änderung bei der angezeigten Dosisleistung bewirkt, wurde beim koreanischen Ansatz ebenfalls nicht gelöst?