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YB Mini Monitor  : YBMM01 / YBMM02 / YBMM04                                 Seite 2
(YBeta-Monitor)

Umweltschutz mit dem YB-Mini-Monitor 

Auf der vorangegangenen Seite wurde ein Detektor für radioaktive Kontamination besprochen.

Während herkömmliche Geigerzähler vor sehr hohen akuten Strahlengefahren warnen,  ist der YB-Mini-Monitor so konstruiert, das schon Langzeit-Risiken durch radioaktive Strahlung erkannt und beurteilt werden können. Für die Handhabung sind keine besonderen Kenntnisse nötig. Die Messwertanzeige ist auf einem farbigen Anzeigefeld in mehreren Warnstufen sehr einfach ablesbar. 

Das Grundgrät ist auf Anzeige von Äquivalentdosis zwischen 0,05 µSv/h bis maximal 0,5 µSv/h kalibriert. Neben dem Grundgerät gibt es einen vierstelligen numerischen Impulszähler als Zusatzgerät, welcher den Messbereich auf 0,001µSv/h bis 9999µSv/h erweitert.

Das Gerät funktioniert nach dem bekannten Geiger-Müller Prinzip. Ein Signal wird von einer oder mehreren Zählrohre abgeleitet und anhand bekannter Kennwerte der Zählröhre sowie voreingestellter Strahlungswichtungsfaktoren wird ein Messwert für die Äquivalentdosis zur Anzeige gebracht.. Der Messwert für die so ermittelte  radioaktive Dosis kann auf einem mehrfarbigen LED-Anzeigefeld überschaubar abgelesen werden. Grenzwertüberschreitungen radioaktiver Strahlung  sind auf dem Anzeigefeld farbig markiert.  Eine Besonderheit des YB-Mini-Monitors gegenüber vielen herkömmlichen Strahlenmessgeräten ist die vergleichsweise hohe Gewichtung von Beta-Strahlung  gegenüber Gamma-Strahlung, sowie das  mehrfarbige LED-Anzeigefeld, welches für eine Beurteilung von möglichen Langzeitrisiken durch radioaktive Strahlenexposition speziell konzipiert wurde. 

Äquivalentdosis und Strahlungswichtungsfaktor :

Der YB Mini Monitor verwendet fest eingestellte Strahlungswichtungsfaktoren zur Umrechnung in eine Äquivalentdosis. Es sind für die unterschiedlichen Strahlungsarten  folgende Strahlungswichtungsfaktoren fest eingestellt:

wR =   1  für Gammastrahlung
wR = 20  für Betastrahlung

Durch die so gewählten Strahlungswichtungsfaktoren wird eine unterschiedliche Gewichtung der biologischen Wirksamkeit von Gamma-Strahlung und Beta-Strahlung erreicht. In der medizinischen Literatur werden für Beta-Strahlung häufig höhere Strahlungswichtungsfaktoren empfohlen.

Beta-Strahlung ist also biologisch deutlich wirksamer und kann damit um ein vielfaches schädlicher sein, als Gamma-Strahlung. Dieser Umstand wird vom YB Mini Monitor für sehr strahlungssensible Personen  automatisch berücksichtigt. 

Für sehr strahlungsempfindliche Personen (z.B. Leukämie gefährdete Personen) kann also ein Detektor-Gerät wünschenswert sein, das entsprechend  medizinischer Erkenntnisse ein deutliches Warnsignal bei Detektion von Beta-Strahlung zur Anzeige bringt. Um dies zu erreichen, muss das Messgerät zwischen den verschiedenen physikalischen Strahlungsarten unterscheiden können. Dies wird im YB-Mini-Monitor durch auswahl geeigneter Zählröhren erreicht. Die im YB-Mini-Monitor eingesetzten Röhrentypen russischer Bauart reagieren auf unterschiedliche Strahlenarten unterschiedlich empfindlich und zwar genau so, wie dies entsprechend modernster medizinischer Erkenntnisse über biologische Wirksamkeiten unterschiedlicher Strahlenarten sinnvoll ist.

Mittels Einsatz einer Gamma-Filterscheibe (Y-Filter) (auch "Beta-Absorber" genannt) ist es indirekt möglich zwischen verschiedenen Strahlungsarten zu unterscheiden.  Die Gamma-Filterscheibe ist für Gamma-Strahlung durchlässig und absorbiert Beta-Strahlung ab (Beta-Schirm). Aus den Messergebnissen zweier Messungen - jeweils eine Messung ohne Y-Filter und eine zweite Messung mit Y-Filter - lassen sich auch weitaus höhere Strahlungswichtungsfaktoren per Hand einrechnen.  Für messtechnisch ungeschulte Personen ist eine solche  Einrechnung von Strahlungswichtungsfaktoren per Hand in der Regel eine Überforderung.

Soll mit einer einzigen Zählröhre ein erhöhter Strahlungswichtungsfaktor für Beta-Strahlung erreicht werden,  dann ist es denkbar, die Zählröhre mit einem Beta-Filter zu umgeben, der für Beta-Strahlung durchlässig ist, und Gammastrahlung schirmt. Aus dieser Idee folgt jedoch ein technisches Dilemma, denn es ist mir kein Filtermaterial bekannt, das diese Idee realisierbar macht.

Da mir ein mechanischer Filter dieser Art nicht bekannt ist,  erscheint mir eine direkte messtechnische Berücksichtigung höherer Strahlungswichtungsfaktoren für Betastrahlung entweder mittels anderer geeigneter Bauform des Gerätes (z.B. höhere Ansprechwahrscheinlichkeiten der eingesetzten Röhre für Betastrahlung) oder unter zusätzlichem elektronischen Schaltungs-Aufwand realisierbar.

Eine vergleichsweise einfache Lösung besteht unter Verwendung von zwei Zählröhren. Eine Zählröhre wird mit einer selektiven Empfindlichkeit (Es) in der Nähe 1 oder kleiner 1 ausgestattet, während eine zweite Zählröhre im Gerät mit selektiver Empfindlichkeit (Es) wesentlich größer 1 ausgestattet wird. Nun können die von den beiden Zählröhren gelieferten Signale mittels Differenzbildung und anschliessender Addition mit unterschiedlichen Signalverstärkungen analog umgerechnet werden. Auf diese Weise können medizinische Strahlenwichtungsfaktoren im Gerät selbst den unterschiedlichsten Anforderungen angepasst werden.

Dieses Messprinzip verdeutlicht das nächste Bild:
Messprinzip für Gamma-Beta-Detektion mit Stralungswichtungsfaktor
Bild1 : Messprinzip für Gamma+Beta-Detektion
mit Strahlungswichtungsfaktor


Die einfachste Art, unterschiedliche Strahlungswichtungsfaktoren bei der Umrechnung von gemessenen Impulszahlen in eine Äquivalentdosis zu berücksichtigen, geschieht mittels passend eingestellter Ansprechempfindlichkeiten auf unterschiedliche Strahlungsarten der Zählröhre. Geiger - Müller -Zählröhren besitzen in der Regel ein höheres Ionisationsvermögen für Beta-Strahlung gegenüber Gamma-Strahlung.  Dieser Umstand wird in der weitgehend unkompensierten Bauform des YB-Mini-Monitors genutzt, um eine deutlich höhere Gewichtung der Beta-Strahlungsart gegenüber Gammastrahlung zu realisieren. Auf diese Weise berücksichtigt der YB Mini Monitor automatisch modernste Erkenntnisse über Unterschiede der biologischen Wirksamkeit verschiedener Strahlungsarten in seinem Messergebnis.

YB-Mini-Monitor im "Europa-Gehäuse"
Bild2: YB Mini Monitor (Grundgerät Typ YBMM02)

Das Grundgerät hat eine mehrfarbige Balkenanzeige, welche mit Leuchtdioden aufgebaut ist. Zur Überprüfung von Baumaterial ist die farbige Leuchtbalkenanzeige ideal und einfach ablesbar. Das Messergebnis ist trotz fehlender Numerik weit empfindlicher als Messergebnisse von den bekanntesten handelsüblichen Geigerzählern.Wer trotzdem numerische Ergebnisse benötigt (z.B. für wissenschaftliche Untersuchungen), kann einen externen Impulszähler dazustecken. Der YB-Mini-Monitor hat dafür Anschlussmöglichkeiten für externe Zusatzgeräte.  Das folgende Bild zeigt einen typischen Messaufbau zur Überprüfung von Lebensmitteln mit dem YB-Mini-Monitor in Verbindung mit einem kleinen externen Impulszähler.
Lebensmittel auf Radioaktiviät  überpüfen mit dem YB Mini Monitor
Bild3: Lebensmittel auf Radioaktivität überprüfen mit dem YB-Mini-Monitor
und einem kleinen externen Impulszähler

Der externe Impulszähler wurde mit einem handelsüblichen elektronischen Handzähler realisiert. Eine simple elektronische Schaltung sorgt dafür, das der Zähler an die 3-polige Klinkenbuchse des Mini-Monitors eingesteckt werden kann.  Die Schaltung besitzt zur galvanischen Trennung einen Optokoppler, dessen Ausgang die Zählertaste des Handzählers überbrückt. Hier gibt es auch den Schaltplan dazu :

Interfaceschaltung für kleinen Impulszähler
Bild4: Interfaceschaltung für einen kleinen externen Impulszähler,  passend für den YB-Mini-Monitor


Bild5: Innenansicht des kleinen Impulszählers für den YB-Mini-Monitor

Ganz neu ist nun sogar der Impulszähler mit in das Grundgerät integriert.

Neuer YB-Mini-Monitor mit integriertem Impulszähler
Bild6: YBMM02 mit eingebautem Impulszähler

CS137-Aktivitätstest in Lebensmitteln

Messung der Cs137-Aktivität und K40-Aktivität in Lebensmittelproben mit dem YB-Mini-Monitor

Einzigartig für ein semiprofessionelles Strahlenmessgerät kann mit dem YB-Mini-Monitor sowohl die Cs137-Aktivität, als auch die NORM-Stoff -Aktivität in Lebensmitteln getrennt abgeschätzt werden. Künstlich erzeugte Radionuklide aus AKW-Havarien und Atomexplosionstests geraten heutzutage sehr häufig in diese Lebensmittel hinein. Unkontolliert entsorgte NORM-Stoffe verschiedener Industriezweige können ebenfalls in Lebensmittel hineingeraten und Lebensmittel enthalten natürliches Kalium mit einem geringen Anteil des radioaktiven K40-Isotops. Sehr wahrscheinlich befinden sich in sehr vielen aktiven Lebensmitteln solche Nuklidmischungen, deren mit dem YB-Mini-Monitor messbare Aktivität vornehmlich durch künstliches Radiocäsium sowie natürliches Kalium u. NORM-Stoffe herrührt. Mit dem YB-Mini-Monitor kann durch vergleichen der Gamma-Flussdichte mit der Beta-Flussdichte aus der selben Lebensmittelprobe näherungsweise sowohl die Cs137-Aktivität, als auch die im Lebensmittel enthaltene K40- u. NORM-Stoff-Aktivität getrennt abgeschätzt werden.    

Test auf erhöhte Gammastrahlung in Lebensmittelproben und Cs137-Aktivitäts-Ausschluss mit dem YB-Mini-Monitor

Ebenfalls einzigartig bietet der YB-Mini-Monitor die Möglichkeit, einen Ausschluss von Cs-137-Aktivität in einer nur 30 Gramm wiegenden Lebensmittelprobe durchführen zu können. Es ist hierfür der YB-Mini-Monitor mit dem passenden Langzeitimpulszähler , ein besonderer Messrahmen  sowie eine Gamma-Filterscheibe erforderlich. Es wird mit dem YB-Mini-Monitor die Gammastrahlung (Gamma-Flussdichte) in kürzestem Abstand über einer normierten Probenoberfläche gemessen.  Eine Cs-137-Aktivität (oberhalb eines Grenzwertes) in der überprüften Probe kann ausgeschlossen werden, wenn Gammastrahlung aus dem Cs-137 Nuklid fehlt. Umgekehrt folgt der Verdacht auf  Cs-137-Aktivität unmittelbar durch einen Nachweis erhöhter Gammastrahlung. 

Verbesserungsmöglichkeiten der Schaltung:
Manchmal stört die recht hohe Batteriebebelastung und damit verbundene kurze Batteriebetriebszeit von nur wenigen Stunden Dauerbetrieb beim YB-Mini-Monitor. Dieser Mangel könnte mit einem verbesserten Hochspannungsgenerator vermieden werden. Der im YB-Mini-Monitor eingesetzte Hochspannungsgenerator ist mit einem invers betriebenen kleinen Printtrafo aufgebaut und ist sehr simpel und betriebssicher. Leider hat diese Schaltungsvariante mit dem Printtrafo einen vergleichsweise hohen Strombedarf. Es gibt eine interessante Patentschrift über einen Hochspannungsgenerator, welche für Bastler eine interessante Anregung bieten könnte.    Hochspannungsgenerator mit sehr geringem Strombedarf

YBMM04  
Typ DOWNLOAD   Dokumentation
YB-MM-04 BEDIENUNGS- UND MESSANLEITUNG ZUM YBMM04
KURZBESCHREIBUNG ZUM YB-MM-04
Messung von Radioaktivität in Lebensmitteln

Bilderserie :  Geigerzähler Test der Empfindlichkeit mit einem 2,5 Gramm Pottasche-Teststrahler
Pottasche (Kaliumcarbonat) enthält ein natürliches Isotopengemisch Kalium mit einem sehr geringen Anteil des radioaktiven Kaliumisotops K40. Der verwendete Teststrahler aus 2,5 Gramm Kaliumcarbonat hat nur ca. 40 Bq Gesamtaktivität. Die folgende Bilderserie dokumentiert die Vorgehensweise bei einem Test auf die Empfindlichkeit eines Geigerzählers für radioaktive Strahlung.

YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild1 : Versuchsaufbau mit Stoppuhr, Feinwaage und YB-Mini-Monitor (YBMM04 zeigt Hintergrundstrahlung an)

YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild2 : Die Feinwaage wurde eingeschaltet
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild3 : 2,57 Gramm Pottasche wird dem Beutel im Hintergrund entnommen  und mit der Feinwaage abgewogen
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild4 : Eine Priese Pottasche liegt jetzt auf der Feinwaage
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild5 : Die Priese Pottasche wird auf die Messunterlage gestreut
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild6 : Eine Priese Pottasche liegt jetzt auf der Messunterlage (nur ca. 40 Bq Gesamtaktivität)
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild7 : Die Priese Pottasche wurde mit Aluminiumfolie abgedeckt und das Messgerät aufgesetzt (Hier Anzeige nach 2Minuten Messzeit)
YB-Mini-Monitor Test der Empfindlichkeit mit 2,5 Gramm Pottasche  Bild8 : Pottasche-Teststrahler, eine gute 2 Gramm Priese mit nur ca. 40 Bq Gesamtaktivität erzeugt Vollanzeige am YB-Mini-Monitor

Der YB-Mini-Monitor ist dafür konstruiert, überhöhte radioaktive Strahlung im Umweltbereich, vorzugsweise in der Wohnumgebung  zu lokalisieren.  Im Dauerbetrieb signalisiert ein farbiges LED Anzeigefeld laufend  geringste Veränderngen der radioaktiven Umgebungsstrahlung. Veränderungen um weniger als 30% gegenüber dem natürlichen Normalwert können abgelesen werden. (z.B. wenn in der Nähe eines AKWs die ionisierende Strahlung sich gegenüber dem gewohnten Durchschnittswert erhöht.)  Es können Gamma- sowie Beta-Gamma Äquivalentdosis (Ortsdosisleistung) gemessen werden, sowie Baumaterial und Lebensmittel sehr empfindlich auf Aktivität getestet werden.

Eine Mess- und Bedienungsanleitung zum YBMM04 gibt es hier :  DOWNLOAD BEDIENUNGS- UND MESSANLEITUNG ZUM YBMM04

Lebensmittel auf Radioaktivität überprüfen
mit dem YB-Mini-Monitor Strahlenmessgerät.
YB-Mini-Monitor YBMM04
YB-MM-04

Das Messgut wird in eine Aluminiumschale eingefüllt :

Eine Aluminium- Messschale.
Zubehör zum YB-Mini-Monitor.

Im folgenden Beispiel werden 52 Gramm getrocknete Pfifferlinge Marke Weißrussland (aus dem Handel Deutschland) eingefüllt.

Die spezifische Aktivität [Bq/kg] des Radioisotops Cäsium-137 in diesen Pilzen wird nun mit dem YB-Mini-Monitor gemessen. 

Vor dem Starten der Messung wird eine Stoppuhr bereit gelegt.

Die gefüllte Messschale wird mit der Alu-Folie abgedeckt. Die Alu-Folie schützt das Messgerät vor unbeabsichtigter Kontamination.


Auf diese Anordnung wird nun ebenfalls wie bei der Nullmessung wieder der Gamma-Filter (Zubehör zum YB-Mini-Monitor) gelegt. 

Der Gamma-Filter schirmt Beta-Strahlung.  Gamma-Strahlung durchdringt den Gamma-Filter. 

 
y-Messmethode mit dem YB-MM-04 
Messung des Probenmaterials  auf Aktivität des 
Radioisotop Cäsium-137 
,
Messanordnung mit Gamma-Filter

Zur Messung der Probe wird nun der YB-MM-04 auf diese Messanordnung aufgesetzt. Das Messgerät wird eingeschaltet und die Messung kann mit der RESET-Taste gestartet werden. Gleichzeitig mit betätigen der RESET-Taste wird eine Stoppuhr gestartet. An der Stoppuhr kann zu jeder Zeit die verstrichene Messzeitspanne Tp abgelesen werden.


Zp=9558   ; Tp = 2h 54  (174 Minuten)
 

Exakt auf die volle Minute wird nun der Zählerwert Zp zur Probenmessung abgelesen und notiert.  
Auch die passende Messzeitspanne wird an der Uhr abgelesen und aufgeschrieben. 
Es sind beliebige Messzeiten Tp wählbar. Sinnvoll sind Messzeiten Tp kleiner oder gleich der zuvor für die Nullmessung gewählte Messzeitspanne. 
Verlängerung der Messzeitspanne erhöht die Messgenauigkeit.
In diesem Beispiel sei Tp = 174 Minuten.

Die messbare spezifische Aktivität A[Bq/kg] des Probenmaterials ergibt sich nun nach der folgenden Bestimmungsgleichung  :

II) A(y,K40)[Bq/kg] = 1000* F(y,K40) * (Rp - R0)  / M[g]  ;      

      F(y,K40)  = Kalibrierfaktor

     M[g]  = Masse der eingefüllten Materialprobe in Gramm

Ein für den YB-Mini-Monitor passender Kalibrierfaktor F(y,K40)

wird zu dem Messgerät angegeben. (siehe Kalibriervermerk auf dem Messgerät)

Kaliumgehalt des Probenmaterials berücksichtigen  

Die Aktivität des natürlichen Kaliums wird von der gemessenen Aktivität abgezogen.

Lebensmittel enthalten manchmal natürliches Kalium. Kalium ist ein für den Stoffwechsel des Organismus bedeutsames Mineral.
Dieses Mineral enthält das natürliche Radioisotop Kalium-40. Sollte die nach der y-Methode messbare Aktivität A einen signifikanten positiven Wert annehmen,
ist es ratsam den natürlichen Kaliumgehalt des überprüften Lebensmittels zu ermitteln. Die Aktivität des natürlichen Kaliums sollte von der gemessenen Aktivität abgezogen werden.

Beispiel :

Kaliumgehalt von getrockneten Pilzen:  

 49,85 g  pro kg  ,  laut Nährwerttabelle   (www.naehrwertrechner.de)

(Kaliumnachweis anhand Nähwerttabelle http://www.naehrwertrechner.de/  : 49,85 g Kalium pro Kg getrockneter Pilze )

Nuklidspezifischer Multiplikationsfaktor.

Seit einigen Jahren ist bekannt , das Lebensmittel mit dem künstlichen Radionuklid Cäsium-137 kontaminiert sein können. 

Multiplikation der Restaktivität Res mit einem nuklidspezifischen Multiplikationsfaktor

MF(y, Cs137) = 0,11 für Cäsium-137 liefert eine Abschätzung der Cäsium-137 Aktivität innerhalb der beurteilten Materialprobe. 

(Im Rechenbeispiel eine Pilzprobe)

Ergebniss der Messung einer 52 Gramm getrockneten Pilzprobe auf Cäsium-137 Aktivität :

A(y,Cs137) = 501 [Bq/kg]   <--  scheinbare Cs-137 Aktivität der Pilze , gemessen nach der

                                                                               y-Messmethode mit dem YB-Mini-Monitor

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Dies sind Auszüge aus einer Messanleitung zum YB-Mini-Monitor (YB-MM-04)                                                                   
Eine ausführliche Messanleitung finden Sie hier --> Messung von Radioaktivität in Lebensmitteln

Sylvester Knallfrösche sind radioaktiv :

Sylvester Raketen, Knallfrösche , Böller sind radioaktiv, Strahlenmessung mit dem YB-Mini-Monitor  Bild9 : Messung der Hintergrundstrahlung hier in München Innenstadt  0,158µSv/h (1. gelbe Warnlampe leuchtet schon am YB-Mini-Monitor)

Die Uhr im Bild dokumentiert die Messzeitspanne : 2 Minuten und 30 Sekunden

rsdioaktive Strahlen MEssung an Sylvester Knallfröschen mit dem YB-Mini-Monitor  Bild10 : Nun die Messung in kürzestem Abstand über den 4. Knallfröschen  0,279µSv/h (2. rote Warnlampe leuchtet nun am YB-Mini-Monitor)

Schwarzpulver enthält Kaliumnitrat und mit dem Kalium40-Isotop einen Betastrahler. Der YB-Mini-Monitor detektiert Energie , welche über das K40-Isotop in die Umgebung einfließt. Es leuchten zwei  Warnlampen ROT am YB-Mini-Monitor. 

Fortsetzung folgt...



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Chetan Reinhard
Sannyas
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(letzte Textänderung auf dieser Seite : 16.10.2015)