RikamIno - Radon-Ionisationskammer Break-Out für den Arduino

[DL8BCN]

Radon messen will ich auch nur bedingt.
Ich habe ja ein RadonEye.
Es wäre schön, wenn ,,opengeiger.de" mir das noch mal bestätigt, was ich im Post #57 geschrieben habe zur Polarität der Messkammer etc.
Die Durchführung der Gate-Elektrode sollte doch durch Luft gehen und nicht irgendwie geklebt sein, oder?

[opengeiger.de]

War konstruktiv doch nicht ganz so einfach wie ich erst dachte.
Die beiden Dosen müssen ja voneinander isoliert aufgebaut werden.Ich habe sie mit 3 Nylonschrauben mit Abstand verschraubt.
Außen an der großen Dose liegen ja die +20V an und außen an der kleiner Dose hat man Masse.
Also gemeinsam die Masse von 5V und 20V.

Genau richtig! Aber was ist daran schwierig? Ich hatte ja geschrieben, dass ich zur Isolation eine Scheibe Sperrholz dazwischen gelegt habe, bevor ich die beiden Dosen mit Kunststoffschrauben verschraubt habe.

Ich habe auch geschrieben, dass ich beide Dosen noch mit einem 10nF verbunden habe, der für Wechselspannungseinstreuungen eine Verbindung mit  niederer Impedanz darstellt, so dass die Isolation nur für Gleichspannung wirkt. Das ist wichtig, damit man sich mit der Kammer keinen "Brumm" einfängt!!! @DL8BCN Also denk auch daran! Und klar muss auf Deine untere Dose ein Deckel, sonst fängst Du Dir über diese Öffnung was ein! Das Ding ist superempfindlich gegen jede Art an Einstreuung durch elektrische Felder, schließlich willst Du ja auch superempfindlich kleinste Ladungsmengen messen können! Die ganze Konstruktion muss daher rundum gegen elektrische Felder abgedichtet sein, bis hoch in den Mobilfunkbereich. Alle noch vorhandenen Öffnungen und Spalte sollten kleiner als 1mm sein.

Nun fehlt mir nur noch der FET.
Habe heute ein paar bestellt.

Du kannst aber auch mal einen Test mit dem JFET ohne "A" machen. Ich denke, die "A" Variante wird durch Selektion gewonnen, das ist kein anderer Herstellungs-Prozess. Von daher könnte es sein und Du kannst Deine Apparatur schon damit testen.

Arduino benötigt man im ersten Step ja wohl auch nicht unbedingt.
Man kann ja die Spannung mit einem Digitalvoltmeter oder zur Not mit einem Röhrenvoltmeter messen.

Wichtig dabei ist, dass der Eingangswiderstand des Voltmeter deutlich größer als der Sourcewiderstand (47kOhm) ist. Brauchbare Multimeter haben einen Eingangswiderstand von 10MOhm.

Wie hast Du denn den Kammerdraht befestigt? Wie hast Du die Isolation an der Stelle gemacht? Das ist auch ein kritischer Punkt, da kann man sich schnell Leckströme einfangen. Ich hatte den superdünnen Draht nur durch ein 0.1mm dickes Teflon-Isolationsband gesteckt. Der Draht hält bei mir mechanisch nur durch das Teflonband und die Lötstelle am Gate des FET. Wie sieht das bei Dir aus?

Eine Alternative an der Stelle wäre eine Triaxialbuchse mit Teflon-Isolation, wobei man den Guard-Anschluss auf Ground legen müsste. Ein 0815 Koaxialbuchse mit PVC Isolation könnte schon einen problematischen Leckstrom erzeugen. Was auch ginge, wäre eine RPC2.92 HF-Buchse mit Luft-Isolation oder vielleicht noch eine HF SMA-Buchse mit Teflon-Isolation, falls der Draht dicker ist und man ihn stabiler befestigen will.   

 

[opengeiger.de]

Wenn Du Radon messen willst, dann muß die Ionisationskammer so verschlossen sein, dass keine Radon-Folgeprodukte eindringen können (z.B. mit einem Glasfaserfilter).

Norbert

Das ist nun ein guter Punkt, den man mal diskutieren sollte!!!

Also was klar ist, die Strahlenschutz-Gesetzgebung orientiert sich am Radongas selbst, nicht an den Zerfallsprodukten. So verstehe ich das. Also ein Grenzwert von 300Bq/m^3 bezieht sich nur auf die Radon-Aktivitätskonzentration, da vermute ich mal ist Rn220 und Rn222 mit gemeint, aber kein anderes der nachfolgenden Radionuklide in den jeweiligen Zerfallsreihen. Und das genau ist eine Challenge für die quantitative Messung.

Wenn man also puristisch messen möchte und dabei quantitativ  genau sein will, dann muss man verhindern, dass man die Aktivität der anderen Zerfallsprodukte misst. Aber hilft da nun ein Glasfaserfilter am Kammer-Eingang? Man erreicht damit ja nur, dass keine Zerfallsprodukte von außen in die Kammer gelangen. Innen sieht man sehr wohl die Zerfallsprodukte des Rn und misst die auch mit.

Nun habe ich z.B. ein Sirad Radonmessgerät, das gerade die Zerfallsprodukte elektrostatisch auf dem Detektor abscheidet und daraus dann über das angenommene Gleichgewicht zwischen Rn und den kurzlebigen Zerfallsprodukten auf die Rn-Aktivitätskonzentration zurückrechnet. Aber wie macht das ein RadonEye? Der hat eine Ionisationskammer. Die PTB verwendet auch Vieldraht-Ionsistaionskammern. Da muss man doch auch zumindest die in der Kammer entstehende Aktivitätskonzentrationen der Zerfallsprodukte wegrechnen, damit man ausschließlich die Rn-Aktivitätskonzentration bekommt.

Die Rn-Aktivitätskonzentration alleine, ausschließlich messtechnisch zu bestimmen, ginge vermutlich nur Alpha-spektroskopisch, sofern man die Peaks im Alpha-Spektrum trennen kann. Also vermute ich mal, dass man die Rn-Aktivitätskonzentration eigentlich fast immer nur durch eine nachfolgende Rechnung gewinnen kann. Oder wie seht ihr das?       

[DL8BCN]

Ich habe den Mitteldraht erstmal durch ein Loch der FR4 Platine gesteckt und festgelötet.
Wie gut der Isolationswiderstand ist, weiß ich nicht.
Wie dünn ist denn der Draht, den du verwendet hast?
Man sieht, ich habe wieder nicht alles gelesen, was du geschrieben hast
Extrem dünn geht ja wegen der mechanischen Stabilität auch nicht.
Dein Teflon Röhrchen stört elektrisch nicht?
Und testen kann ich noch gar nicht.
Ich habe beide bestellten FET Typen noch nicht erhalten.

[opengeiger.de]

@DL8BCN : Also FR4 als Isolator geht vermutlich nicht recht. Das ist kein guter Isolator für den pA-Bereich. Glas, Teflon sowas sollte man da nehmen. Und wie schon beschrieben, Flußmittelreste vom Löten sind auch meist tödlich.

Es ist kein großer Aufwand, daher hab ich nochmal einen Demo-Bastelgang begonnen um zu zeigen, wie ich den Rikamino-Prototypen gebaut habe. Also zunächst mal habe ich die Sperrholz-Isolationsscheibe aus dünnem Sperrholz gesägt und in die Pulmolldose gelegt und die drei Löcher für die Kunststoffschrauben durch beides hindurchgebohrt. Dabei habe ich einen 3mm Holzbohrer benutzt, das geht besser als mit einem Metallbohrer wegen der Zentrierspitze, das Blech ist weich genug. Dabei ist es auch sinnvoll, dass man nach jedem Loch gleich die Schraube reinsteckt, bevor man das nächste Loch bohrt um die Scheibe positions-richtig auf der Dose justiert zu halten. Nun bohrt man auch das 10mm Loch auch mit einem Holzbohrer. Dann legt man die Isolationsscheibe aus Sperrholz zwischen Pulmolldose und Konservendose, justiert das zentrisch und bohrt nun alle Löcher mit der Pulmolldose als ,,Maske" auch durch die Konservendose. Man entgratet danach alles. Nun wickelt man vorsichtig ein Stück des Teflonbandes ab und schneidet es von der Länge her zurecht. Dabei sollte man die Mitte des Stücks nicht mit den Fingern anfassen um das Fett auf der Haut nicht auf das Band zu übertragen. Das Teflonband (PTFE-Band) ist 12mm breit und 0.1mm dünn und klebt auch rein durch elektrostatische Aufladung. Man bekommt es beim Flaschnerbedarf, es wird zum Dichten von Gewinden bei Rohrleitungen verwendet. Den folgenden Schritt sollte man mit der Pinzette machen und das Stück Teflonband dabei nicht mehr betatschen. Man klebt nun das Teflonband sachte so über das 10mm Loch, dass es das Loch überdeckt. Dann legt man die Sperrholz-Isolationsscheibe auf und schraubt sie mit der Pulmolldose fest. Damit wird das Teflonband auch gleich festgepresst. Durch dieses Teflonband sticht man mit  einer Stecknadel später in der Mitte des 10mm Lochs ein kleines Löchlein, durch das man den dünnen Kammerdraht führt. Dabei sollte man aber von innen ein Stück Holz dagegendrücken, damit das Teflonband glatt bleibt. Das Band hält den Draht natürlich nur, wenn der Kammerdraht entsprechend dünn ist. Ich habe ein Wire-Wrap-Draht mit 0.25mm Durchmesser benutzt (AWG30). Fotos im Anhang.

Je nachdem wie ich dazukomme, dokumentiere ich auch meine restlichen Schritte noch detaillirter, falsch gewünscht.  Aber ich bin hin- und hergerissen, ob das so gut ist. Auf der einen Seite will ich natürlich nicht, dass das jemand nachbastelt und es tut nachher nicht, weil ein dummer Fehler gemacht wurde.  Auf der anderen entstehen so keine besseren Lösungen und der Erkenntnisgewinn durch die ,,Crowd" wird kleiner. Also nur zu mit zu eigenen Ideen, die dann möglicherweise sogar besser rauskommen!

Edited: Habe gerade die Erfahrung gemacht, man sollte das Teflonband doch mit Tesa auf der Dose fixieren, diese dann gegen das Licht halten und so das Loch reinpieksen. Das geht besser.

[DL8BCN]

Super, danke für die detaillierte Beschreibung.

[Peter-1]

Was spricht gegen die Version von Theremino mit der Ionenkammer?

https://www.theremino.com/files/IonChamberV7/Radon_IonChamberV7_Electronics_ENG.pdf

Ich habe diese Kammer vor Jahren gebaut und sie funktioniert sehr gut. Ist etwas mehr Aufwand aber zeigt gut reproduzierbare Ergebnisse.
Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

[opengeiger.de]

Was spricht gegen die Version von Theremino mit der Ionenkammer?

Ich bin mir nicht ganz sicher, aber erwartet der Thermino Geiger nicht Zählpulse und integriert das dann irgendwie? Sind nicht die vertikalen Striche die Zählpulse?

Also man muss bei einer Ionisationskammer einen gepulsten Betrieb von einem kontinuierlichen Betrieb unterscheiden. Beim gepulsten Betrieb registriert die Kammer Zählpulse. Im kontinuierlichen Betrieb fließt ein kontinuierlicher Strom, der eine Kapazität lädt und ein Strom-/Spannungswandler wandelt die Ladung (manchmal auch den Strom) in ein Spannungssignal. Das ist zweierlei. Die Rikamino-Kammer arbeitet kontinuierlich.

Ich habe den Theremino Geiger bisher noch nie benutzt.

[opengeiger.de]

Ich hab mir das Theremino Ion Chamber V7 Dokument gerade mal auf die Schnelle durchgelesen. Also ich denke, das ist eine gepulste Kammer, die Zählpulse liefert.

[Peter-1]

Ja das ist eine Impulskammer.

[opengeiger.de]

Ich habe mir nun mal das Themino Ion Chamber V7 Electronics Dokument etwas näher angeschaut. Also diese Puls-Ionisationskammer arbeitet mit 475V Kammerspannung und braucht dafür eine Hochspannungsquelle. Als Front-end direkt an der Kammer verwendet das Design auch einen JFET (BF861A), aber dieser wird laut Beschreibung als Stromverstärker eingesetzt. Gespect ist beim BF861A ein Igss von -1nA. Der nachfolgende OP ist aber einer mit ultra-kleinem Eingangs Leckstrom im fA-Bereich, das ist der LMC6482 von TI. Aber dessen Eingangsleckstrom von 20fA (laut Spec) und Eingangswiderstand von 10TOhm, kommt eigentlich nicht recht zum Tragen, da ja der JFET davorsitzt. Die Logik hinter der OP-Wahl erschließt sich mir daher nicht so ganz. Verwendet wir der OP dann zu einer doch recht aufwändigen Impulsformung und Diskriminierung. Also da muss ich doch sagen, ist das Rikamino-Design um Größenordnungen einfacher und weniger schwierig zu verstehen. Von daher denke ich auch ist das Thermenino Ion Chamber nur was für hochkarätige Citizen Scientists und nichts Einfaches für die ,,Crowd".

Mittlerweile ist der zweite Prototyp des RikamIno-Break Outs fertig. Ich habe mir Mühe gegeben und den Prototypen ganz vergleichbar zum ersten aufzubauen. Nur habe ich jetzt von allen wichtigen Schritten der Herstellung ein Foto gemacht und hänge sie einfach mal an. Ich glaube mit dem bisher geschriebenen Text wird klar, worum es geht und was man darauf sieht. Damit muss es nun eigentlich möglich sein, meinen Prototypen identisch nachzubauen.

Interessant ist nun was nach dem Einschalten rauskam. Im Prinzip und glücklicherweise ganz das Gleiche, wie beim ersten Prototyp, nur dass nach dem Entladen, die Start-Spannung tiefer liegt und die Sättigung am Ende des Ladungsvorgangs ebenfalls niedrigere Spannungswerte aufweist. Das heißt, das Sägezahnförmige Signal hat einen niedrigeren Offset wie der erste Prototyp. Ich musste daher den Schwellwert von 2.45V wählen statt von 3V damit die Entladung auch automatisch abläuft. Es ist dabei auch ganz wichtig, dass man die Sättigungsspannung im Leerlauf, d.h. ohne Probe vermisst um sicher zu stellen, dass man den daraus abgeleiteten Schwellwert, der schon 100mV tiefer liegen sollte, auch unter allen Umständen erreicht, also auch wenn kein Ionisationsstrom beim Laden zusätzlich mithilft. Mit diesem Schwellwert von 2.45V komme ich dann auch auf dieselben Werte für die Periodendauer beim Trinitit und damit auf dieselbe Zyklenzahl pro Stunde wie beim ersten Prototyp, wo ich den Schwellwert mit 3V bestimmt habe.

Das heißt die wesentliche Erkenntnis ist, ja, es gibt eine Bauteilstreuung und die muss man auch individuell berücksichtigen. Wenn man also irgendwann Richtung quantitatives Messen geht, ist so etwas wie eine ,,Kalibration" nötig, damit die Kammer automatisch entlädt, sich der Sägezahn einstellt und dass man so Messergebnisse identisch gebauter Geräte untereinander auch wirklich vergleichen kann.

[DL8BCN]

Hallo, du hast den dünnen Draht also auch noch auf der gegenüberliegenden Seite mit Teflon fixiert?
Es sollte nicht gut sein, wenn der Draht in der Kammer pendelt.
Ich habe mein Design heute auch noch überarbeitet.
Als Isolator verwende ich nun eine 1,5mm dicke Teflonplatte, die mit Schrauben fixiert ist.
Mit einer Akupunkturnadel habe ich ein winziges Loch durchgestoßen.
Auf einen zusätzlichen Abstandshalter zwischen den Dosen habe ich verzichtet. Die 3 Nylonschrauben bieten genügend Stabilität.
Den Drahtdurchmesser habe ich auf 0,1mm verkleinert und
mit einem kleinen Tropfen Sekundenkleber im Teflon fixiert.
Dann die übrigen Bauteile schon mal bestückt und verdahtet.
Nun warte ich auf die Lieferung der FET's.
Die Drahthalterung auf der offenen Dosenseite habe ich mit Kapton-Tape realisiert. Ich denke es sollte ähnlich gut, wie Teflon geeignet sein.
Zumindest hat es laut Wikipedia die höchste Durchschlagspannung aller Kunststoffe von ca. 303 kV /mm.

[DL8BCN]

Die Theremino Lösung gefällt mir auch, ist aber wesentlich aufwändiger aufgebaut.
Ich habe Theremino Geiger und Theremino MCA am laufen.
Ist beides super!

[DL8BCN]

Für einen schnellen Test kann man wohl auch einen Darlingtontransistor verwenden:
Wie hier in dem Link, den Bernd weiter oben angegeben hatte:
https://techlib.com/science/ionchamber.htm
Muss ich mal meine Bestände an Transistoren durchschauen, ob da was passendes bei ist.

[DL8BCN]

Die 18 bis 20V mit einem Up-Wandler zu erzeugen, ist vermutlich keine gute Idee, oder?
Wegen der Taktfrequenz.
Welche Spannungsquelle wäre gut?
2 Stück 9V Batterieblöcke in Reihe?
Ebenso die 5V müssen vermutlich sehr glatt sein.
Evtl. ist es angebracht alles aus Batterien zu speisen?