Messung von Radioaktivität mit dem Raspberry Pi

Dein Projekt hat mehrere interessante Ansätze, die ich zunächst einmal positiv herausstellen will: die Verwendung der PiTS-Managementsoftware war mir neu, ebenso auch die Verwendung des NE555.

Aus physikalischer Sicht jedoch hat das Projekt aus meiner Sicht einige Schwächen, diese sind im Einzelnen:

1) In der Produktbeschreibung zu dem DIY Geiger-Müller Zählrohr (GZM) wird erwähnt, dass es eine Äquivalentdosisleistung zwischen 20 und 120 mR/h messen kann. Die Verwendung von R (Rem) als Einheit für die Äquivalentdosis ist seit 1985 abgeschafft, bereits seit 1975 lautet die Empfehlung der SI hier Sv (Sievert) zu nehmen. Ein Hersteller, der dies nicht weiß, ist m.E. nicht auf der Höhe der Zeit und nur bedingt ernst zu nehmen.

2) Die Äquivalentdosis beschreibt (grob zusammengefasst) das Ausmaß der Schädigung von menschlichem Gewebe aufgrund ionisierender Strahlung. Leider fehlen in der Produktbeschreibung jegliche Hinweise, in welcher Position relativ zum menschlichen Körper das Gerät aufgestellt werden muss. Oder anders ausgedrückt: eine Bestrahlung der Füße (Gerät liegt auf dem Fußboden) hat eine viel schwächere Schädigung des menschlichen Gewebes zur Folge als eine Bestrahlung des Kopfes (Gerät ist auf Augenhöhe installiert). Das Gerät wird aber auf dem Fußboden die gleiche Äquivalentdosisleistung ausweisen wie direkt unter der Decke und damit kann das Messergebnis nicht mehr korrekt sein.

3) In der Produktbeschreibung findet sich eine sehr merkwürdige Angabe betreff Betastrahlung: "... 100 ~ 1800 aus Variablen / Punkte / cm 2 des weichen Betastrahls." Da das Zählrohr offensichtlich aus Glas (oder einem ähnlichen Werkstoff) besteht, kommt sogenannte "weiche Betastrahlung" gerade eben nicht in das Innere des Zählrohrs, sie wird abgeschirmt. Nur harte Betastrahlung erreicht das Innere aber dafür scheint das Gerät nicht ausgelegt zu sein. Die Angabe mit Variablen und Punkten ist nicht nachvollziehbar. In der englischen Übersetzung ist das nicht besser.

4) In der Beispielgrafik für den Messverlauf wird in der 3. Zeile hinter "Äquivalentdosis" ein Wert für die "Äquivalentdosisleistung" angegeben. Das passt nicht zusammen und stellt einen groben Schnitzer in der Darstellung der Daten dar.

5) In Deinem Beitrag schreibst Du "Damit kann man auch als interessierter Maker-Laie und ambitionierter -Einsteiger einfach und effektiv die Radioaktivität zusammen mit einem Raspberry Pi messen" und "Die radioaktive Belastung im Büro wurde zuverlässig gemessen und aufgezeichnet." Das ist in mehrfacher Hinsicht leider falsch. Das Messen von Radioaktivität ist ein weites Feld, weil unter dem Begriff Radioaktivität sehr viel verschiedenes verstanden werden kann, was zwar mit einander zusammenhängt aber dennoch nicht das gleiche ist. Konkret kann darunter nur die Zählung von Strahlungsereignissen pro Zeit verstanden werden, was gleich der Zählung von Zerfallsereignissen pro Zeit ist, ausgedrückt in Becquerel. Siehe dazu auch die unterste Grafik, die die Radioaktivität als cpm (counts per minute) ausweist statt korrekt in Becquerel. Auch kann unter Radioaktivität die Messung einer Äquivalentdosis verstanden werden, was der Summe aller Schädigungen auf ein menschliches Gewebe entspricht, ausgedrückt in Sievert. Hinzu kommt, dass gerade im Büro die Belastung durch Radon sehr wichtig zu wissen wäre, das ist aber ein Alpha- und Betastrahler. Gerade Alphastrahlung erfasst das GMZ erst recht nicht, die Alphateilchen werden zu 100 % durch das Glas abgeschirmt. Tückisch an Radon ist, dass es sich um ein Edelgas handelt und eben mit der Atemluft aufgenommen wird. Das müsste Dein Aufbau auch irgendwie berücksichtigen.

Du hast zwar erfolgreich eine Langzeitmessung hinbekommen aber von Messen von Radioaktivität kann hier leider nicht die Rede sein. Ferner hast Du nur einen recht kleinen Bereich an Äquivalentdosisleistung gemessen; einen Strahler, der mit dem x-fachen an Äquivalentdosisleistung im Raum versteckt gewesen wäre, wäre entweder gar nicht bemerkt worden oder diese Werte wären einfach zu den vorhandenen dazugeschlagen worden. Ebenso wäre ein Strahler nicht korrekt erfasst worden, der mit mehr als etwa 0,5 Becquerel strahlt: das GMZ kann in der genannten Konfiguration laut Produktbeschreibung nur 25 Ereignisse je Minute zählen. Diesen Wert halte ich übrigens für erheblich zu niedrig, vielleicht waren 25 Ereignisse je Sekunde gemeint.

Fazit aus dem ganzen: Ich halte es für völlig falsch bis grob fahrlässig, mit solchen Aufbauten ohne das nötige Fachwissen zu hantieren und dann auch noch ganze Landstriche mit sogenannten Messstationen zu überziehen-so klasse ich die Idee einer gemeinsamen und geteilten Messung auch finde.

Mir kommt das Vermischen von physikalischen Fachbegriffen und das Ziehen völlig falscher Schlüsse irgendwie sehr bekannt vor: Das war schon 1986 nach dem Unfall in Tschernobyl so und auch bei Fokushima waren einige Berichte das CO2 nicht wert, um sie um den Erdball zu senden. Auch dieser Beitrag ist ein Beispiel dafür, dass es wohl nicht ganz einfach ist, sich mit der Materie zu beschäftigen.

Ich gebe Dir den Rat, erst einmal Grundlagenforschung zu betreiben, bevor Du Dich mit dem Thema weiter auseinandersetzt - auch im Interesse Deiner eigenen Gesundheit, denn darum scheint es ja primär zu gehen.

Da bin ich erst mal sprachlos ... wow ... peuler: Respekt ... Physiker?

cu,

-ds-

peuler: Und das von Dir als Physiker! Beitrag #2: Schwache Leistung, sorry. Wikipedia erläutert ganz gut das Prinzip eines Geigerzählers, welche Strahlungsarten er zählen kann, wie sensitiv er Ist, und die Grundlagen, also den Unterschied zwischen Bequerel und Sievert. Das Rem ist immernoch recht gebräuchlich, sehr viele Geräte stammen noch aus der Zeit damals und sind noch in Betrieb, genauso wie Vergleichstabellen etc.

Biologische Wirksamkeit bezieht sich ausschliesslich auf die Teilchensorte. Der Faktor ist zudem 1 bei Gammas. Grundlagen! Hat mit dem Abstand nix zu tun, sondern mit der Energiedeposition im Gewebe und der biologischen Wirksamkeit (Neutronen: Faktor 10, da die Schaeden an der DNA gravierender sind,etc....)

Das Geigerzaehlerprojekt wie oben beschrieben ist völlig in Ordnung, mit der Messung kann man gut was anfangen -- wenn man weiss wie und was.

Aktivität [Bq] bezieht sich auf die Quelle der Strahlung, also Zerfälle pro Sekunde, und nicht auf den Detektor. Um aus den Detektorpulsen die Dosisleistung auszurechnen, benötigt man u.a. das Volumen des Zählrohrs. Um dann auf die Aktivität der Quelle zu schliessen (was nicht einfach ist) muss man daraus dann über Abstand von und Größe der Quelle ausrechnen. Das macht der Geigerzähler aber nicht, sondern bestimmt die bestrahlungsdosis(leistung). Die kann man in pulsen/zeit ausdrücken oder eben auch in Rem, Gray oder Sievert pro Zeit. Man ey. Kann man doch überall nachlesen...

Über das (unbekannte) Energiespektrum der detektierten Strahlung muss man Annahmen machen. Es geht nicht anders. Die Empfindlichkeit des Detektors bei Strahlung unterschiedlicher Energie kann gemessen werden, damit würde man dann das Zählrohr Kalibrieren.

Zu Beitrag #4:

Leider liegst Du mit einigen Punkten daneben.

Beispiel #1: "Das Rem ist immernoch recht gebräuchlich, sehr viele Geräte stammen noch aus der Zeit damals und sind noch in Betrieb..."

Ein Gerät, das aus einer Zeit stammt, zu der Rem noch eine gültige Messeinheit war, ist so alt, dass man diesem - im Vergleich zu aktuellen Gerät - kein Vertrauen schenken sollte. Diese Geräte haben Kennlinien und diese verändern sich im Laufe von Jahrzehnten und geben damit falsche Messwerte vor. Ein solch altes Messgerät gehört durch ein aktuelles ausgetauscht, auch aus Gründen der Zuverlässigkeit im Allgemeinen. Rem ist keine gültige Messeinheit mehr, dies zu akzeptieren gehört nicht zum guten Stil sondern ist schlicht eine internationale Vereinbarung.

Beispiel #2: "Biologische Wirksamkeit bezieht sich ausschliesslich auf die Teilchensorte."

Schlicht falsch: es geht sowohl die Art der Strahlung ein als auch die Energie der Teilchen. Richtig ist, dass es Faktoren gibt, mit denen die Art der Strahlung in das Maß der Schädigung eingerechnet wird. Richtig ist aber auch, dass der Ort der Bestrahlung (mein Beispiel waren die Füße und der Kopf) auch in die Äquivalentdosis eingeht.

Beispiel #3:

"Das Geigerzaehlerprojekt wie oben beschrieben ist völlig in Ordnung, mit der Messung kann man gut was anfangen -- wenn man weiss wie und was."

Aus meiner Sicht zählst Du nicht zu denen, die das wissen. Du scheinst der Aussage des Herstellers blind zu vertrauen, dass das Gerät kalibriert sei. Es gibt weder einen Hinweis, wie die Kalibrierung durchgeführt wurde noch wurde ein Zertifikat oder ähnliches angegeben, was die Glaubwürdigkeit der Kalibrierung belegt. Das gehört aber zum Mindeststandard um den Messaufbau halbwegs ernst nehmen zu können. Da das Gerät wohl aus China stammt, könnten böse Minen sich ihren Teil denken.

Beispiel #4:

"...bestrahlungsdosis(leistung). Die kann man in pulsen/zeit ausdrücken oder eben auch in Rem, Gray oder Sievert pro Zeit. Man ey. Kann man doch überall nachlesen..."

Du wirfst hier Begriffe wie Dosis, Dosisleistung zusammen mit Becquerel, Gray und Sievert in einem Topf, die aber getrennt gehören, auch wenn es Überleitungen zwischen den einzelnen Begriffen gibt. Der vom Threadopener beschriebene GMZ gibt als Messergebnis Sievert oder Sievert pro Zeit an; je nachdem, welchem Teil der Beschreibung man glauben schenken will oder welchen Teil der Grafiken man anschaut. Das ist nicht eindeutig und damit ist Anwendbarkeit des gesamten Aufbaus anzuzweifeln.

Beispiel #5:

"Über das (unbekannte) Energiespektrum der detektierten Strahlung muss man Annahmen machen." Leider findet sich zu den Annahmen kein einziger Hinweis in der Produktbeschreibung des GMZ. Stattdessen wird als Messbereich eine Äquivaltendosis angegeben. Ein weiterer Hinweis dafür, die Finger von dem Gerät zu lassen.

Seufz!

Ich denke, das soll ein Spiel- und Bastelprojekt sein und kein Profigerät ersetzen.

Quote from fred0815

Ich denke, das soll ein Spiel- und Bastelprojekt sein und kein Profigerät ersetzen.

Ja, das auf jeden Fall. Schon allein für den geringen Preis. Ein Erkennen der Machbarkeit, dass ein unbekannter Teil von „irgendetwas“ erfasst werden kann. Imho war’s das dann aber auch. Dass sich daraus keine wirklich aussagekräftigen Schlüsse ableiten lassen, glaube ich den überaus sachlichen und fundierten Äußerungen peuler s gern. Und genau das passiert leider viel zu häufig. Noch dazu „untermauert“ mit Phrasen wie „wie alle wissen“ und „steht bei Wikipedia“ und tausend anderen Totschlagargumenten. Dass es zur Auswertung deutlich mehr als nur oberflächlich angelesenes Wissens bedarf, wird leider (heutzutage?) in der „Ich kann alles“ Zeit vergessen. Danke dafür, das war spannend zu lesen.

Grüße, STF

Quote from TGD

Daher finde ich es gut, wenn man einen Sensor hat, der einen beim Erkennen solcher Strahlung hilft. Auch wenn nur eine Teilmenge der tatsächlichen Strahlung vom Zählrohr registriert wird, ist das allemal besser als gar nichts.

Warum? Ohne die erfassten Werte qualitativ einordnen zu können, haben sie doch keinerlei Aussagekraft, ausser "hier wird irgendwas detektiert".

Trotzdem, ein nettes Bastelprojekt.

HI,

über Wahrheitsgehalt und sachliche Qualität der Beiträge vermag ich nicht zu urteilen, weil ich diesbezüglich absolut keine Ahnung habe.

Aber ... beim Verfassen der Beiträgen haben sich alle redlich Mühe gegeben.

Quote from llutz

Trotzdem, ein nettes Bastelprojekt.

Genau ...

Ich finde es schon spannend, "dass erst mal was passiert" ... wen es interessiert, der wird sich selber tiefer in die Materie einarbeiten.

cu,

-ds-

Hi, TGD;

also Ich finde das Projekt ebenfalls sehr interessant.

Deine Grafik über einen Monat zeigt zumindest, dass dein Aufbau sehr konstant registriert, da wir ja davon ausgehen können, dass deine tatsächliche Umgebungsstrahlung über den Monat wohl kaum geschwankt hat.

Wenn Hulk dich also mal besuchen kommt oder Fessenheim uns um die Ohren fliegt, müsste man es als deutlichen Anstieg mit diesem Gerät registrieren können.

Und ganz klar: Es werden Counts angezeigt, also registrierte Ereignisse; nicht Gray, Sievert oder Rem.

Hättest Du jetzt ein Dosimeter mit aktueller Messtechnischer Kontrolle zur Hand, könntest Du mit diesem Gerät einen realistischen Dosisleistungswert durchaus abschätzen.

Strahlende Grüße;

rasray

Der Zaehlfehler liegt mit SQRT(16000)=130 etwasunter den Schwankungen. Also ist ein Teil der Schwankungen offenbar auch echt. Je nachdem, was der Wind so vorbeiträgt.

Hi, TGD;

Bis da eine Alterung bemerkbar ist, dürfte es wohl ziemlich lange dauern.

Kritisch wäre:

1: Ist diese Kammer unter Hochdruck mit einem Zählgas gefüllt, das entweichen könnte? -Nehme Ich nicht an.

2: Abnutzung des Zähldrahts:

Also: Teilchen hat das Zählrohr kaum detektiert, sondern eher Photonen. Diese ionisieren das Gas in der Kammer, es entstehen also freie Elektronen. Diese werden über die Hochspannung zum Zähldraht im Zentrum der Kammer beschleunigt. Dabei werden sie so schnell, dass sie selbst Ionisationen im Gas auslösen, so wird aus dem einen freigesetzten Elektron eine ganze Lawine. Zusätzlich entstehen Photonen, die ebenfalls zu weiteren Ionisationen führen.

Kurz gesagt: Es kommt durch eine Ionisation (-wäre nicht messbar) zu einem sehr deutlichen Spannungssignal = extrem viele Elektronen prasseln auf den Zähldraht.

Da die Dosisleistung / Impulsrate aber nicht sehr hoch ist (13.872 / 24 / 60 = 9,6 cts/Minute), dürfte es also kaum zu Abnutzungserscheinungen des Systems kommen.

(Außer: Bei extremer Erhöhung der angelegten Spannung könnte man das Zählrohr sogar killen).

Auf dass die counts niemals ansteigen mögen!

rasray