Selbstbau Elektronik



PIN Dioden Zähler

Traditioneller Geigerzähler versus PIN-Dioden Geigerzähler

Kurze Einführung (pdf-Datei)

Selbstbau eines PIN-Dioden Zählers

Einführung und Grundlagen (pdf-Datei)

Selbstbau-Anleitungen zum Stuttgarter Geigerle

  • Das "Stuttgarter Geigerle"
  • Die einfachste und billigste Lösung: Das "Mini-Geigerle" an der PC-Soundkarte
  • Das Stuttgarter Geigerle für Durchsteckmontage
  • Bauanleitung für das Stuttgarter Geigerle (Durchsteckmontage, Löten und Gehäuseherstellung)
  • MS Excel Bauteileliste für Durchsteckmontage (Farnell/Reichelt mit Preisen Stand April 2014)
  • Demonstration des Stuttgarter Geigerle mit einem Foto-Objektiv aus Thoriumglas (Geigerle gebaut von MrBrunolein)

  • Weitere Infos zum PIN-Dioden Zähler

  • Was misst eigentich ein PIN-Dioden Zähler?
  • Detektieren von Alphastrahlung mit dem PIN-Dioden Zähler
  • Solarbetrieb fürs Stuttgarter Geigerle
  • Detektion von schwacher Radioaktivität am Beispiel von Kalium-Brausetabletten
  • Herstellung eines Alpha- Beta- Gamma-empfindlichen Strahlungsdetektors auf Basis einer kostengünstigen PIN-Diode
  • Vergleich mit einem einfachen, kommerziellen Geigerzähler
  • Velleman VM200 Radioaktivitätsmonitor versus Stuttgarter Geigerle
  • Spektroskopie mit dem Mini-Geigerle
  • Abschätzung der effektiven Körperdosis aus der Aktivität von Radionukliden
  • Abstands- und Schirmungsmessungen mit dem Alphadetektor
  • Kalibrierung des „Stuttgarter Geigerle“ PIN-Dioden Zählers
  • Messungen mit dem Stuttgarter Geigerle an normalem Granit-Baumaterial

  • Teviso Pin-Dioden Sensormodule

    Ein Sensor, den man einfach mit einer Batterie und einem Piezo-Lautsprecher verbinden kann um Radioaktivität zu detektieren: Die schweizerische Firma Teviso bietet genaus das an. Im Prinzip ist es das Stuttgarter Geigerle im Micromodul-Format nur ohne LED. Also auch eine tolle Bestätigung für das Konzept. Und natürlich eine Lösung für die, die ganz schnell mit dem Basteln fertig sein wollen (bzw. mehr Wert auf das Systemkonzept legen). Der erste Eindruck davon:
    Das Teviso Pin-Dioden Sensormodul RD2007 als Detektor für radioaktive Strahlung


    Passt locker in eine Zigarettenschachtel, ist nur deutlich mehr für die Gesundheit geeignet als Zigaretten: der Mini-PIN-Dioden Detektor

    Ein einfach zu realisierender, solar-betriebener PIN-Dioden-Detektor für radioaktive Strahlung im Miniaturformat

    Ein kurzes Demovideo des Mini-Zählers mit optischer Signalisierung an einer Keramikschale mit Uranglasur

    Externer Link zu www.teviso.com

    Andere Anleitungen zu PIN-Dioden Zählern

  • Externer Link zu www.element14.com: Verbesserter Strahlungsmesser Elektor (engl.)
  • Externer Link zu pdfserv.maxim-ic.com: Gamma-Photon Radiation Detector, Maxim
  • Externer Link zu http://www.elektronik-labor.de: Funkschau 1986: Radioaktivitätsmesser im Miniformat



  • Klassische Zählrohr Zähler

  • Der "Geiger Classic"
  • Der "Schwäbische Flash-Geiger"
  • (strom- und kostensparend), hergestellt aus einer alten Einweg-Kamera nach einem Rezept von Böhri
  • Eine Ultra-Low-Power Hochspannungsquelle für Geiger-Müller Zählrohre auf der Basis moderner IC's inklusive der entsprechenden Theorie zum Boost und Flyback-Konverter
  • Ein einfacher Stromsparender Zählrohrverstärker für Geiger-Müller Zählrohre



  • Szintillations-Detektoren

    Szintillations-Detektoren verwenden einen Szintillator-Kristall um Radioaktivität zu detektieren. Dieser wandelt energiereiche Quanten in niederenergetische Photonen im UV- bzw. sichtbaren Bereich des Lichts um. Energieärmere Photonen können leichter in elektrische Ladungsträger umgewandelt und verstärkt werden als hochenergetische Quanten. Außerdem ist der Szintillationseffekt ein Volumeneffekt, der vor allem für das energieproportionale Detektieren von Gammastrahlung sehr wichtig ist und deutlich höhere Zählraten ergibt als ein Geiger-Müller Zählrohr.

    Das Szinti-Geigerle

    Unter einem Szintillations-Detektor wird normalerweise eine Kombination eines Szintillator-Kristalls mit einer Photomultiplier Röhre (PMT)verstanden. Das ist aber nur historisch bedingt, denn früher gab es kaum andere Mittel eine ausreichende Verstärkung für die viel energieärmeren Photonen, die im Kristall entstehen, zu erreichen. Aber mit der modernen Halbleiter-Technologie hat sich das geändert. Es gibt heute extrem rauscharme und extrem leistungsfähige Halbleiterverstärker. Damit kann man wieder eine PIN-Diode nehmen um die Photonen in Elektronen umzuwandeln, wird damit die Hochspannung los und kann das Ganze viel kleiner bauen. Hier ist es, das Szinti-Geigerle, die nächste Generation des legendären Stuttgarter Geigerle:



    Es hat eine Zählrate besser als ein SBM-20 Zählrohr und ist vorwiegend Gamma-empfindlich. Hier der Bericht über den ersten Prototyp:
    Das Szinti-Geigerle - Ein ohne Hochspannung betriebener, für Gammastrahlung empfindlicher PIN-Dioden Detektor mit aufgesetztem Szintillator-Kristall



    Das Tickende Geräusch eines Geigerzählers kennen viele, aber es gibt eine deutlich eindrucksvollere akustische Darstellung einer Zählrate. Sie entsteht dadurch, dass man die Tonhöhe eines akustischen Signals mit der Zählrate moduliert. Hier eine Beschreibung wie man so was ganz einfach bauen kann ist hier am Beispiel des Szintigeigerle erläutert:
    Signalisierung von Zählraten durch Audio-Frequenzmodulation
    Hier gibt es das passende Video dazu, mit Ton natürlich:
    Mit dem Szintigeigerle und dem Audio-FM Modul an der strahlenden Kapelle auf dem Killesberg. Videoclip (4MB .wmv) mit Ton
    (siehe auch die strahlende Kapelle bei den Ausflugstipps)

    Szintillations-Detektor mit Photomultiplier und hoher Zählrate für Zählanwendungen



    Aufbau des Szintillations-Detektors

    Adapter zur Anpassung eines Photomultipliers an einen Mikrocontroller (Arduino)

    Manche PMTs sind für negative Hochspannung verdrahtet und oft sind auch negative Hochspannungsmodule wie das C4900 von Hamamatsu leichter zu bekommen. Deswegen hier ein Entwurf für den PMT-zu-Arduino Adapter für negative Hochspannng.
    PMT-zu-Arduino Adapter für negative Hochspannung

    Der letzte Hochtechnologie-Schrei für Szintillationszähler und für die Gamma-Spektroskopie: Silicon Photomultiplier (SiPM)


    Nachdem auch die Radioröhre irgendwann dem Silizium weichen musste, wird das wohl auch das Schicksal der Photomultiplier-Röhre werden. Die Zukunft dazu hat auch schon begonnen, die ersten SiPM-Chips mit einer brauchbaren Zellenzahl sind für unter 100Euro zu haben. Auf so einem SiPM Chip sind fast 10000 Geiger-Müller-Zählrohre in Silizium gegossen und da Silizium nur einen Bandabstand von 1.1eV hat, kann man diese "Silizium-Zählrohre" bereits mit der Energie von Photonen des sichtbaren Lichts auslösen. Das Coole dabei ist, man kann einzelne Photonen zählen, so empfindlich ist ein SiPM. Aber ist das auch für die Messung von Radioaktivität interessant? Klar, man muss so ein SiPM Chip nur auf einen kleinen Szintillationskristall setzen und schon hat man einen "schnuggelig" kleinen Szintillationszähler. Kann man damit auch Spektroskopie machen? Im Prinzip ja, ...

    Hier ein erster Erfahrungsbericht mit einem SiPM der Berliner Firma First Sensor

    ..., aber man braucht vielleicht doch einen besseren Front-End Verstärker:
    Ein rauscharmer Front-End Verstärker für SiPMs zur Gamma-Spektroskopie

    Minimaler Aufwand: Szintillationszähler mit Channel Photomultiplier und Arduino


    Obwohl Channel Photomultiplier eher zu einer aussterbenden Gattung von Photomultipliern gehören, lohnt es sich diese optischen Verstärker für Szintillationssignale näher anzuschauen. Sie sind noch übers Internet verfügbar, ultra-kompakt und können aufgrund der immensen Verstärkung mit lediglich einer einfachen Anpassschaltung an einen Mikrocontroller angedockt werden.

    Szintillationszähler auf der Basis eines Channel-Photomultipliers


    Theremino kompatibler PMT-Adapter in moderner Technologie

    Obwohl der Ansatz von Theremino einen kostengünstigen und leicht herstellbaren PMT Adapter zur Verfügung zu stellen kaum zu überbieten ist, so hat er doch ein paar kleine Nachteile. Der schwerwiegendste ist die doch etwas wackelige Langzeit-Stabilität und die etwas schwierige Schirmung zwischen Hochspannungs-Erzeugung und Impulsformung. Hier ein Versuch es mit moderner Technologie etwas besser zu machen. Allerdings zu Lasten der Kosten und des Aufwands beim Löten.



    Ein Theremino-kompatibler PMT-Adapter für die Gammaspektroskopie mit einer PC-Soundkarte


    Datenauswertung mit dem Arduino Mikroprozessor

    Genuino - Arduino? Der Rosenkrieg in einem ursprünglich von viel Idealismus geprägten Open-Source Projekt

    Bevor man einen "Arduino" kauft ist man in Europa gefordert sich seine eigene Meinung zu bilden. Dazu der Hinweis auf zwei Artikel:
    Externer Link zu www.heise.de: Genuino/Arduino bei Heise.de
    Externer Link zu makezine.com: Die Erklärung von Massimo Banzi

    Es gibt aber leider noch nicht alle Arduino Boards aus den USA als Genuino in Europa. Hier sind in einigen Projekten Nano's verwendet, die man entweder als Chinaware oder eben derzeit nur von der abgespaltenen Arduino S.R.L. bekommt. Allerdings ist der Genuino Micro weitestgehend baugleich und kann in den hier verwendeten Projekten ohne weiteres als Ersatz benutzt werden. Man muss nur beim Micro für den Upload des Programms daran denken, dass man vorher den Reset-Button drückt und gedrückt hält bis der Upload begonnen hat. Bei Chinaware muss man insoweit vorsichtig sein, als dass oft andere Treiber für den chinesischen Ersatz des FTDI-Controllers geladen werden müssen.

    Der "Geiguino"

    Das traditionelle Knacken eines Geigerzähler ist schon spannend zu hören und löst auch immer immer wieder etwas den Grusel aus, wenn es schneller wird. Allerdings ist es doch recht schwer, aus dem Knackgeräusch einen vergleichbaren quantitativen Eindruck zu gewinnen. Dazu sind Zahlen einfach besser geeignet. Aber wie kommt man am schnellsten und ohne großen Aufwand zu einer ordentlichen quantitativen Digitalanzeige, die man vielleicht auch noch kalibrieren könnte? Die Antwort ist auch hier wieder: mit dem Arduino. Und damit ist auch gleich klar woher der Name kommt. Aber der Geiguino läuft selbstverständlich auch mit einem Genuino als Mikrocontroller-Board.

    Mit dem Arduino hat man dann auch eine fast unüberschaubare Flexibilität, da man viel Bibliotheken und Arbeiten anderer nutzen kann, ob das nun das Daten-Loggen ist, oder die Kommunikation per Funk oder Händy. Es gibt einfach alles an Postprocessing und Anzeigemöglichkeiten, was man so sich denken kann. Man muss nur auf den einschlägigen Arduino Web-Seiten und in den Foren stöbern. Der Basis-Geiguino nutzt deswegen auch gleich eine Fremdbibliothek, den Arduino mit einem I2C-Bus LCD-Display sowie die oben beschriebene stromsparende Hochspannungsversorgung und den stromsparenden Zählrohrverstärker zusammen mit einem wahlfreien Zählrohr als Geiger-Müller Zähler mit Digitalanzeige.

    Hier gibt es die Beschreibung des Geiguino-Prototypen

    Heutzu Tage kommt man kaum noch an dem Arduino Projekt vorbei, wenn man sich mit Elektronik beschäftigt. Diese einfache und kostengünstige Einsteiger-Plattform für Mikrocontroller ist einfach genial und ebenfalls ein Open Source Projekt. Dementsprechnd groß ist in der Zwischenzeit die Arduino-Community. Deswegen gibt es auf dieser Webseite auch etwas zum Thema Arduino.
    Arduino Mikrocontroller Interface für Geigerzähler (und natürlich PIN-Diodenzähler)

    Der Arduino mit einem Teviso PIN-Dioden Sensormodul zur Messung von Radioaktivität


    Arduino-Mikrocontroller mit dem RD2007 Teviso PIN-Dioden

    Davon träumen viele: ein digitaler Sensor für Radioaktivität, den man einfach an einen Mikrocontroller wie beispielsweise den Arduino anklemmen kann, ohne jeden Hardwareaufwand. Die schweizerische Firma Teviso (externer Link zu www.teviso.com) macht diesen Wunsch wahr und das zu einem durchaus noch erschwinglichen Preis.

    Ein ganz einfaches Nachweisgerät für die radioaktive Dosisleistung mit dem Arduino und dem RD2007 Sensormodul von Teviso
    Das Listing gibts auch im Downloadbereich.


    Ein universelles Pulsraten-Zählgerät mit dem Arduino und serieller LCD-Anzeige für digitale Zählpulse ist hier beschrieben:
    Zeitintervall-Vorgabe versus Zählimpuls-Vorgabe für die Datenauswertung mit dem Arduino bei zählenden Strahlungs-Detektoren für Radioaktivität

    Das Radiation Detection Shield "Tino" - als kalibriertes Messgerät für Radioaktivität


    Das Radiation-Detection-Shield "Tino" für den Arduino - professionelle Messung der Radioaktivität mit einem kalibrierten Teviso Strahlungssensor


    Messung der Radioaktivität an 5 thorierten WIG-Schweißelektroden mit dem "Tino" Radiation Detection Shield (Sparkfun-Display)


    Das "Tino" Radiation Detection Shield vor einer Porzellandose mit Uranglasur (LiteOn-Display)

    Shields gibt es für den Arduino viele. Solche, die radioaktive Strahlung messen nur sehr wenige. Man hat einfach Respekt davor, mit 500V Spannung in die Nähe des Arduino zu kommen. Wer solche Ängste hat und dann auch noch den Hardwareaufwand minimieren will, für den ist der Tino genau das richtige. Denn der Tino arbeitet nur mit 5V und ist für den Anwender völlig digital. Tino kommt übrigens von T-eviso und ardu-Ino. Mit Hilfe dieser Kombination kann man mit wenig Aufwand ein Geigerzähler-Shield bauen und hat damit ein recht kleines und kalibriertes Messgerät für radioaktive Strahlung - ohne Hochspannung.

    "Tino" - Ein Messgerät für radioaktive Strahlung als Arduino-Shield auf Basis eines Teviso Sensormoduls (erster Prototyp)
    Das Tino-Shield mit einem Sparkfun seriellen 7-Segment Display als Anzeige (zweiter Prototyp)

    Anschluss eines LCD Displays an das Tino Radiation Measurement Shield


    Der Tino im Einsatz: Messung des Mauerwerks in der Kapelle im Killesberg Höhenpark Stuttgart, Vergleich zum Gammascout


    Mess-Systeme und Georeferenzierung

    Das Geo-Rexx System für georeferenzierte Strahlungsmessungen

    Geo-referenzierte Daten sind heute in aller Munde. Bald jedes Händy hat ein GPS und speichert den Aufnahmeort mit einem Bild der Kamera oder man kann die geografische Position von S-Bahnen im Internet oder mit einer App auf dem Händy abrufen. Warum dann nicht auch die Radioaktivität in Abhängigkeit der geographischen Position messen? Das das sehr viel Wert sein kann, wenn es funktioniert, das hat das Safecast Netzwerk in Fukushima nach dem Versagen der Behörden gezeigt. Hier eine einfache aber erstaunlich gute Lösung mit dem Arduino zum Selber-Bauen, die ein GPS-Shield auf einem Arduino Uno mit einem Geigerzähler kombiniert. Der Name ist in Erinnerung an einen sehr bekannten deutschen Fernseh-Hund entstanden, der auch alles mögliche aufstöbern konnte.

    „GeoRexx“ – Ein Mess-System für geo-referenzierte Radioaktivitätsmessungen auf der Basis des Arduino Mikrocontrollers


    Photo des Geo-Rexx Systems

    Szintillations-Zähler für georeferenzierte Strahlungsmessungen



    Ein Szintillations-Zähler mit hoher Zählrate für sehr genaue georeferenzierte Strahlungsmessungen

    Die Tino-Drohne

    Mit moderner Hochtechnologie kann man sehr viel Unsinn anstellen, dazu gehören auch Drohnen. Das heisst aber nicht, dass die Drohnen-Technologie an sich in jeder Hinsicht sinnlos ist. In Fukushima wäre man froh gewesen, man hätte schnell das havarierte Reaktorgelände ausmessen können, ohne Menschen einer lebensgefährlichen Strahlung auszusetzen. Mit der Tino-Drohne kann gezeigt werden, dass mit geringen Kosten solch ein sinnvoller Katastrophen-Einsatz möglich ist. Die hier vorgestellte Mess-Drohne für Radioaktivität nutzt das Tino-Shield als Sensor auf einem Arduino und gestattet das Messen an riskanten oder unzugänglichen Stellen. Das Fluggerät ist ein Low-Cost Quadrokopter für 130Euro aus dem Modellbauladen. Die Kosten insgesamt: Unter 200 Euro.



    Die Tino-Messdrohne im Schwebeflug

    Hier die Beschreibung der Tino-Drohne für "unbemannte" Radioaktivitätsmessungen

    WICHTIGER HINWEIS: Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in den meisten Staaten das Überfliegen nukleartechnischer Anlagen, insbesondere von Kraftwerken, gesetzlich verboten ist. Wer das missachtet, macht sich eindeutig strafbar. Darüberhinaus gibt es weitere Gesetze, die den Modellflug und den Hausfriedensbruch regeln. Auch diese müssen beachtet werden, wenn man nicht mit den Behörden in Konflikt geraten will.



    Autonome Messstationen für Umweltradioaktivität

    In der BRD gibt es seit einiger Zeit ein Messnetz aus Messstationen für die Umweltradioaktivität (http://odlinfo.bfs.de/). Diese Messstationen messen die sogenannte Gamma-Ortsdosisleistung in uSv/h in etlichen Städten unter bestimmten Normbedingungen. Doch seit Fukushima ist auch bekannt, dass amtliche Messstationen durchaus auch mal schnell vom Netz genommen werden, wenn was Entsprechendes passiert. Dann, wenn die solche Daten am notwendigsten sind, heisst es dann auf der Webseite ganz lapidar: "zur Zeit keine Daten". Aber auch zu ganz "normalen" Zeiten wäre es nicht schlecht wenn es eine gewisse Konkurrenz zu amtlichen Messstellen gäbe. Denn allzu leicht können amtliche Daten "korrigiert" werden, wenn es dafür eine politische Notwendigkeit gibt. Daher wären konkurrierende autonome Messstationen für die Bürger wertvoll, damit man zur Not auch auf alternative Daten zugreifen bzw. vergleichen kann.

    Die RayWatch Projektidee



    Ein politisch unabhängiges, dezentrales Netz von autonomen Messtationen nach dem Motto "ein Messnetz von Bürgern für Bürger" ist ein paar Gedanken wert. Wer sich solche Gedanken machen möchte sollte sich die RayWatch-Projekt Idee einmal zu Gemüte führen. Besonders interessant wäre das für die Schweiz, die trotz ihres sonst so vorbildhaften Katastrophenschutzes bisher immer noch kein landesweites amtliches ODL Messnetz hat. Bisher ist das RayWatch-Netz allerdings nur die Idee für ein Projekt, aber wenn einige Leute mitmachen ...

    RayWatch - ein Messnetz von Bürgern für Bürger

    Hier eine Liste bereits existierender Messstationen

    Im Zusammenhang mit Messstationen ist ein wichtiger Aspekt, wie bekommt man die Messdaten der gemessenen Umwelt-Radioaktivität ins Internet, so dass auch andere Interessierte die entsprechenden Graphen sehen können und ohne dass man einen PC non-stop laufen lassen muss? Auch hier bietet der Arduino mit Ethernet Anschluss eine fast ideale Lösung:
    Die Darstellung von Radioaktivitäts-Messdaten im Internet
    Wer Interesse am Hosting eines php-Skripts für die eigene Messstation hat, darf sich gerne melden.


    Vertrauen ist gut Kontrolle ist besser




    Die Firma 4N-Galaxy aus Hamburg hat sich der Idee angenommen und eine solarbetriebene autonome Messstation entwickelt, die per Funk oder Kabel ganz einfach an einen Mikrocontroller oder PC angeschlossen werden kann. Damit hat man einen perfekten Outdoor-Sensor für Umwelt-Radioaktivität mit digitalem Ausgang und muss sich nur noch um die Programmierung des Mikrocontrollers kümmern und ggf. um die Darstellung der Daten im Internet. Dafür gibt es aber jede Menge Freeware, so dass die Kontrolle der Umwelt-Radioaktivität jetzt auch für interessierte und engagierte Privatpersonen erschwinglich wird. Ein ganz dickes Lob an 4N-Galaxy!

    Hier eine Beschreibung und die erste Erfahrung mit der solarbetriebenen autonomen Messstation R10 von 4N-Galaxy
    Und hier der Link zur entsprechenden Webseite von 4N-Galaxy: Externer Link: http://www.4n-galaxy.de/R10_de.html

    Man darf gespannt sein wieviele Nachahmer es geben wird und ob das Messen der Umwelt-Radioaktivität nicht bald genauso selbstverständlich wird wie Luftdruck, Luftfeuchte und Temperatur.
    In diesem Zusammenhang sehr sehenswert, die Reportage des ARD, 3 Jahre danach: "Ranga Yogeshwar in Fukushima"
    Externer Link zu youtube.com: https://www.youtube.com/watch?v=mDgYFBtuxTk

    Hier die Daten einer RH10-Messstation von 4N-Galaxy, die Daten werden von einem Ethernet-Arduino ins Internet übertragen:


    Noch einige andere geloggten Betriebsparameter der RH10 Messstation:
  • Akkuspannung
  • Temperatur
  • Signalgüteparameter
  • Spannung des Solarpanel
  • Der natürliche Fallout

    Viele Menschen ahnen das Schlimmste, wenn sie von radioaktivem Fallout hören. Das muss aber nicht immer so sein. Manchmal ist dieser Fallout ganz nützlich.
    Hier ein Bericht zum natürlichen Fallout im Regen, gemessen mit der Geigerle Messstation in Besigheim.