SMB-20 Geiger Counter V1.0

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1 SMB-20 Geiger Counter V1.0

2 Inhalt 1 Radioaktive Strahlung Das Messprinzip Einsatzgebiete des SMB-20 Geiger Counter Aufbau Funktionsbeschreibung Display USB USB-Ausgabeformat USB-COM-Treiber Tipps zur Verbesserung der Messergebnisse Jumper Fehler Meldungen Technische Daten N-GALAXY Bornheide Hamburg Germany T (0) F (0) WWW: RRM@4N-GALAXY.de Seite 2 / 14

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4 1 Radioaktive Strahlung Als Mensch sind wir auf der Erde immer einer natürlichen radioaktiven Strahlung ausgesetzt. Diese Strahlung, deren Ursprung z.b. in der kosmischen Strahlung liegt, ist so gering, dass sie keine erhöhte Gefahr für unsere Gesundheit darstellt. Eine erhöhte radioaktive Strahlung, wie sie z.b. bei einem Austritt aus einem Atomreaktor auftreten und sich über Luft, Wasser und Lebensmittel verbreiten kann, ist hingegen in vielerlei Hinsicht gesundheitsschädlich. Die besondere Gefahr der radioaktiven Strahlung liegt darin, dass diese vom Menschen nicht wahrgenommen wird, da sie geruchs- und geschmacklos, nicht hörbar und auch unsichtbar ist und auch nicht ertastet werden kann. Radioaktive Strahlung wird nach Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung unterschieden und entsteht beim Zerfall von nicht stabilen Atomkernen. Hierbei werden Teilchen oder Energie emittiert ( Die Strahlungsbelastung pro Jahr wird in der vom SMB- 20 verwendeten Einheit Sievert (SV) gemessen. Die in den menschlichen Körper gelange Zerfallsrate eines radioaktiven Strahlers hingegen wird in Becquerel gemessen. Die Beziehung dieser Einheiten zueinander beschreibt der Dosiskonversionsfaktor ( Wobei die Alpha-Strahlung nur eine geringe Reichweite aufweist und schon durch einfaches Papier abzuschirmen ist und die Beta-Strahlen nur einige Meter weit reicht (Hard-Beta-Strahlung noch weiter) und noch durch z.b. Holz und Beton abgeschirmt werden kann, hat die Gamma-Strahlung eine sehr hohe Durchdringlichkeit und Reichweite. Zur Abschirmung der Gamma-Strahlung wird in Reaktoren Bleiummantelungen in Meterstärke verwendet. Aufgrund ihrer Eigenschaften ist die Gammastrahlung die gefährlichste der drei Varianten. Eine weitere Unterteilung der Strahlung erfolgt nach ihrem Ursprung: Umweltstrahlung kosmische Strahlung und natürliche Strahlung Industriestrahlung Reaktoren/Atom-Industrie, Teilchen Beschleuniger Medizinstrahlung Röntgen-Apparate, medizinische Präparate Die Strahlungsstärke wird in der Einheit Sievert (Sv) gemessen. In Deutschland beträgt die "natürliche" Strahlung ca. 60 bis 120 nsv/h. Aktuelle Werte werden stetig über ein Radioaktivitätsmessnetz des Bundesamtes für Strahlenschutz ermittelt und stehen im Internet zur Verfügung: Seite 4 / 14

5 2 Das Messprinzip Mit dem SMB-20 Geiger Counter sind Sie in der Lage radioaktive Hard-Beta- und Gamma-Strahlung zu messen bzw. nachzuweisen. Das Messprinzip des SMB-20 Geiger Counter basiert dabei auf dem von Herrn Hans Geiger entdeckten und von Walther Müller verbesserten Verfahren unter Verwendung eines Zählrohrs ( Hierbei wird ein mit nicht-ionisiertem Gas gefülltes Zählrohr (Geiger-Müller-Rohr) mit einer Anode und Kathode verwendet. Erst durch die eintreffende Strahlung wird das Gas ionisiert und damit leitend. Die Signale werden verstärkt zur Anzeige gebracht oder in Form von Impulsen als Signalton (Klick- Ton) ausgegeben bzw. zur Messung/Zählung weiter verarbeitet. 3 Einsatzgebiete des SMB-20 Geiger Counter Der SMB-20 Geiger Counter kann vielfältig überall dort eingesetzt werden, wo der Nachweis von Strahlung benötigt wird. Beispiele: Privat o o o Prüfen Sie Ihre Wohnumgebung, Lebensmittel und andere Artikel vor und nach einem Kauf auf Strahlenbelastung. Ihre Wohnung liegt neben einer Arzt-Praxis und sie befürchten einer Strahlung ausgesetzt zu sein? Prüfen Sie dies. Sie sammeln gerne Wald-Pilze und möchten eine Belastung ausschließen? Gehen Sie auf Nummer sicher. Gewerblich o Wareneingangskontrolle o Sicherung und Nachweis des Kundenschutzes Schule und Bildung o Laboreinsatz o Experimenteller Nachweis von Strahlung Vertrauen ist gut aber Kontrolle noch besser. Seite 5 / 14

6 4 Aufbau Seite 6 / 14

7 Geiger-Müller Rohr Als Sensor arbeitet ein Geiger-Müller-Zählrohr SBM-20 russischer Herkunft, der die Detektion von Hard-Beta- und Gamma-Strahlung ermöglicht. Hochspannungsteil Erzeugt die für das Messprinzip (s.o.) am Zählrohr erforderliche Hochspannung von 410 V Der Wandler arbeitet mit einer Frequenz von ca Hz je nach Stärke der Strahlung. Spannungsversorgung Die Spannungsversorgung erfolgt mit Hilfe eines LSD NiMH 8,4V 200mA Akku (LSD keine selbst Entladung bei Lagerung). Pegel Anpassung Passt die Entladespannung und Zeit an den Mikrokontroller an. Mikrocontroller Erfassung/Messung der Entladung über die Zeit mittels Impulszählung. Bei ausreichender Impulszahl wird der Strahlungswert berechnet, zur Anzeige gebracht und mittels USB ausgeben. Anzeige LCD 3 Zeilen je 16 Zeichen mit Hintergrundbeleuchtung und einer Flash LED Klick-Ton-Lautsprecher Ein Klick-Ton gibt Aufschluss über die Stärke der gemessenen Strahlung USB Schnittstelle Zur Übertragung und Erfassung der aktuellen Messergebnisse steht eine USB Schnittstelle zur Verfügung. Dieser Schnittstelle wird mittels virtuellen COM-Port verwendet. Erforderliche Treiber sind für alle Betriebssysteme vorhanden. Ladeteil für Akku Die Ladung des Akku erfolgt bei Anschluss über die USB-Schnittstelle. Wichtig: Es dürfen nur LSD NiMH 8,4V 200mA Akkus verwendet werden! Akkulaufzeit: ca. 24 Stunden Betrieb mit LED-Beleuchtung. ca. 3 x 24 Stunden Betrieb ohne LED Beleuchtung. Ein leerer Akku erfordert eine Ladung über 24 Stunden. Eine Überladung ist nicht möglich. Nach dem Einschalten wird bis zur ersten Messung die Akku-Spannung angezeigt. Hierfür gilt: Voller Akku 8,4 10 V Schwacher Akku 8,05 V Leerer Akku 7,00..4,00 V normaler Betrieb normaler Betrieb + Warnung auf der Anzeige BATT Low eingeschränkter Betrieb nur LED Blitz und Klick Ton, keine Anzeige Seite 7 / 14

8 5 Funktionsbeschreibung Der Mikrocontroller erfasst kontinuierlich die Messdaten. Bei ausreichender Menge ([Impulse x Messzeit} + Impulse > 300) erfolgt die Ausgabe im Display und der USB-Schnittstelle: LCD: Fortlaufender Klicks Zähler CNT's Messzeit in Sekunden Strahlung in nsv/h, µsv/h o. msv/h Durchschnitt der letzte 12 Strahlungsmesswerte in nsv/h, µsv/h o. msv/h Pulsrate in CNT's/sek USB: Klicks Zählerstand CNT's Messzeit in Sekunden Klicks-Zählerstand nach Totzeitkorrektur Messung CNT's Strahlung in nsv/h, µsv/h o. msv/h Durchschnitt der letzte 12 Strahlungsmesswerte in nsv/h, µsv/h o. msv/h Pulsrate in CNT's/sek USB Spannung in V Bei bekanntem Stoff kann auf der Basis der Rohdaten die spezifische Strahlung exakt berechnet werden. Da eine geringe Strahlung weniger Impulse zur Folge hat als eine höhere Strahlung, folgt in diesem Fall eine länger Messzeit bis zur Anzeige. Messzeit und Messbereich werden passend zu Strahlungstärke von Mikrocontroller gewählt. Mittels Totzeit-Formel werden die gemessenen Impulse korrigiert. Zum Ausgleich des durch die Totzeit entstandenen Fehlers ist folgende Gleichung zu verwenden, wobei M' die gemessene Zählrate, T die Totzeit des Geigerzählers und M die korrigierte Zählrate ist. T_SBM-20 = 190 µs Bei Werten für M' 1/T ist M' M. Bei Werten M' 1/T ist eine markante Abweichung zwischen beiden Werten festzustellen. Quelle Die Strahlung wird wie folgt berechnet. CNT Impuls Zähler Stand T Messzeit, vielfaches von 1, Sek. (Quarz bedingt) Konstante bei Annahme dass 1µSV/h = 2,917 Impulse / 1 Sek. sind (bei SBM-20). Seite 8 / 14

9 5.1 Display Folgende Daten werden auf LCD ausgegeben: Bei Ausgabe eines aktualisierten Messergebnisses leuchtet die Anzeige auf für ca. 1,5s. Die Beleuchtung kann über Jumper auf der Platine je nach Bedarf angepasst werden. Seite 9 / 14

10 5.2 USB USB-Ausgabeformat Die Ausgabe über die USB-Schnittstelle bzw. dem virtuellen COM-Port erfolgt als Text in folgender Form: [Zählerstand] [Messzeit] [Aktuelle Strahlung] [Zählerstand nach Totzeit Korrektur] [Pulsrate] [Durschnitt Strahlung aus den letzte 12 Messungen] [USB-Spannung] [CR für neue Zeile] Beispiel: CNT 31 sek nsv/h CNT_COR 00,322 CNT/sek ~00105 nsv/h 04,72 V<CR> Die folgende Abbildung zeigt die COM-Terminal-Ausgabe der Hamburger Umgebungsstrahlung vom :30 Uhr USB-COM-Treiber Die USB Schnittstelle ist mittels FTDI Chip FT232RL realisiert. Den benötigten Treiber für Ihr Betriebssystem finden Sie auf der 4N-GX.de Webseite. Hinweis: Die serielle RS232 Baudrate beträgt 500 Kbps FTDI DIV 6 Seite 10 / 14

11 5.3 Tipps zur Verbesserung der Messergebnisse Die radioaktive Strahlung ist eine in der Regel sehr schwache Strahlung und bedingt daher einer sensiblen Messmethodik, wie das im SMB-20 verwendete Zählrohr. Durch die Berücksichtigung der hier beschriebenen Hinweise zur Messung der radioaktiven Strahlung kann die Qualität der Messdaten auf einfache Weise verbessert werden: Hinweis 1: Testen des SMB-20 Der SMB-20 kann mittels Kaliumchlorid Salz (erhältlich in jeder Apotheke). Dieses Salz enthält das natürliche Isotop K40 das eine Radioaktivität von etwa Becquerel pro kg besitzt. Es genügen 10g oder 100g zur Messung. Hinweis 2: Ausrichtung zum Messobjekt Um eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zu erreichen, sollte der SMB-20 immer in der gleichen Lage zum Messobjekt ausgerichtet sein. Besonders bei kleinen Objekten sollte dabei der Abstand zum auf der rechten Seite befindlichen Zählrohr möglichst gering gehalten werden. Richten Sie also bevorzugt die dem Einschalter gegenüberliegende Seite zum Messobjekt aus. Hinweis 3: Die radioaktive Strahlung unterliegt besonders bei geringer Stärke einer starken statistischen Streuung. Daher entspricht besonders bei geringer Strahlung ein über eine kurze Messdauer erzieltes Messergebnis nicht unbedingt der tatsächlichen Strahlung. Vielmehr sollte hier die Dauer der Messung ausreichend lang gewählt werden bzw. der Mittelwert ausreichender Einzelmessungen Verwendung finden. Grundsätzlich gilt: Je länger die Messdauer desto genauer das Messergebnis. Bei sehr geringer Strahlung kann eine Messdauer bis zu einer Stunde sinnvoll sein. Seite 11 / 14

12 6 Jumper Die in diesem Abschnitt aufgeführten Einstellungen des SMB-20 können per Jumper vorgenommen werden. Hierzu öffnen Sie das Gehäuse, indem Sie es mit einem kleinen Schraubendreher aufhebeln und dabei die beiden Gehäuseteile vorsichtig auseinander ziehen. LCD_LED links LCD leuchtet rot auf für 1,5s, wenn ein neues Messwert ausgegeben wird rechts LCD leuchtet immer kein Jumper/offen LCD ohne Beleuchtung Hinweis: Mit deaktivierter LCD-LED-Beleuchtung wird die Laufzeit des Akkus erheblich verlängert. LOAD Jumper gesetzt (closed) Ladung des Akku über USB kein Jumper (open) Akku wird nicht über USB geladen SPEAKER Jumper gesetzt (closed) Klicks sind hörbar kein Jumper (open) Klicks sind nicht hörbar, Lautsprecher deaktiviert Seite 12 / 14

13 7 Fehler Meldungen Im Display können folgende Fehlermeldung angezeigt werden: ERROR 01 - STOP Bad: TNCs/Time Sorry!Soft Error ERROR 02 - STOP TNC > 4870/sek Rays > 20 msv/h ERROR 03 - STOP No Ticks Input G-Tube or Batt? ERROR 04 - STOP BATT Low Power Change or load INFO 05 - RUN BATT Low Power Change or load ERROR 06 - STOP USB Low Power Change USB cable - Software Fehler (nicht vorgekommen) - zu hohe Strahlung, über 20 msv/h - keine Impulse, Elektronik o. Zählrohr defekt - Akku entladen, bitte Akku aufladen - Akku schwach, bitte laden - USB Spannung < 4V / USB Kabel zu lang, PC-USB-Port defekt Seite 13 / 14

14 8 Technische Daten Produkt: Füllgas Plateaubereich Spannung Totzeit Anoden Widerstand Arbeitsbereich Arbeitsbereich γ Sensitivität Ra_266 γ Sensitivität Co_60 Nullrate Rohr Kapazität SBM-20 Geiger-Müller Rohr Ne, Br 2, Ar 400 V 190 µs bei 400 V 5,1 MΩ 0, mkr/s 0, mr/h 29 cps/mr/hr 22 cps/mr/hr 1 cps 4,2 pf Lebensdauer 2 * Kathode Länge Rostfreier Stahl 107 mm Querschnitt 9,9 mm (max. 10,5) Arbeitstemperatur Bereich C Gewicht ~ 10 g Seite 14 / 14