Experimente mit radioaktiver/kosmischer Strahlung

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stoppi
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#31 Beitrag von stoppi »

Weil ich ja so wenige Ionisationskammern besitze bin ich gerade dabei jene von T. Rapp (http://www.rapp-instruments.de/Radioakt ... kammer.htm) nachzubauen.

Die Kammer und die Elektronik ist soweit fertig. Jetzt benötige ich nur noch das +/-100µA Amperemeter und den 4x3 Drehschalter. Werde dann damit versuchen, wieder die Zerfallskurve von Radon-220 aufzunehmen. Die habe ich zwar schon mit einer weitaus simpleren Ionisationskammer aufgenommen, aber doppelt hält besser...

Die Ionisationskammer ist 3-teilig. Außen das geerdete Gehäuse, innen dann die Messelektrode und die auf -30V liegende Kammer mit aufgelöteten Sieb. Laut Rapp sollten sich damit Ionisationsströme im Bereich von 50 fA noch messen lassen, mal schauen.
Der große braune Widerstand im Strom-Spannungswandler besitzt stolze 10 GOhm.
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Ionisationskammer_Rapp_01.jpg
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Ionisationskammer_Rapp_10.jpg
Ionisationskammer_Rapp_14.jpg
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#32 Beitrag von stoppi »

Habe die Ionisationskammer einmal mit meinem picoamperemeter getestet (Gehäuse auf -15V). Bei Verwendung von Americium (starker alpha-Strahler) ergeben sich rund 1pA (ohne Quelle), 18pA (1xQuelle) bzw. 37pA (2xQuellen). Scheint zu funktionieren...
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Pikoamperemeter_01.jpg
Ionisationskammer_Rapp_27.JPG
Ionisationskammer_Rapp_28.JPG
Ionisationskammer_Rapp_29.JPG

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#33 Beitrag von stoppi »

Die Ionisationskammer funktioniert soweit. Folgende Verstärkungen sind wählbar: 1x, 10x und 100x. Beim starken alpha-Strahler Americium-241 wird bereits in der niedrigsten Verstärkung (1x) nahezu der Maximalwert von rund 4.3V angezeigt. Beim beta-Strahler Strontium-90 beträgt die Ausgangsspannung bei maximaler Verstärkung (100x) rund 1.3V. Was noch ausständig ist, sind Messungen mit Thorium-Glühstrümpfen zur Bestimmung der Halbwertszeit von Radon-220. Hierfür leite ich mit einer kleinen Pumpe die radioaktive Luft in die Ionisationskammer.
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Ionisationskammer_Rapp_39.jpg
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Ionisationskammer_Rapp_35.jpg

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#34 Beitrag von stoppi »

Pumpsystem ist nun auch einsatzbereit. Glühstrümpfe sind allerdings in der Schule, mal schauen ob ich sie diese Woche (Semesterferien) noch hole. Und etwas Schleichwerbung für eine Kaffeemarke sei mir auch gestattet ;)
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Ionisationskammer_Rapp_46.jpg
Ionisationskammer_Rapp_42.jpg

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#35 Beitrag von stoppi »

Bis auf das +-100µA-Amperemeter und die Drehknöpfe ist die Kammer soweit fertig und funktioniert. Der Test mit den Thorium-Glühstrümpfen ist aber noch ausständig. Hier einmal die Bilder...
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Ionisationskammer_Rapp_48.jpg
Ionisationskammer_Rapp_54.jpg
Ionisationskammer_Rapp_56.jpg
Ionisationskammer_Rapp_58.jpg
Ionisationskammer_Rapp_61.jpg

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#36 Beitrag von stoppi »

Habe gestern mit der Ionisationskammer nach Rapp die Zerfallskurve von Radon-220 bestimmt. Im Gegensatz zu seiner recht glatten Kurve schwanken bei mir die Werte deutlich stärker. Nur beim alpha-Strahler Americium bekomme ich auch sehr stabile Werte hin.

Lege ich aber Thorium-Glühstrümpfe für die Radonproduktion in die Kammer oder pumpe ich die radonhaltige Luft durch die Kammer, so variiert die Ausgangsspannung sehr stark. Man kann zwar erkennen, wann die Pumpe eingeschaltet bzw. wieder abgeschaltet wurde, aber so richtig zufrieden war ich mit den Ergebnissen nicht. Daher habe ich die Messwerte in der Weise bearbeitet, dass ich immer den Mittelwert der Ausgangsspannungen innerhalb von jeweils 5 Sekunden (= 25 Messwerte) bestimmt habe. Diese Maßnahme führte zu einer einigermaßen brauchbaren Zerfallskurve, wobei die damit bestimmte Halbwertszeit rund 50 Sekunden betrug (Sollwert = 55.6 Sekunden).

Noch gebe ich mich mit dem Ergebnis aber nicht zufrieden. Zuerst werde ich noch mehr Glühstrümpfe (habe 12 Stück aus den USA bestellt) verwenden und es danach mit einer stärkeren Pumpe und dickeren Zu- und Ableitungen probieren. Die derzeit eingesetzte Pumpe ist nur sehr schwach und die Leitungen besitzen eine Lichte von nur 3 mm. Dies mag auch zu den starken Schwankungen beitragen. Ich werde es auf alle Fälle überprüfen.

Als Datenlogger kam der 4-channel signal recorder PCS10 von Velleman zum Einsatz.
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Ionisationskammer_Rapp_66.jpg
Ionisationskammer_Rapp_68.jpg
Originalmesswerte ohne Mittelung
Originalmesswerte ohne Mittelung
über 5 Sekunden jeweils gemittelte Messungen
über 5 Sekunden jeweils gemittelte Messungen

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#37 Beitrag von stoppi »

Gestern sind die Glühstrümpfe aus Ohio angekommen. Habe zusätzlich 4 Stück in das Glasgefäß gegeben. Nun liegt die Ausgangsspannung bereits bei mittlerer Verstärkung (10x) im Bereich von 1-2 Volt. Die Messwerte schwanken auch nicht mehr so stark wie zu Beginn. Die Excel-Kurve ist original ohne Mittelwertsbildung. Die Halbwertszeit liegt bei rund 55 Sekunden, was sehr gut mit der Theorie übereinstimmt.

Zu den Glühstrümpfen noch etwas: Sie bringen meinen Geigerzähler ganz schön ins Schwitzen. Rund 12000 (!) counts per minute, wenn ich alle neben der Geigerröhre platziere. Einzeln sind es dann noch immer rund 4000 cpm.
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Ionisationskammer_Rapp_75.jpg
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#38 Beitrag von stoppi »

Link zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=4SP6e0zWxOM



Nachtrag: Amperemeter ist nun auch eingebaut...
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Ionisationskammer_Rapp_92.jpg
Ionisationskammer_Rapp_90.jpg
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#39 Beitrag von stoppi »

Auch hier möchte ich mich an ein "neues" Experiment heranwagen und zwar an den Streuversuch von Rutherford zum Beweis des Atomaufbaus bestehend aus einem sehr kleinen positiv geladenen Kern (https://de.wikipedia.org/wiki/Rutherford-Streuung).

Anregung war dieser Artikel: http://physicsopenlab.org/2017/04/11/th ... xperiment/

Dankenswerterweise habe ich eines meiner beiden Gehäuse von der Firma Bopla (https://www.bopla.de/de/home.html) gesponsert bekommen. Was ich noch benötige, sind Manometer für den Messbereich 0-1 bar und 1/4"- und 1/8"-Muttern, damit ich die Saugtülle und eben das Manometer luft- und lichtdicht mit dem Gehäuse verschrauben kann. Als Dichtung werde ich mir passende Ringe aus einer ebenfalls bestellten 1mm Gummimatte schneiden.

Die Americium-Strahlenquelle (alpha-Strahler) habe ich bereits zuhause (https://www.ebay.com/itm/Metal-Geiger-C ... .TRS0.TSS0). 24K-Goldfolie ist auf dem Weg zu mir. Als Detektor werde ich meine bereits getestete BPX61-Diodenschaltung verwenden. Entfernt man das Glas der BPX61, so ist diese auch für alpha-Strahlung empfindlich (siehe Video https://www.youtube.com/watch?v=4E8OATr8mZA&t=90s von 1:05 bis 1:25)

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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#40 Beitrag von stoppi »

Ein bisschen hat sich auch hier getan. Photodiode, Goldfolie, Manometer und diverse Adapter (1/4 Zoll auf 1/8 Zoll) sind mittlerweile eingetroffen. Für den Kollimator und den Photodiodenhalter werde ich auf Matador-Steine zurückgreifen. Wenn ich die Bohrmaschine wieder habe, geht's hier weiter.
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#41 Beitrag von stoppi »

Der Aufbau für das Rutherford-Streuexperiment ist soweit fertig. Jetzt hoffe ich nur, dass das Gehäuse und die Anschlüsse für Manometer und Vakuumpumpe luftdicht sind...
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#42 Beitrag von stoppi »

Gehäuse noch etwas verschandelt. Wenn ich erste Messergebnisse habe, geht es hier weiter...
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Paul
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#43 Beitrag von Paul »

Hey stoppi,

ich finde es super geil, dass du diesen klassischen Versuch mit "Hausmitteln" reproduzierst! :)
Halte uns auf dem Laufenden!

Viele Grüße
Paul!
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Count-Doku
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#44 Beitrag von Count-Doku »

Hi,

so wollte hier auch mal meinen Geigerzähler vorstellen, Selbstbau mit Arduino, Geiger Müller Zählrohr RFT-VA-Z-114 und StepUp Wandler mitm TL494.

Die für das Zählrohr nötigen 400V erzeuge ich mit dem Stepup Wandler, (denke mal bekannte Schaltung).
Wenn dann ein ionisierendes Teilchen ins Zählrohr kommt, gibt es einen kurzen Spannungspuls an einem Widerstand.
Den koppele ich über einen Kondensator aus, und vergleiche ihn mit einer Referenz. Dazu wird ein LF356 als Komparator verwendet.

Der Ausgang des LF356 geht dann an einen Lautsprecher (PC Beeper) und einen Arduino. Dieser zählt die Impulse.

Der aktuelle Zählwert wird über ein 3 stelliges 7 Segment Element im Deckel angezeigt. Durch einen Schalter an der Rückseite
lässt sich zudem zwischen Minütlicher und kontinuierlicher Zählung umschalten.

Betrieben wird das über eine 9 Volt Batterie, werde aber vermutlich auch noch eine Hohlstecker Buchse einbauen.

Bild

lg,
count-doku
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Re: Verschiedene Detektoren für radioaktive/kosmische Strahl

#45 Beitrag von stoppi »

Eine Diffusionsnebelkammer habe ich ja bereits gebastelt (viewtopic.php?f=6&t=20597). Nun versuche ich mich an einer einfachen Nebelkammer nach Wilson. Durch die schnelle Expansion des Luftvolumens kühlt diese ab, der Alkoholdampf übersättigt und kondensiert an der durch die radioaktive Strahlung erzeugten Ionenspur. Zur Erzeugung der Hochspannung verwende ich wie so oft einen CCFL-Inverter + Kaskade. Zur besseren Sichtbarmachung der Nebelspuren kommt eine weiße 1W-LED zum Einsatz.
Abgedichtet wird das Glasgefäß noch zusätzlich mit einem Ring aus Moosgummi. Die verwendete Spritze besitzt ein Saugvolumen von 60 ml.
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