Kalibrierung von GQ GMC-XXX Geräten für Dosisleistungsmessungen.

[NoLi]

Nach langem Suchen und Recherchieren habe ich jetzt heraus gefunden, wie die Geräte von GQ GMC-XXX für Dosisleistungsmessungen kalibriert werden.
Die ersten Gerätetypen des amerikanischen Herstellers GQ (Firmensitz in Seattle) wurden mit dem russischen Zählrohr SBM-20 ausgestattet. Von diesem Zählrohr waren zwei Kalibrierfaktoren für die Gamma-Ortsdosisleistungsmessung bekannt:

für Ra-226:  29 CPS / mr/h
für Co-60:  22 CPS / mr/h

umgerechnet auf die in den USA üblichen CPM (counts per minute) ergibt dies

für Ra-226:  1760 CPM / mr/h  (= 1760 CPM / 10 µSv/h  oder 176 CPM/µSv/h)
für Co-60 :  1320 CPM / mr/h  (= 1320 CPM / 10 µSv/h  oder 123 CPM/µSv/h)

GQ addierte beide Faktoren und bildete den Mittelwert: 1538 CPM / mr/h  (= 1538 CPM / 10 µSv/h  oder  153,8 CPM/µSv/h) und verwendet(e) diesen als Kalibrierfaktor für seine Niederdosisleistungsmessgeräte.

Vor gut 10 Jahren wechselte GQ vom Zählrohr SMB-20 auf das billigere chinesische M4011, weil es gleiche Ausmaße wie das SBM-20 hatte. Allerdings gab es für das M4011 keine (zugänglichen) Kalibrierfaktoren, so dass GQ für dieses Zählrohr einfach den gemittelten Kalibrierfaktor des SBM-20 für die Dosisleistungsmessung übernahm in der Annahme, diese beiden Zählrohre müssten auch gleiche Gammaempfindlichkeiten besitzen. Dies trifft zwar auf das Gamma-Spektrum des natürlichen terrestrischen Strahlungsuntergrundes einigemaßen gut zu, nicht aber auf explizite Gammaenergielinien von mittel- und hochenergetischer Gammastrahlung -wie von Cs-137 und Co-60-, weil sich die Zählrohre vom Aufbau her unterscheiden (SBM-20: Metallmantel ; M4011: Glasmantel) und auch die Zählgasfüllungen maßgeblichen Einfluß haben.
Mittlerweile designed GQ nur noch in den USA und lässt ausschliesslich in China fertigen und setzt neben dem Zählrohr M4011 auch das Äquivalent(?)Zählrohr J305 ein, mit gleichem gemittelten Kalibrierfaktor des ursprünglich verwendeten SBM-20.

Neue Untersuchungen der in den GMC-XXX verbauten Zählrohre durch die GQ-Forenmitglieder  Tony81269  und  Stargazer 40  am Beispiel des GMC-800  verdeutlichen -am Beispiel von Cs-137- die Abweichung dieses gemittelten Kalibrierfaktors vom tatsächlichen Wert für die Gamma-Dosisleistung. Das Gerät wurde durch eine professionelle Stelle nach NIST/NRC-Vorgaben (ähnlich unserer PTB) auf einem Kalibrierstand überprüft und die Kalibrierfaktoren der verschiedenen Messbereich bestimmt, neu in das Gerät eingegeben (ist bei allen GQ-Geräten vom Anwender ohne Software möglich!) und dann zertifiziert.
http://www.gqelectronicsllc.com/forum/topic.asp?TOPIC_ID=10612&#11942
Wie man in "Replay # 54" und "Replay # 55" an den Bildern sehen kann, unterscheiden sich jetzt die Kalibrierwerte CPM zu den dazugehörigen µSv/h-Werten deutlich zu denen in der Werkseinstellung verwendeten von 1538 CPM/10 µSv/h, 15380 CPM/100 µSv/h...etc.

GQ wirbt auch mit
" Genau, Vertrauenswürdig, Zuverlässig

    Das GMC-800 Strahlungsdetektorgerät entspricht den Standards des US-amerikanischen NIST (National Institute of Standards and Technology) und der NRC (Nuclear Regulatory Commission).
    Jedes Gerät wird vor dem Versand kalibriert, und die Benutzer können es auch später selbst nachkalibrieren, um die Langlebigkeit zu gewährleisten."
(Quelle: https://www.amazon.de/Nuklearstrahlungsdetektor-GMC-800-US-Nationalstandard-Datenspeicherung-Multifunktionsger%C3%A4t/dp/B0CKM8NML7)

Im obigen Forum-Link wurde GQ auch über das Ergebnis der Abweichungen informiert und um Info ihrer "Kalibriermethode" gebeten. Dabei stellte sich raus, dass die Geräte vor Auslieferung nur mit einer Am-241 Ionisationsrauchmelderquelle (0,8 µCi / 29,6 kBq) überprüft werden und damit eine Soll-Anzeige von 50 CPM erreichen muß...es wird also keine Kalibrierung im klassischen Sinn, sondern lediglich eine Funktionskontrolle durchgeführt!
Lediglich einige wenige Geräte eines Typs wurden offenbar mal nach NIST/NRC-Vorgaben kalibriert...warum aber dann immer noch der Kalibrierfaktor (1538 CPM/ 10 µSv/h) verwendet wird...

Mit den im obigen GQ-Forumslink gezeigten zertifizierten Kalibrierfaktoren CPM zu µSv/h können Anwender von GMC-XXX Geräten (mit M4011 und J305) jetzt ihre Geräte auf eine Kalibrierung mit Cs-137/Ba-137m Gammastrahlung umstellen. Dabei ist zu beachten, dass mit der bisherigen Werks-Faktoreinstellung die Dosisleistung von Cs-137 etc. zu gering angezeigt wird, nach Anpassung des Faktors zwar dieser Dosisleistungsmesswert jetzt besser stimmt, dafür aber der natürliche Strahlungsuntergrundmesswert (hauptsächlich durch Ra-226 + Töchter verursacht) jetzt etwas höher ausfällt. Dies liegt an den nicht energiekompensierten Zählrohren M4011 und J305 und dem früheren SBM-20.

Dieser Beitrag soll keinesfalls eine Rufschädigung oder Herabsetzung der GQ-Strahlenmessgeräte sein, sondern lediglich auf eine Korrekturmöglichkeit des Dosisleistungskalbrierfaktors hinweisen! Gott-sei-Dank (bzw. GQ-sei-Dank ) gibt es hier diese Möglichkeit für den Anwender, was bei den meisten anderen Strahlenmessgeräten im Consumerbereich und auch im Profi-Bereich nicht möglich ist! Es kommt darauf an, wo man die Wichtung der Dosisleistungsmessungen legt:
a) auf die Bestimmung der natürlichen Dosisleistung (mit den Werks-Kalibrierfaktoren), oder
b) auf die Bestimmung der Dosisleistung von Reaktor-Fallout, Atombomben-Fallout, Zwischenfällen oder Anwendungen mit Strahlenquellen, etc. (mit den neuen Kalibrierfaktoren).

Ich habe meinen GMC-800 auch mit einer Cs-137-Gammaquelle (~ 180 MBq) überprüft und kam auf einen  Kalibrierfaktor von 980 - 1050 CPM/10 µSv/h (mit "Totzeit"-Berücksichtigung bei hohen Zählraten). Damit der Unterschied zur natürlichen Gamma-Untergrundstrahlung nicht zu groß ist, habe ich den Faktor bei mir im Calibration-Menuepunkt von werkseitig 1538 CPM/10µSv/h etc. auf mittleren Faktor 1100 CPM/10 µSv/h etc. eingestellt (etc. bedeutet hier das Vielfache des Zahlenwertes von 10 µSv/h, also für die anderen Kalibrierpunkte 100 µSv/h, 200 µSv/h, 500 µSv/h, 1000 µSv/h und 2000 µSv/h).

Dies gilt übrigens nicht nur für den GMC-800, sondern auch für die GMC-3XX Reihe und die GMC-5XX Reihe!

Norbert

[Harald der Strahler]

Vor gut 10 Jahren wechselte GQ vom Zählrohr SMB-20 auf das billigere chinesische M4011, weil es gleiche Ausmaße wie das SBM-20 hatte

Danke für die ausführliche Beschreibung! Ich muss mich mal an die Kalbrierung meines GQ-GMC600+ machen. Anscheinend ist das Pancake-Zählrohr LND 7317 auf Co60 kalibriert. Daher zeigt es wahrscheinlich bei der Hintergrundstrahlung viel zu hohe Werte an (0,15 uSv/h statt 0,09 uSv/h).

Kleine Korrektur deiner Ausführungen, falls jemand die Röhre wechseln will: Die M4011 ist kürzer wie die SBM20. Wer die Röhre tauschen will, muss die Halterung umlöten. Aber kein Problem, die Platine ist dafür vorbereitet.

[NoLi]

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Danke für die ausführliche Beschreibung! Ich muss mich mal an die Kalbrierung meines GQ-GMC600+ machen. Anscheinend ist das Pancake-Zählrohr LND 7317 auf Co60 kalibriert. Daher zeigt es wahrscheinlich bei der Hintergrundstrahlung viel zu hohe Werte an (0,15 uSv/h statt 0,09 uSv/h).
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Dazu habe ich folgendes gefunden:

" GQ GMC calibration

To my surprise I found that my GMC 600+ with the pancake detector and my GMC 320 S with glass tube GM have the same calibration setting 153 cpm = 1uSv/h in their recorded data. I think this is correct for the class two detector of the GMC 320, it may be too way low for the LND pancake detector leading to way too high dose rate recordings in the 600+.

Actually, the calibration factor stored in the 600+ is approx. 350 cpm/1uSv/h, but this doesn't schow in the recorded data. What a bug."
(Quelle: https://www.reddit.com/r/Radiation/comments/1crrtf0/gq_gmc_calibration/)

Norbert

[Harald der Strahler]

Die älteren GQ GMC600+ sind auf 348 CPM für 1 uSv/h die neueren auf 3541 CPM für 10uSv/h kalibriert. Wahrscheinlich wird jedes einzelne Gerät vor dem Verkauf an einer Quelle kalibriert, daher die Streuung.
Ergibt trotzdem die hohen Werte für die Hintergrundstrahlung.
Aber naja, die GQ-Geräte sind trotzdem toll. Viele Einstellmöglichkeiten, tolles Preis-Leistungsverhältnis, man kann selber dran rumbasteln und es gibt ein tolles Forum. Wenn ich die genaue Dosisleistung habe will befrage ich meinen Radiacode...

[NoLi]

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Ergibt trotzdem die hohen Werte für die Hintergrundstrahlung.
...

Hast Du den eventuellen Einfluß von Betastrahlung auf den GMC-600 ausgeschlossen, z.B. mit einer 1 mm Edelstahlplatte vor dem Detektorfenster? Schirmt auch sehr niederenergetische Gammas ab bzw. schwächt diese. Das nackte LND-7317 ist bei Photonenenergien unter 200 keV überproportional empfindlich (bis zum Faktor 5):


(Quelle: https://www.gqelectronicsllc.com/forum/topic.asp?TOPIC_ID=5519)

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Wenn ich die genaue Dosisleistung habe will befrage ich meinen Radiacode...

Bei dem würde mich auch mal die Genauigkeit der Anzeige bei einer Überprüfung auf einer professionellen Kalibrieranlage interessieren.

Norbert

[Harald der Strahler]

Hast Du den eventuellen Einfluß von Betastrahlung auf den GMC-600 ausgeschlossen, z.B. mit einer 1 mm Edelstahlplatte vor dem Detektorfenster? Schirmt auch sehr niederenergetische Gammas ab bzw. schwächt diese. Das nackte LND-7317 ist bei Photonenenergien unter 200 keV überproportional empfindlich (bis zum Faktor 5):

Das macht ca. 0,01 uSv/h aus. Der GQ-GMC600+ zeigt immer noch ca. 0,03-0,04 uSv/h im Vergleich zu Sintillationszählern an.

[NoLi]

Das macht ca. 0,01 uSv/h aus.

Der Vergleich mit und ohne Edelstahlplatte?

Der GQ-GMC600+ zeigt immer noch ca. 0,03-0,04 uSv/h im Vergleich zu Sintillationszählern an.

Höher als der Szintillationszähler?
Es handelt sich bei diesen Angaben um die zweite Kommastelle...wenn ich alleine die zulässigen Abweichungen für geeichte Profi-Geräte von +/- 30% des tatsächlichen Wertes bei Strahlungsintensitäten unterhalb von 10 µSv/h betrachte, liegt dein GMC-600+ Ergebnis doch sehr gut! Wer garantiert, dass der Szintillationsdetektor genau 100% des tatsächlichen Wertes liefert? Die genannten Toleranzen gelten auch für diesen Detektor. Und dazu kommen noch die Energieabhängigkeiten des GMC-600+ (siehe Diagramm) und des Szitillationsdetektors (Marke ?) bei einem natürlichen Gamma-Untergrundspektrum.
Um was für einen Szint.Detektor handelt es sich denn? Wurde dieser mit Cs-137 kalibriert/geeicht?

Norbert

[Harald der Strahler]

Der Vergleich mit und ohne Edelstahlplatte?

Ja

Klar, die kleine Abweichung bei der Hintergrundstrahlung ist marginal...

Wurde dieser mit Cs-137 kalibriert/geeicht?

Werden die "Hobby"-Scintillationszähler (RC, Raysid...) tatsächlich auf ein spezielles Isotop kalibriert? Ich dachte immer, da diese Geräte energiekompensiert sind bräuchte man das nicht.
(Auf der Radiacode-Homepage steht irgendwo, dass die Geräte mit Ti44 vorkalibriert werden...)

[NoLi]

...
Werden die "Hobby"-Scintillationszähler (RC, Raysid...) tatsächlich auf ein spezielles Isotop kalibriert? Ich dachte immer, da diese Geräte energiekompensiert sind bräuchte man das nicht.
(Auf der Radiacode-Homepage steht irgendwo, dass die Geräte mit Ti44 vorkalibriert werden...)

Das "internationale Kalibrier- und Eichisotop" für Dosisleistungsmessgeräte ist die Gammastrahlung von Cs-137/Ba-137m mit einer Gammaenergie von 662 keV, weil diese Energie im mittleren Energiebereich der anthropogenen Strahlenquellen liegt.
Wenn Radiacode Ti-44 verwendet...hmmm, dessen Gammaenergie liegt bei 267,4(19) keV...

Eine Energiekompensation sagt nichts über eine Kalibrierung und damit Genauigkeit der Anzeige aus, sondern besagt lediglich, dass über den gesamten Nennenergiebereich des Gerätes die Anzeige max. +/- 20% (unterhalb 10 µSv/h max. +/- 30%) vom Referenzwert bei 662 keV (Cs-137) abweichen darf.
Eine Kalibrierung vergleicht den Anzeigewert IST mit einem physikalisch vorgegebenen Wert SOLL, ist also ein IST-SOLL Vergleich. Und hierzu wurde sich international auf die Verwendung von Cs-137 (mit der Tochter Ba-137m) geeinigt, damit die Geräteanzeigen in den verschiedenen Ländern kompatibel und rückführbar sind.

Nicht energiekompensierte Geiger-Müller-Detektoren (wie z.B. bei allen GQ-Geräten, aber auch anderen Geräten) zeigen im Energiebereich kleiner 200 keV eine unterschiedlich erhöhte Empfindlichkeit gegenüber 662 keV und damit überhöhte Dosisleistungswerte bei diesen Gammaenergien an (siehe Diagramm mit den relativen Überhöhungsfaktoren im Vergleich zu 662 keV von Cs-137). Und da die natürliche terrestrische Strahlung überwiegend im Energiebereich kleiner 500 keV (und teilweise auch kleiner 200 keV) liegt, kann man die Überempfindlichkeit der GM-Detektoren mit Hilfe von Metallfilter teilweise kompensieren. Außerdem sorgen die Filter u.a. für eine, die Dosisleistungsanzeige verfälschende, Abschirmung der Betastrahlung.

Norbert

[Harald der Strahler]

...
Werden die "Hobby"-Scintillationszähler (RC, Raysid...) tatsächlich auf ein spezielles Isotop kalibriert? Ich dachte immer, da diese Geräte energiekompensiert sind bräuchte man das nicht.
(Auf der Radiacode-Homepage steht irgendwo, dass die Geräte mit Ti44 vorkalibriert werden...)

Das "internationale Kalibrier- und Eichisotop" für Dosisleistungsmessgeräte ist die Gammastrahlung von Cs-137/Ba-137m mit einer Gammaenergie von 662 keV, weil diese Energie im mittleren Energiebereich der anthropogenen Strahlenquellen liegt.
Wenn Radiacode Ti-44 verwendet...hmmm, dessen Gammaenergie liegt bei 267,4(19) keV...

Eine Energiekompensation sagt nichts über eine Kalibrierung und damit Genauigkeit der Anzeige aus, sondern besagt lediglich, dass über den gesamten Nennenergiebereich des Gerätes die Anzeige max. +/- 20% (unterhalb 10 µSv/h max. +/- 30%) vom Referenzwert bei 662 keV (Cs-137) abweichen darf.
Eine Kalibrierung vergleicht den Anzeigewert IST mit einem physikalisch vorgegebenen Wert SOLL, ist also ein IST-SOLL Vergleich. Und hierzu wurde sich international auf die Verwendung von Cs-137 (mit der Tochter Ba-137m) geeignet, damit die Geräteanzeigen in den verschiedenen Ländern kompatibel und rückführbar sind.

Nicht energiekompensierte Geiger-Müller-Detektoren (wie z.B. bei allen GQ-Geräten, aber auch anderen Geräten) zeigen im Energiebereich kleiner 200 keV eine unterschiedlich erhöhte Empfindlichkeit gegenüber 662 keV und damit überhöhte Dosisleistungswerte bei diesen Gammaenergien an (siehe Diagramm mit den relativen Überhöhungsfaktoren im Vergleich zu 662 keV von Cs-137). Und da die natürliche terrestrische Strahlung überwiegend im Energiebereich kleiner 500 keV (und teilweise auch kleiner 200 keV) liegt, kann man die Überempfindlichkeit der GM-Detektoren mit Hilfe von Metallfilter teilweise kompensieren. Außerdem sorgen die Filter u.a. für eine, die Dosisleistungsanzeige verfälschende, Abschirmung der Betastrahlung.

Norbert

Danke Norbert für die ausführliche Erklärung!