Gamma-Detektor mit PIN-Fotodioden

von Manfred Hartmann               
Elektronik-Labor  Projekte   Strahlungsmessung



Ich hatte mir gestern den PIN-Photodioden-Verstärker mit den zwei Transistoren aufgebaut. Leider hatte ich nicht den großen Erfolg. Man kann zwar einige Impulse erkennen, aber sie heben sich nicht sonderlich vom Rauschteppich ab. Mir ließ das aber keine Ruhe, denn die radioaktive Probe, die ich habe, ist Thoriumoxid in der Asche eines alten Petromax-Glühstrumpfs und müsste eigentlich mehr von sich geben. An einem Geiger-Müller-Zählrohr 18504 von Valvo kann ich ca. 1200 Imp./min feststellen. Im Gegensatz zum Nulleffekt, der hier ca. 20 Imp./min beträgt. Auch ein russisches Mantelzählrohr bringt immerhin noch ca. 200 Imp./min. Thoriumoxid in der Asche eines alten Petromax-Glühstrumpfs


 Links vier kleine Mantelzählrohre aus russischer Fertigung, rechts ein Fensterzählrohr 18504 von Valvo.

Bei den russischen Zählrohren habe ich manchmal den Eindruck, dass sie nicht löschen, vielleicht sind 500V Betriebsspannung über 10 Megohm etwas viel und sie benötigen weniger. Leider habe ich keine Daten für diese Röhre. 

Hinweis von Matthias: Das unbekannte Zählrohr ist, wenn ich mich nicht irre, ein SBM10, das eine Plateauspannung von 370 - 480 und eine optimale Betriebsspannung von etwa 400 V hat. Echt hübsch diese kleinen Dinger :-) 



Ich habe mir nun kurzerhand den Vorverstärker aus dem Funkschauartikel aufgebaut. Hier die Schaltung:
 
 

 
Man muss ihn aber sehr gut abschirmen, da er wirklich extrem empfindlich ist. Ich habe ihn deshalb in ein Metallgehäuse gesetzt.
 
   
 
Auf dem  Bild ganz oben sieht man im Vordergrund die von mir zum Testen verwendete radioaktive Probe. Dahinter ein Bleibehälter in dem ich sie aufbewahre. Bei dem Blechgehäuse sieht man vorne rechts ein Stück Isolierband, das die Öffnung abdeckt, aus der die Photodiode herausschaut. Bei dem empfindlichen Vorverstärker ist das jedoch unzureichend. Das Licht einer 40 Watt Schreibtischleuchte reicht trotzdem aus um den Vorverstärker mit einem 100 Hz-Brummen in die Begrenzung zu treiben. Auch dringt durch diese Öffnung noch genug anderer 50Hz-Müll ein, so das ich bei meinen Versuchen die ganze Anordnung noch zusätzlich in eine leere Erdnuss-Dose gestellt habe, die übrigens demnächst in eine Ionisationskammer verwandelt wird.
 
Für meine Versuche habe ich neben der BPW34 noch andere PIN-Photodioden verwendet:
 

 
Den besten Erfolg hatte ich mit der Diode oben (Nr. 1) Leider steht keine Bezeichnung drauf ausser "302 IX", was immer das auch heissen mag. Die Dioden Nr.2 im IR-Filter-Gehäuse gab es mal vor Jahren bei Pollin mit der Bezeichnung "BPW34 ähnlich", ebenso die Nr.3, die in einem klaren Gehäuse ist. - Einige Versuche mit PIN-Schalterdioden BA243, BA244 verliefen ergebnislos. Mit einem Transistor 2N3055, wie Alan Yates habe ich allerdings noch nichts ausprobiert.
 

X - 0,1ms/div
Y - 0,1V/div
Triggerung - automatisch

Eins haben alle ausprobierten Halbleiter jedoch gemeinsam: Wenn ich mit einer Röntgenröhre aus 2 m Entfernung "draufhalte" gibt der Ausgang des Vorverstärkers ein ziemlich heftiges, mit 50 Hz moduliertes Prasseln von sich. Die Röhre wird mit 50 kV bei 7 mA Strahlstrom betrieben. (50-Hz-Prasseln deshalb weil die Anodenspannung der Röntgenröhre nicht gleichgerichtet wird.)
 

X - 5ms/div
Y - 5mV/div
Triggerung - 50Hz

Man kann also sagen, das die PIN-Photodioden sogar zum Nachweis von weicher Röntgenstrahlung zu gebrauchen sind. (Bei 50 kV kann man noch von "weich" sprechen. - Ich hatte beruflich mit zerstörungsfreier Werkstoffprüfung zu tun. Wir verwendeten dabei Röhren mit max. 300 kV, das ist dann schon etwas härtere Röntgenstrahlung.)

Beim Abfilmen der Oszillogramme habe ich übrigens bemerkt, dass meine Digitalkamera "Sony Cyber-shot" mächtig verrückt spielte sobald sie in den Strahlkegel der Röntgenröhre kam. Auf dem kameraeigenen Bildschirm war nur ein stark verrauschtes Bild zu sehen, wie einst bei einem Analog-TV, der an einer schlechten Antenne betrieben wurde. Auf den Videos ist davon jedoch (fast) nichts zu sehen.
 
Es wird aber wohl nicht nur der Bildsensor allein so empfindlich sein. Wenn auf dem Video soviel Rauschen bzw. Punkte gewesen wären wie auf dem Kamerabildschirm, wäre das Video unbrauchbar gewesen. So hielt sich das ja noch in Grenzen. Direkt in den 75°-Strahlkegel der Röhre möchte ich die Kamera jedoch nicht halten. Wer weiß, wie viel Pixel man damit in die ewigen Jagdgründe schickt. --- Vielleicht kann man mit Röntgen- bzw. Gamma-Strahlung auch EPROMs löschen!? Beim "Löschen" dann auslesen und in einer im Millisekundentakt neu geschriebenen Grafik anzeigen. Wäre eine besondere Form eines Dosimeters.
 

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