Nun nehmen wir die nächsten Messungen vor, mit dem
Miniaturmonitor + DigiCounter und mit einer Vergleichsröhre.
Von der Vergleichszählröhre sind uns alle elektrischen und
mechanischen Daten aus einem Datenblatt verlässlich bekannt.
Falls der Digitalcounter keine Zeitmessung zulässt, wird noch eine kleine elektronische Stoppuhr benötigt.
Als Vergleichszählröhre soll uns hier die ZP 1320 von Valvo dienen.
Zunächst wird zur Kontrolle mit dem kalibrierten
Geigerzähler die Gamma-Strahlendichte in unserem Versuchsraum
überprüft.
Der gewonnene Messwert wird notiert.
z.B.: R_gamma = 15 (für 0,15 µSv/h)
In der nächsten Messung wird die Strahlendichte in unserem
Versuchsraum mit der Vergleichszählröhre und dem
Miniaturmonitor gemessen und mit dem vorangegangenen Kontrollmessergebnis R_gamma=15
verglichen. (auf die richtige
Röhrenspannung achten , ca. 500 Volt, ist am Minimonitor
häufig mit einem kleinen Poti einstellbar)
20 Minuten Messzeit soll uns hier mal für den Anfang ausreichen.
Angenommen der Zählerwert am Digicounter sei nach 20 Minuten
gleich 221
Nun wird dieser Zählwert auf die Dauer der Messzeit bezogen. Auf
diese Weise erhalten wir einen auf die Zeit bezogenen Messwert CPS
(CountsPerSecond)
In unserem Messbeispiel errechnet sich :
221Counts / 1200Sekunden = 0,184 CPS
Die Gamma-Strahlendichte in unserem Versuchsraum ist aus der
vorangegangenen Kontrollmessung mit 0,15µSv/h bekannt.
Also entsprechen die 0,184 CPS , welche mit dieser Röhre gemessen wurden, nun
R_gamma=15 , also 0,15µSv/h Gamma-Strahlendichte im Raum.
Frage : Wieviele Sekunden muss die Messzeit mit der ZP1320 betragen, damit bei 0,15µSv/h Gammastrahlendichte im Raum
der Zählwert R_gamma=15 am DigiCounter anzeigt wird ?
Lösungsweg: 0,184 CPS * T = 15
==> T=15/0,184CPS = 81 Sekunden
Antwort : Etwa T=81 Sekunden
Wir vermerken uns den Wert T=81 als "bezogene Messzeitspanne" auf die Röhre.
Bedeutung:
T=81 Nach 81 Sekunden Messzeit mit dieser Röhre, entspricht
der Zählwert am Digicounter dem hundertfachen Wert der
Gammastrahlenflußdichte im Raum in der Einheit µSv/h. Mit
anderen Worten : Das Zählergebnis 10 entspricht auf diese
Weise 0,1µSv/h. Das Zählergebnis 15 entspricht
0,15µSv/h usw. wenn mit dieser Röhre 81 Sekunden
lang gemessen wird.
Manchmal geben Verkäufer eine sog. "Nullrate" bzw. "Nulleffekt" der angeboteten Zählröhre an.
Z.b. 7 Counts pro Minute als Nullrate.
Solch eine Angabe halte ich für sehr vage, weil der Wert für die
Hintergrundstrahlung, bei welcher diese Nullrate bestimmt wurde, in der Regel nicht mit genannt wird.
Die bezogene Messzeitspanne T lässt sich aus dieser sog. Nullrate
jedoch in etwa abschätzen, wenn ein durchschnittlicher Wert
für die Hintergrundstrahlung angenommen und eingesetzt wird. (z.b.
0,1µSv/h Hintergrundstrahlung)
Es ergibt sich dann:
T ~= 600 / Rnull ; wobei T der Kennwert für
die bezogene Messzeitspanne ist und Rnull die Nullrate der
Zählröhre pro Minute bei 0,1µSv/h Hintergrundstrahlung.
Umgekehrt ergibt sich die Nullrate durch Umstellung der Formel auch aus der bezogenen Messzeitspanne zu:
Rnull ~= 600 / T ;
Überprüfung der äquivalenten Glaswandstärke G (mg/cm²) der Zählröhre:
Als nächster Kennwert interessiert uns die äquivalente
Glaswandstärke G (mg/cm²) der Röhre. Dieser Kennwert gibt uns
einen Hinweis auf die Empfindlichkeit der Röhre für
Beta-Strahlung. Je durchlässiger die Röhrenwand für
Beta-Strahlung ist, desto hochwertiger und teurer sind
solche Röhren im Allgemeinen. Manche Zählröhren
bestehen nicht aus Glas, was uns jedoch nicht stören soll. Wir
überlegen uns einfach wie dick eine Glaswand zu sein hat,
welche ebenso durchlässig für
Beta-Strahlung ist, wie das Material, aus welchem die
Röhrenwand tatsächlich besteht. Einen Wert, welcher für
die Dicke einer solchen Glaswand steht, bezeichne ich als
die "äquivalente Glaswandstärke" und verwende dafür den
Formelbuchstaben G.
Auf der vorangegangenen Seite habe ich eine Hilfsformel angegeben,
welche für die Mehrzahl Zählröhren mit
Glaswandstärken zwischen etwa 30mg/cm² bis 70mg/cm² ganz
brauchbare Ergebnisse liefert.
I. M_beta = (M_gammabeta-R_gamma)/(1 - f*G) mit
: f*G= Beta-Strahlungsdämpfung des Messgerätes
f = 0,012 cm²/mg Beta
Strahlendämpfung von Glas
G=
Glas-äquivalente Areal Density in (mg/cm²)
Diese kleine Hilfsformel lässt sich zur Bestimmungsgleichung nach G umstellen.
aus I. folgt :
II. G = 1/f - ((M_gammabeta - R_gamma)/M_beta/f)
Unter Einsatz einer Prüfstrahlerfläche,
deren Beta-Strahlenflussdichte der Oberfläche bekannt
ist, lässt sich nun die äquivalente Glaswanddicke G einer Zählröhre
mittels einer weiteren Messung und anhand der Bestimmungsgleichung II.
ermitteln.
Fortsetzung folgt
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Chetan Reinhard
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(letzte Textänderung 02.04.2008)