LowCost Radioaktivitätsdetektor

 

Idee des Projekts war die in Klasse 9 und 10 häufig im Physikunterricht durchgeführte Teilchenphysik, bei welcher die Schüler nur selten selber mit Geigerzählern arbeiten dürfen, und wenn, dann sind diese meistens ungenau, nicht portabel oder einfach zu teuer um Schüler mit diesen Geräten auch draußen arbeiten zu lassen, wobei die Strahlungsanalyse und Nuklidbestimmung in der Umwelt gerade heute von großem Interesse für die Wissenschaft ist. Um entsprechende Versuche in der Schule durchzuführen, müssen die Geräte vor allem klein, günstig und kompatibel sein. So können die Schüler Ihre eigenen Smartphones dazu nutzen, Messungen durchzuführen und in gewissen Grenzen gesammelte Proben zu untersuchen und zu analysieren.


Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Radioaktivitätsmessers, basierend auf PIN-Photodioden.
Durch die Verwendung von bis zu acht Dioden ist es somit möglich, einen besonders günstigen, kleinen und erstaunlich empfindlichen Detektor aufzubauen, mit welchem weiterführend sogar Gammaspektroskopie betrieben werden kann. Der hier entwickelte nur 15x15x130mm große, etwa 50€ teure Radioaktivitätsmesser weist mit 10-14 CPM (Impulse pro Minute) eine hohe Empfindlichkeit auf, welcher sowohl für α-; β- als auch γ- und evt. Röntgenstrahlung verwendet werden kann. Über ein normales Adapterkabel oder eine externe Soundkarte kann der Detektor an ein Smartphone oder Laptop angeschlossen werden, um die Strahlendosis zu bestimmen, Daten mit GPS Koordinaten in Verbindung zu bringen (Radiation-Mapping) oder sogar auf Grund der zur Energie des Teilchens direkt proportionalen Amplitude des Ausgangssignals Gammaspektren von ca. 50-500keV aufzuzeichnen (Gammaquanten >500keV und Betastrahlung kann nur qualitativ erfasst werden). Hierbei wird vollständig auf einen Szintillator verzichtet, sodass lediglich der in den Dioden auftretende Photoeffekt und die daraus resultierende, ohne Verstärker kaum messbare und extrem kurze (10-20ns) Ladungsverschiebung zur Messung genutzt wird. Dabei liegt der Großteil der Arbeit in der Entwicklung einer Verstärkerschaltung mit Auswertung, um den bereits seit 1968 bekannten Effekt effektiv auszunutzen, wozu hier ein sehr schneller Operationsverstärker  von Texas Instruments genutzt wird. Mit diesem ist es möglich einen bestmöglichen Rauschabstand und hohe Empfindlichkeit zu erzielen.

Langfassung
Weitere Informationen entnehmen Sie bitte der Langfassung.
Langfassung Messe.pdf
Adobe Acrobat Dokument 1.6 MB

An alle interessierten: Leider ist der Detektor noch nicht im Handel erhältlich.

Aktuelle Informationen erfahren Sie hier.

 

Hier ein Video für eine kurze Demonstration (beginnt bei 18:00):

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