Strahlungsmessung mit Ionisationskammer

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Radioaktivität kann man mit einem Geigerzähler messen. Noch einfacher ist aber der Bau einer Ionisationskammer. Sie besteht aus einer Metalldose mit einem isolierten Draht in der Mitte. Hier wurde der Sockel einer alten Energiesparlampe verwendet. Der notwenige Mitteldraht ist freundlicherweise schon vorhanden. Zwischen beide Elektroden legt man eine Spannung. Eintreffende Alpha, Beta- oder Gammastrahlen ionisieren dann die Luft in der Kammer. Die Ionen werden von den geladenen Elektroden abgesaugt. Dabei fließt ein sehr kleiner Strom, den man messen kann.

Das Messverfahren mit einem ATtiny13 wurde auch schon für empfindliche Lichtmessungen verwendet. Der Unterschied ist nur, dass diesmal die Messkammer selbst der Messkondensator ist. Das Programm Lichtsensor1.bas entlädt den Port B3 zunächst und schaltet ihn dann hochohmig. In einer Schleife wird dann gemessen, wie lange es dauert, bis der Portzustand high wird. Die Spannung der Messkammer hat sich dann um etwa 2,5 V geändert.

$regfile = "attiny13.dat"
$crystal = 1200000
http://www.b-kainka.de/bastel76.htm
Dim D As Long


Config Adc = Single , Prescaler = Auto
Start Adc
Open "comb.1:9600,8,n,1,INVERTED" For Output As #1

Do
  D = 0
  Ddrb.3 = 1
  Portb.3 = 0
  Waitms 10
  Ddrb.3 = 0
  Do
    D = D + 1
    Waitms 1
  Loop Until Pinb.3 = 1
  Print #1 , D
  Waitms 500
Loop
End

Download: Lichtsensor1.zip

Das Programm meldet die Ladezeit der Ionisationskammer, die mit der Strahlung geringer wird. Ohne Strahlenquelle wurden Messwerte um 5600 ms gemessen. Der Messkondensator wird vermutlich hauptsächlich durch endliche Isolationswiderstände geladen.

Zum Vergleich wurde der Minutenzeiger einer alten Taschenuhr mit Radium-Leuchtfarbe in die Zelle gelegt. Die mittlere Messzeit lag nun nur noch bei ca.3700 ms. Das radioaktive Material der Leuchtfarbe hat also in messbarem Umfang die Luft ionisiert.

Versuch einer Abschätzung der Ionen-Ladung: Die Kapazität der Messkammer plus Platine plus Eingangsport schätze ich auf 10 pf. Eine Spannungsänderung von 2,5 V erfordert eine Ladung von 25*10^-12 C bzw. 25 pA in einer Sekunde, oder 4,5 pA in 5,6 s, oder 6,8 pA in 3,7 s. Daraus folgt, dass die Strahlung einen Ionisationsstrom von ca. 2,3 pA verursacht hat. Der Vergleich mit der Elektronenladung 1,6* 10^-19 C zeigt, dass ca. 14 Millionen Ionen pro Sekunde gemessen werden, wenn man davon ausgeht, dass jedes Ion eine Elektronenladung trägt (Es können auch mal zwei sein). Das hört sich viel an, aber die verwendete Strahlenquelle sendet Alpha-Strahlen aus. Diese haben eine große Wechselwirkung und verlieren ihre ganze Energie innerhalb der Ionisationskammer. Daher werden pro Alpha-Teilchen sehr viele Ionenpaare gebildet.

Übrigens, zum Test der Messkammer eignet sich eine offene Flamme in der Nähe. Dabei werden sehr viel mehr Ionen gebildet, und die Messzeit sinkt bis auf wenige Millisekunden.

Siehe auch: Ionisationskammer von Rapp Instruments

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