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Beobachtung radioaktiver Strahlung in meiner Umgebung                         Seite 3

Das Zählrohr ; Messungen mit der Vergleichszählröhre


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
Sannyas
Meditationszentrum München Deutschland

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(letzte Textänderung 02.04.2008)