RikamIno - Radon-Ionisationskammer Break-Out für den Arduino

[DL8BCN]

Aktuell zeigt das RadonEye 3230 Bq/m3 an. Ich befürchte, wenn die Kurve so weiter ansteigt, reicht der Meßbereich nicht aus. Wie weiter oben beschrieben 300g Superphosphat 18 in einem Eimer, wo 5kg Quark drin war.
Also ich denke netto 6l Inhalt.
Morgen der nächste Test mit 10l Eimer.

[Radioquant98]

Ich könnte mir allerdings denken, dass eine gepulste Kammer schneller in Probleme geraten kann, wenn die Pulse schnell kommen,

Wie funktioniert eine gepulste Kammer? Kann das mal Jemand erklären?

Viele Grüße
Bernd

[opengeiger.de]

Wie funktioniert eine gepulste Kammer? Kann das mal Jemand erklären?

Wenn ein Strahlungsquantum Dein Gewebe trifft, dann führt ja die ionisierende Wirkung dazu, dass das Quantum in den Gewebezellen eine Spur der Verwüstung hinterlässt. Wenn Du aber nicht rauchst und nicht säufst und zu normalen Zeiten ins Bett gehst (also ordentliche Lebensführung), dann flickt Dein Immunsystem die Schäden wieder und schafft den Dreck, der entstanden ist, wieder weg. Das kann es gut, solange es nicht zu heftig wird. Wenn Du nun einen Gasdetektor nimmst, dazu zählt auch das Geiger-Müller Zählrohr, passiert was ganz Ähnliches, die Gasmoleküle werden auch ionisiert. Aber das Geschehen im Volumen des Detektors hängt stark vom Gasdruck und von der Art des Gases ab. Beim Geiger-Müller-Zählrohr nimmt man ein Halogen-Gas, macht ein dünnes Fenster vorne hin (Fenster-Zählrohr) und reduziert den Druck, so dass die Dichte der Gasmoleküle nicht so hoch ist und die Moleküle zueinander schön Abstand halten können (social distancing    ). Außerdem mischt man auch noch eine Brise Löschgas dazu z.B. Methan, das wirkt dann ähnlich wie das Immunsystem. Wenn nun ein Strahlungsquantum durch das Fenster eindringt, ionisiert es im Rohr auch die Gasmoleküle, nur ist jetzt die freie Weglänge für die Ionen groß, weil der Gasdruck niedrig ist. Wenn man nun nen Draht in der ,,Kammer" spannt und zwischen Draht und Kammerwand genügend Spannung anlegt, dann beschleunigen die Ionen auf der freien Weglänge so stark, dass sie mit den noch nicht ionisierten Molekülen irgendwann so brutal zusammenpoltern, dass diese auch ioniseirt werden. Und so entsteht nun ein Lawinchen aus Ladungen, das irgendwann den Draht erreicht und dort einen kräftigen Peak erzeugt. Das nennt man die "Gasverstärkung". Das Löschgas sorgt nun dafür, dass aus dem Lawinchen keine Lawine wird, die sich nicht gleich durchs ganze Zählrohr ausbreitet. Und solange das genauso läuft, kann sich das ein paar Milliarden Mal wiederholen, bevor das Gas im Zählrohr verschlissen ist. Jetzt enthält dieses Lawinchen aber doch ziemlich viel Ladungen, die aber zeitlich gesehen schön beinander bleiben. Deswegen kann man nun, wenn nicht zuviel Lawinchen pro Zeiteinheit entstehen, die Peaks auch auseinanderhalten und zählen. Ein Peak entspricht dann einer kleinen, gequantelten Ladungsmenge und wenn man das richtig zählt, bekommt man Pulse pro Sekunde, also Ladungspakete pro Sekunde und wenn man Pulse pro Sekunde aufsummiert ist das auch ein Strom, weil ja Ladung pro Zeit einen Strom ergibt, ob der nun pulsförmig ist oder nicht. So gesehen ist also das Geiger-Müller-Zählrohr auch eine ,,gepulste Ionisationskammer". Das sagt nur keiner so.

Nun kann man aber auch, so wie beim RadonEye, Das Fenster weglassen und statt einem Spezialgas normale Luft bei normalen Druck nehmen. Da kann sich dann das Radon bequem druntermischen und dasselbe Desaster anrichten wie im Gewebe. Dann bekommt man auch Pulse, viel kleinere aber, weil ja kein Lawinchen mehr entsteht, sondern nur eben paar Tausend Ionen, die vom Strahlungsquantum auf seinem Weg erzeugt werden, bis es nach all seinen Stößen mit den Gasmolekülen zum stehen kommt, weil es alle Energie abgegeben hat. Wenn man nun ein paar Drähte parallel in der Kammer spannt, dann kann man die paar Ionen effizient einsammeln und die Peaks (Pulse) werden größer, so dass man sie besser zählen kann. Das nennt man dann eine Impuls-Ionisationskammer oder schlecht aus dem Englischen übersetzt eine ,,gepulste Ionisationskammer".  Diese Methode hat dann aber einen gewissen Vorteil, man kann sich zumindest bei Alpha-Quanten auch die Höhe der durch Ionisation erzeugten Pulse anschauen und auf die Energie des Strahlungsquantums schließen. Das Ganze wird so also ganz ohne Szintillationskristall und Photomultiplier spektrometrie-fähig. Allerdings muss man ordentlich Elektronik draufschmeißen und die Pulse dürfen nicht zu schnell kommen. So kann man dann das Rn222 von seinen Zerfallsprodukten unterscheiden.

Der RikamIno-Detektor benutzt dagegen einen anderen Ansatz. Da sagen wir einfach, lass doch mal Pulse Pulse sein und schau einfach wieviel Ladung über eine gewisse Zeit durch die Pulse zusammenkommt und das Gate an dem JFET auf eine gewisse Spannung auflädt. Man kann das auch ganz aktuell mit dem Starkregen vergleichen, die einzelnen Regentröpfchen sammeln sich zu einem Wasserstrom, der das Rückhaltebecken füllt, bis der Damm bricht. Niemand hat aber gerade Lust die Regentropfen zu zählen. Das heißt, man summiert die Ladungs-Peaks oder Pulse, egal wie schnell sie kommen einfach auf. Schließlich zählst Du ja mit einem Multimeter, wenn Du den Strom messen willst, auch nicht die einzelnen Elektronen. Genauso, wenn Du die Lichtstärke einer LED misst, dann zählt man auch keine Einzel-Photonen mehr. Allerdings sind dann bei so einer Radon-Ionisationskammer, die nicht Pulse zählt, die Ströme jetzt suuuper klein (im Vergleich zu den Flüssen gerade), zumindestens wenn man nur 50Bq/m^3 in der Luft hat. Deswegen darf kein Leckstrom dazukommen und die Gate Kapazität muss sehr klein sein. Aber mit so nem JFET, da geht das eben auch. Und wie man sieht, ganz gut im Vergleich zu der "dual structured pulsed ionization chamber" des Radon Eye. Ich hab die Kammer des Radon Eye übrigens noch nicht auseinandergebaut und weiß nicht genau wie sie aufgebaut ist. Ich kenne nur die ,,gepulsten" Radon Vieldrahtkammern der PTB (https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_6/6.1/6.13/pub_els01.pdf).

Ich hoffe, ich habs richtg erklärt!

[Radioquant98]

Ja, vielen Dank für deine Erklärung opengeiger.

Ich konnte mir nur nichts unter gepulster Kammer vorstellen und fand auch nichts dazu.
Aber die Vieldrahtkammer kenne ich und das die Pulse ausgibt auch. Da steht auch schon Material dafür bereit.

Übrigens wird das mit dem MOSFET nichts. Ich kann keine Diode mit 1pA Restrom finden. Die Entladung des Gates wäre dann nur mit einem kapazitätsarmen Spezialrelais möglich.

Nochwas: Was meinst Du dazu? Man könnte doch auch die Spanung am Source jeweils nach festen Zeit auswerten. Dann hätte man mit verschiedenen festen Meßzeiten auch verschiedene Meßbereiche.
Du machst das ja genau umgedreht.

Viele Grüße
Bernd

[opengeiger.de]

Ich weiß nicht ob ich die Frage richtig verstehe. Wenn Du den Code für den RikamIno-Breakout nochmal  anschaust, dann siehts Du, dass die eigentliche Messung mit dem ADC des Arduino schon in festen Zeitintervallen gemacht wird und zwar innerhalb der while-Schleife. Die Messrate wird dabei durch den Wert bestimmt der in dem delay() Aufruf drinsteht. Wenn da zum Beispiel 1000 drinsteht, dann wertet er die Source Spannung alle 1000ms aus, also alle Sekunde. Allerdings macht er einen Reset der Gatespannung nur dann, wenn das Ergebnis größer ist als der Wert, welcher im while-statement steht, und bestimmt damit die Zeit, die seit dem letzten Reset vergangen ist. Jetzt könntest Du das rumdrehen und z.B. alle 10 Minuten einfach mal einen Reset machen, ob nötig oder nicht und unmittelbar davor die Spannung bestimmen. Aber dann kann es Dir bei einer starken Quelle passieren, dass die Spannung schon in die Sättigung gelaufen ist, bevor die 10Minuten abgelaufen sind. Meiner Meinung wäre das nicht so sinnvoll.

[DL8BCN]

Mein Radoneye scheint die Messgrenze erreicht zu haben
Er schreibt nur noch eine gerade Linie bei 3696 Bq/m3.
Nun packe ich alles um in einen 10 Liter Eimer.
Dann beginnt das Spiel von vorne.
Ich habe das Innere des Eimers mit einem feuchten Küchentuch ausgewischt nachdem ich mir Latexhandschuhe angezogen hatte.
Zuerst den Eimer draußen belüftet.
Ich hatte erwartet, das man bei derart hoher Radonkonzentration die Behälterwandung mit Radonfolgeprodukten kontaminiert.
Der Dünger war nun über genau 2 Tage im Eimer.
Allerdings ist absolut gar nichts zu messen mit dem Kontaminationsmonitor Berthold LB1210.
Hätte ich nicht gedacht.
Nun muss sich das Radoneye erstmal erholen, bis es wieder normale Werte anzeigt.

[Radioquant98]

Ich weiß nicht ob ich die Frage richtig verstehe. Wenn Du den Code für den RikamIno-Breakout nochmal  anschaust, dann siehts Du, dass die eigentliche Messung mit dem ADC des Arduino schon in festen Zeitintervallen gemacht wird und zwar innerhalb der while-Schleife. Die Messrate wird dabei durch den Wert bestimmt der in dem delay() Aufruf drinsteht. Wenn da zum Beispiel 1000 drinsteht, dann wertet er die Source Spannung alle 1000ms aus, also alle Sekunde. Allerdings macht er einen Reset der Gatespannung nur dann, wenn das Ergebnis größer ist als der Wert, welcher im while-statement steht, und bestimmt damit die Zeit, die seit dem letzten Reset vergangen ist. Jetzt könntest Du das rumdrehen und z.B. alle 10 Minuten einfach mal einen Reset machen, ob nötig oder nicht und unmittelbar davor die Spannung bestimmen. Aber dann kann es Dir bei einer starken Quelle passieren, dass die Spannung schon in die Sättigung gelaufen ist, bevor die 10Minuten abgelaufen sind. Meiner Meinung wäre das nicht so sinnvoll.

Also von dem was die  Software macht habe ich keine Ahnung - Prozessoren sind nicht Meins - des fragte ich ja schonmal wie die Auswertung funktioniert.
Deine Spannungsmessungen dienen aber erstmal nur der Erstellung der Grafik. Die Messung erfolgt aber anhand der Zahl der Sägezähne.
Genau, das mit dem Herumdrehen meine ich. Wenn der Spannungsanstieg meinetwegen min 0,8V und max 3,5V wären könnte man bei 3V überlauf anzeigen. Dies bedeutet in den nächsten Bereich umschalten - kürzere Meßzeit.
Man müßte dann bei höheren Strahlungswerten nicht so lange auf ein Ergebnis warten.

Viele Grüße
Bernd

[opengeiger.de]

@Radioquant98: Probiers doch einfach mal aus!

Nun muss sich das Radoneye erstmal erholen, bis es wieder normale Werte anzeigt.

Den Effekt sehe ich auch! Nach so einer 2000Bq/m^3 Dröhnung braucht der RadonEye erstmal eine Stunde und mehr um wieder runterzukommen und normale Werte anzuzeigen. Auch der RikamIno braucht etwas Zeit nur nicht ganz soo lang.

Was ich nun gemacht habe ist eine Messung mit dem zweiten Prototypen, den ich gebaut habe (RikamIno2) unter gleichen Bedingungen wie bei RikamIno1 mit 750g Superphosphat im 10Liter Eimer. Ich habe dann auch den RikamIno2 nach dem gleichen Verfahren auf den RadonEye kalibriert und beide Kalibrierergebnisse verglichen. Daran sieht man, es kommen für beide RikamInos ähnliche Werte raus aber nicht die gleichen. Nach der Kalibration liegen aber die Messkurven der beiden separaten Runs ganz gut aufeinander, d.h. die Bedingungen waren doch recht ähnlich.

[opengeiger.de]

Mir ist übrigens gerade wieder mal so ein toller Artikel über den Weg gelaufen: Titel ",,Gesund gestrahlt" DER SPIEGEL berichtet über Radon Schmerztherapie", da wird über die Schmerztherapie im Acuradon Heilstollen in Bad Kreuznach berichtet. https://acuradon.de/gesund-gestrahlt-der-spiegel-berichtet-ueber-radon-schmerztherapie/

Klickt man im Hauptmenu auf "Buchen", erfährt man Folgendes:

Zitat >>
Diese Kosten der Radonkur sind zum Beispiel mit 688,70 Euro für 10 Therapieeinheiten gemessen am Aufwand und dem Zugewinn an Lebensqualität dennoch erstaunlich günstig.
<< Ende Zitat.

Also ich verstehe nicht, warum sich die Schmerzpatienten nicht einfach einen Sack mit Superphosphatdünger 18% von ICL Fertilizers ins Schlafzimmer unters Bett stellen??? Das wäre doch noch viiiiel günstiger. 
 

[NoLi]

...
Also ich verstehe nicht, warum sich die Schmerzpatienten nicht einfach einen Sack mit Superphosphatdünger 18% von ICL Fertilizers ins Schlafzimmer unters Bett stellen??? Das wäre doch noch viiiiel günstiger. 
 

Na ja, ein Radon-Heilstollen wird nur dann als Heilstollen anerkannt, wenn die Konzentration mindestens 37 kBq/m³, also etwas mehr wie das 100-fache des Grenz- bzw. Referenzwertes nach Strahlenschutzgesetz, beträgt.

Norbert

[DL8BCN]

Also sollte man keine Raucher in den Stollen schicken.
Das stand ja weiter oben in einer Studie.
Für Nichtraucher ist Radon ungefährlich
Ich bin Nichtraucher

[Radioquant98]

@Radioquant98: Probiers doch einfach mal aus!

Ich wollte eigentlich deine Meinung dazu hören.
Zur Zeit lese und schreibe ich hier nur.
Ehe ich damit anfange muß erst das laufende Projekt abgeschlossen sein. Sommerüber wird da aber nicht viel.

Viele Grüße
Bernd

[Radioquant98]

Ich habe mal eine Anfrage beim Chinesen hinsichtlich Gatereststromes gestellt.

Antwort:"Dear buyer

We can ship PN4117A ,

However, we cannot guarantee the maximum gate current of IGss 1pA."

Also Nachbauten nehme ich an. Aber zumindest ehrlich sind sie.

Viele Grüße
Bernd

[DL8BCN]

Hallo, heute Abend haben wir das 4 zeilige Display eingebunden und erstmal die Kalibrierdaten von ,,Opengeiger" übernommen.
Später muss ich noch eine eigene Kalibrierung machen, da der Ausgabewert noch zu hoch ist.
Sieht aber schon mal schick aus.
Ich werde dann noch ein Gehäuse im 3D-Druck erstellen um ein alltagstaugliches Gerät daraus zu machen.
Parallel arbeite ich noch an einer zweiten Version, wo ich noch verschiedene FET's testen werde.

[opengeiger.de]

Nachdem nun deutlich geworden ist, dass das RikamIno-Breakout im Vergleich zum RadonEye auch quantitativ ganz brauchbare Ergebnisse liefert bis runter zu - sagen wir mal 100Bq/m^3, ist jetzt natürlich die Frage, was ist die passende Anwendung für diese Entwicklung, mal abgesehen von der Didaktik? In den Keller kann man auch ein gutes Radon-Messgerät stellen, wenn es sein muss, zum Beispiel einen DoseMan von Sarad für rund 2500Euro oder gar einen AlphaGuard von Bertin (ich kenne den Preis nicht). Über die Werte im Keller redet man allerdings nicht so gern, wenn die Werte über 300Bq/m^3 liegen, sonst sinkt der Wert der Immobilie und sehr gesundheitsbewusste Freunde kommen vielleicht nicht mehr so gerne, es sei denn, sie glauben an die Hormesis-Theorie.

Eine Anwendung dagegen bietet sich für das RikamIno-Breakout jedoch an, auch im Citizen Science Bereich. Das wäre die Messmethodik, die der Wismut-Kollege mit der "Anreicherungs-Box" zur Messung der Radon-Exhalationsrate in Böden beschrieben hat. Man kann nämlich den 10Liter Eimer auch einfach umdrehen, dabei über den RikamIno und den Datenlogger stülpen und den Rand etwas in die Erde eingraben. Dann hat man auch eine Anreicherungs-Box. Das kann man u. A. irgendwo in der Pampa machen, wo es interessante Böden hat. Oder wenn man vorhat ein Grundstücks-Schnäppchen in einem verdächtigen Gebiet zu kaufen.

Jetzt kommt aber schnell die Frage nach der Stromversorgung auf. Das lässt sich aber leicht mit einem portablen LiPo-Modellbau-Akku lösen (3S 11,1V). Das entscheidende dabei ist, dass man ja gar nicht kontinuierlich messen muss. Es reicht einmal am Anfang, solange der Eimer noch mit Frischluft gefüllt ist und dann immer mal wieder, nach N-mal der Halbwertszeit vom Radon, wenn man den Eimer zur Kontrolle besucht. Nach der Messung dockt man den Akku vom Stromversorgungskabel, das unterm Eimer rausgeführt ist, wieder ab und wartet weiter bis sich die Radon-Aktivitätskonzentration im Eimer allmählich sättigt. Die Sättigungskonzentration sieht man dann im Vergleich zur ersten Messung mit Frischluft. Und wenn's regnet, ist der Eimer ein guter Schutz für den RikamIno und den Arduino darunter, solange man Hochwasser-Risikogebiete meidet.

Ohne große Hoffnung auf ein nennenswertes Ergebnis habe ich das nun zum Testen im Garten einfach mal gemacht. Im Garten haben wir einen Lössboden, der sollte eigentlich sehr arm an Radionukliden sein, eigentlich. Aber wer weiß, vielleicht kommen ein paar Bq/m^3 zusammen, die man sieht. In Freital-Burgk, in Sorge-Settendorf oder in Müllenbach im Schwarzwald wird das natürlich ganz anders aussehen. Dort kommen die Böden locker an den Urangehalt des Superphosphats ran. Über das Bundesgebiet gesehen, könnte aber auch was dazwischen rauskommen, vielleicht auch ganz unerwartet, eine ,,Anomalie" also. Das könnte doch schnell eine Goldgräberstimmung erzeugen, oder nicht? Gut der Goldpreis ist höher als der von Uran, aber Spaß machen könnte es trotzdem .

Einen Anhaltspunkt für interessante Gegenden kann das IMIS Geoportal des BfS gebe: (https://www.imis.bfs.de/geoportal/ und dann etwas Geduld, bis die Karte sich aufbaut). Da ist zum Beispiel der Layer ,,Radon in der Bodenluft" interessant. Man muss in die vom BfS gewohnt kontrastarme Karte, wo es die Farbe rot nicht geben darf, reinzoomen, damit man die einzelnen Kacheln sieht. Aber wer die ,,guten Ecken" in seiner Heimat kennt, der merkt schnell, ne hohe räumliche Auflösung hat die Karte nicht und es darf bezweifelt werden ob hinter jeder Kachel ein Messwert steht, möglicherweise ist es nur ein Interpolationswert.

Es lohnt sich jedenfalls auch die Geologie etwas im Blick zu behalten. Man kennt ja so die verdächtigen Gesteine und Böden. In Baden Württemberg stellt auch das Landesamt für Geologie Rohstoffe und Bergbau einen Kartenviewer zur Verfügung (https://maps.lgrb-bw.de/). Da gibts dann bei den geogenen Grundgehalten sogar einen Uran-Layer in dem der Schwarzwald und der Hotzenwald aufleuchtet. Allerdings ist auch die Geologische Karte 1:50000 interessant (stark reinzoomen), da sind dann die geologischen Einheiten dargestellt. Man muss dazu allerdings wissen, dass kmSt (die Stuttgart-Formation) der Schilfsandstein im germanischen Keuper ist, der immer mal wieder mit Uran imprägiert ist. Deswegen gibt es auch um Stuttgart herum immer wieder mal in der BfS Radon-Bodenluft Karte eine Kachel-Farbe wie in Ronneburg.  Ob die anderen Bundesländer so einen Geologie Karten-Viewer anbieten, habe ich noch nicht erforscht, aber vielleicht weiß es jemand. Allerdings ist das ja so ne Sache mit der Digitalisierung in Deutschland...