Das Interesse an Messungen zur Radioaktivität resultierte in der Vergangenheit aus dem Test von Nuklearwaffen und den sich stark verbreitenden Kernkraftwerken seit den 1960er Jahren.
Heute hat das Thema wieder an Aktualität gewonnen, nachdem eine verpasste Energiewende zur Sicherung des Energiebedarfs den Bau weiterer Kernkraftwerke nach sich ziehen wird und verantwortungslose Politiker offen mit einer atomaren Drohkulisse agieren.
Ich habe nach Möglichkeiten zur Messung radioaktiver Strahlung recherchiert, um eine autonom arbeitende Messstation aufzubauen, die Messwerte erfasst und drahtlos weiterleitet. Die drahtlose Weiterleitung kann dabei via WiFi über einen Router ins Internet, über LoRaWAN beispielsweise ins TTS (CE) oder ESP-NOW an einen Konzentrator zu Anzeige und/oder Weiterleitung erfolgen. Im Vordergrund steht aber zuerst die Messwerterfassung selbst über die ich hier berichten werde.
PiGI – Raspberry Pi Geiger-Müller Interface
Von der Apollo-NG wurde das PiGI – Raspberry Pi Geiger-Müller Interface als einfaches Open-Source-Plug-and-Play-Modul für den Raspberry Pi entwickelt und gebaut, um ihn in einen preiswerten Mehrzweck-Geigerzähler zu verwandeln. Es erzeugt die notwendige Hochspannung (bis zu 1000V), die die GM-Röhren zum Betrieb benötigen (typischerweise 400-600V für Beta/Gamma-GTs). Bei seinem Einsatz ist es nicht auf den Raspberry Pi festgelegt, da das Interface aus einer Impuls-Schnittstelle besteht, die durch jeden Mikrocontroller ausgewertet werden kann.
Ich verwende hier einen M5StickC als Mikrocontroller zum Zählen der Impulse des PiGI-Boards und zum Versenden der Messergebnisse über PushOver an mein Smartphone. Auf diese Weise kann ich die Funktionsweise des PiGI-Boards über einen längeren Zeitraum verfolgen.
Bei einer Detektorempfindlichkeit von 50 cpm/uSv/h erzeugt die Hintergrundstrahlung von 100 nSv/h eine Zählrate von ca. 5 cpm. Den Tagesverlauf der Messung der Hintergrundstrahlung zeigt die folgende Grafik.
Bei den geringen Zählraten dauert ein Messvorgang bis zu 20 Minuten, da im Programm insgesamt 100 Counts ausgewertet werden.
Das Programm M5StickC_Counter.ino steht auf Github zur Verfügung.
DFRobot Gravity Geiger Counter
Von DFRobot wir ein zum PiGI vergleichbarer Geiger Counter auf Basis des M4011 Zählrohrs angeboten. Eine technische Beschreibung finden Sie über das DFRobot Wiki.
Auf Github wird eine angepasste Software zur Verfügung gestellt: https://github.com/cdjq/DFRobot_Geiger
Ich verwende hier und für alle anderen, mit einem Pulseausgang ausgestatteten Geigerzähler zu Vergleichszwecken das Programm M5StickC_GMC_Test.ino – eine abgewandelte Version des Programms M5StickC_Counter.ino.
Das Interface zum M5StickC gestaltet sich dann folgendermassen:
RadSens
RadSens ist ein universelles Dosimeter-Radiometer-Modul auf Basis des bewährten Geiger-Müller-Zählrohrs SBM 20-1. Das Board unterstützt verschiedene Geiger-Müller-Zählrohre, wie J305, M4011, STS-5 u.a.
Ein STM32-Mikrocontroller on-board erfasst die GMC Impulse und stellt die Resultate über ein I2C-Interface einem externen Controller zur Verfügung. Das Board unterstützt
- das Ändern der I2C-Adresse,
- das Ausschalten des Hochspannungsgenerators (400 V) zur Reduzierung des Stromverbrauchs
- das Ausschalten der Indikator-LED
- und die Feineinstellung der Zählerempfindlichkeit.
Da hier die Daten über ein I2C-Interface vom externen Mikrocontroller übernommen werden, ändert sich auch das betreffende Programm. Ich frage mit dem Programm UnoWiFiR2_GMC_RadSens.ino die GMC Schnittstelle ab, bereite die Ausgabe über den Serial Monitor sowie die Übergabe der Daten an Thingspeak und Radmon.org vor. Die auf Thingspeak aufgezeichneten Daten können auf meiner Website nachverfolgt werden. Die seriellen Ausgaben und die Platzierung der Messstelle sowie deren Messwerte zeigen die folgenden Bilder. Das Life Map von Radmon.org finden Sie unter https://radmon.org/.
Im Dauerbetrieb hat sich gezeigt, dass mitunter die WiFi-Verbindung verloren ging. Der Diskussion auf Arduino Uno Wifi Rev 2 – WifiNina – restart after network connection loss folgend habe ich ein Reconnect eingebaut. Im Test ist nun das Programm UnoWiFiR2_GMC_RadSens_reconnect.ino.
MultiGeiger
In der Gruppe Ecocurious treffen sich Tüftler, Entwickler und Öko-Interessierte, um über Open-Source Projekte den unterschiedlichsten Dingen auf die Spur zu kommen.
In der Gruppe wurde der MultiGeiger entwickelt, der ein hochwertiges Geiger-Müller-Zählrohr besitzt und gleichzeitig kostengünstig ist. Messwerte werden über WLAN und/oder LoRaWAN übertragen. Damit kann der Multigeiger mit Netzteil stationär, im Garten oder auf der grünen Wiese betrieben werden. Das Board kann mit einem Heltec WiFi Kit 32 oder einem Heltec Wirelss Stick betrieben werden.
Einen vertieften Einstieg in den MultiGeiger finden Sie über die folgenden Links:
Die MultiGeiger Leiterplatte nimmt die Komponenten für die Hochspannungserzeugung, das Interface zum Mikrocontroller und eine der beiden oben angegebenen ESP32-basierten Mikrocontroller über Buchsenleisten auf.
Der Aufbau des gesamten Messgeräts ist in der angegebenen Dokumentation ausführlich beschrieben. Das nebenstehende Bild zeigt die bevorzugte Gehäusevariante.
Die Lieferung der Komponenten ist avisiert. Ich werde von meinen Inbetriebnahmetests berichten.
| Anwendung | GM-Zählrohr | Empfindlichkeit in cpm/mSv/h | CPM nur Hintergrund | PB40 gemessen | uSv/h @PB40 |
| PiGI | FHZ 76 V | 53 | 4.5 | 155 | 2.925 |
| DFRobot Gravity GMC | M4011 | 154 | 13.1 | 412 | 2.679 |
| RadSens | SBM-20 | 220 | 18.7 | ||
| MultiGeiger | Si22G | 792 | 67.3 |
Die Funktionsfähigkeit der verschiedenen GMC teste ich mit dem Sensortester PB40 von Teviso.
Der PB40 enthält eine kleine Menge Pechblende (Uraninit), eingebettet in eine Kunststoffscheibe. Pechblende (Uraninit) ist ein radioaktives, uranhaltiges Mineral und Erz mit einer chemischen Zusammensetzung die weitgehend aus UO2 besteht. Emittiert werden Beta- und Gamma-Strahlung mit einer Dosisleistung von ca. 10 μSv/h bei einem Abstand zwischen PB40 und Zählrohr von 10 mm.
Dank der hermetischen Versiegelung und der geringen Menge an radioaktivem Material kann der PB40 Sensortester ohne Risiko für die Gesundheit gehandhabt werden.
Die Dauertests für einzelne GMC kann auf meiner Website nachverfolgt werden.
Weitere Informationen sind u.a. über https://sites.google.com/site/diygeigercounter/home zu finden.
2022-05-18/ck
ckArduino 