1-48 - Elektor Januar 1980 Geiger-Müller-Zähler

. In enger Zusammenarbeit mit J.P. Haas

Jedes Kind kennt den Geigerzähler: Eine Art (Ver-) Wünschelrute des Atomzeitalters. Ein geheimnisvollesKästchen verkündet unheimlich tickend und knatternd Gefahr, Bedrohung, Unheil. Unsere Angst vor denGeistern, die die Wissenschaft rief und die die Menschheit nicht mehr loswird, projiziert sich auch auf denIndikator: Ein unscheinbares, simples Gerätchen, das man leicht selbst bauen kann, wie dieser Beitrag zeigt.

Der Vorwurf ist nicht von der Hand zuweisen: Elektor betreibt das Geschäftmit der Angst. Warum sonst die Ver-öffentlichung eines Geigerzählers?Sicher, die Angst ist da, nicht zuletztgenährt durch aktuelle Ereignisse inHamburg und Erftstadt, von anderen"Störfällen" ganz abgesehen. Aber auchdas Interesse und die Neugier: Wie siehtdenn so ein Geigerzähler aus, wie funk-tioniert er, wie kann man ihn bauen?

Wie funktic;miert ein Geigerzähler?Ein Geigerzähler ist am ehesten zu ver-gleichen mit einem Belichtungsmesser'Ein Meßgerät für Strahlungen.Im Falle des Belichtungsmessers für rela-tiv energiearme, harmlose Strahlungen,die wir als Licht sehen können. DerGeigerzähler mißt unsichtbare, energie-reiche, schädliche Strahlungen, aufgrundihrer Eigenschaften "ionisierende"Strahlungen genannt. Dazu zählen: ex-,ß- und r-Strahlen und die mit letzterenverwandten Röntgenstrahlen. Mehr über"Strahlen" im gleichnamigen Beitrag indieser Ausgabe.Aufgrund der Eigenschaften der ionisie-renden Strahlungen ist auch ein ent-sprechendes, anderes Meßverfahren alsbeim Belichtungsmesser erforderlich.Hierum haben sich die deutschenPhysiker H. Geiger und W Müller ver-dient gemacht. Sie erfanden das Geiger-Müller-Zählrohr. Bild 1a zeigt den prin-zipiellen Aufbau, Bild 1b die Prinzip-schaltung. In einem gasgefüllten Metali-zylinder befindet sich isoliert ein dünnerMetalldraht. Zwischen Zylinder undDraht wird eine so hohe Spannung an-gelegt, daß gerade noch keine Entladungdurch Funkenüberschlag (Ionisation)einsetzt. Fliegen nun geladene, energie-reiche Teilchen (z.B: Elektronen oderIonen) durch das Rohr, so wird die Gas-füllung ionisiert und damit leitend, eineEntladung setzt ein, die sich am Ampere-meter (im Prinzipschaltbild) als Zeiger-ausschlag bemerkbar macht. Die Gas-füllung besteht im allgemeinen auseinem Edelgas-Gemisch und einerLöschsubstanz (meist Äthylalkohol).Dadurch wird das selbsttätige "Löschen"des Entladungsvorgangs nach erfolgterIonisation erreicht. Der Spannungs-abfall am Arbeitswiderstand reicht zurBeendigung der Entladung aus. JederEntladungsvorgang ist ein Nachweis fürdas "Einfliegen" eines energiereichen

1t

Foto 1. Blick ins Innere eines Mantelzähl-rohrs. Man erkennt deutlich die innenliegendeElektrode, die Anode. Der Metallkolben(Mantel) bildet die Katode des Zählrohrs.

iTeilchens in das Zählrohr und verur- 1sacht einen Stromimpuls durch das .

Amperemeter bzw. einen Spannungs-impuls an einem Widerstand anstelle desAmperemeters. Das Maß für die Inten-sität einer Strahlung ist die Anzahl vonTeilchen = Impulse pro Zeiteinheit, z.B.pro Sekunde oder Minute. Für einequantitative Anzeige benötigt man eineZähleinheit, die diese Impulsrate an-zeigt.Noch einige Worte zu den Zählrohren.Die an positivem Potential liegendeElektrode (der Metalldraht) bezeichnetman als Anode, den die Anode um-gebenden Metallzylinder als Katode. Beieinigen Zählrohren ist die Katode nochvon einem Glaskolben umgeben. Zähl-rohre mit einem geschlossenen Metali-zylinder werden Mantelzählrohre ge-nannt, befindet sich im Zylinder eine'mit einer Glimmerscheibe abgedeckteÖffnung, so handelt es sich um einFensterzählrohr.Die Teilchen einer Strahlung werden vomMetallmantel je nach Wandstärke undMaterial mehr oder weniger gebremst.Empfindliche Mantelzählrohre sind sehrdünnwandig und dementsprechend vor-sichtig zu behandeln. Bei Fensterzähl-rohren sorgt das Glimmerfenster fürnahezu ungebremsten Eintritt der Teil-chen und entsprechend hohe Empfind-lichkeit. Die Glimmerscheibe ist eben-falls hauchdünn und sollte möglichstnicht berührt werden.Mantelzählrohre eignen sich zur Mes-sung von Gamma-Strahlung sowie Beta-und Gamma-Strahlung, mit Fenster-Zählrohren lassen sich Alpha-, Beta-und Gamma-Strahlung messen.Das Blockschaltbild eines Geiger-Müller-~(GM-)Zählers ist in Bild 2 dargestellt

,und besteht im wesentlichen aus zweiTeilen: Einem Hochspannungsgenerator,der eine stabilisierte Hochspannung imBereich zwischen etwa 400 und 800 V(je nach Rohr) erzeugt, und einer Meß-schaltung zur akustischen und optischenAnzeige der Impulsrate (Strahlungs-inten sität) .

Realisierung der SchaltungDer Gesamtschaltplan ist in Bild 3 dar-gestellt und besteht aus dem Hochspan-nungsteiJ oben im Bild, Röhre und aku-stische Meßschaltung (Verstärkerteil)links darunter und Anzeigeteil mit Dreh-spulinstrument unten rechts im Bild.

Geiger-Müller-Zähler

Zuerst zur Hochspannungserzeugung:Am Punkt A am Eingang der Regel-schaltung liegt die am Ausgang derKaskade (Punkt A) erzeugte Hochspan-nung an. Eine Reihenschaltung vonsechs 10-M-Widerständen (R2a bis R2f)bildet zusammen mit P1 und R1 einenSpannungsteiler an der Basis von Tran-sistor T1. Mit P1 ist der Spannungsteilerund damit die Hochspannung zwischenetwa 300 und 1000 V einstellbar. DieRegelung der Hochspannung erfolgt mitT1:Solange die Hochspannung unter demmit P1 eingestellten Sollwert liegt, istT1 gesperrt, die Basisspannung (= durchSpannungsteiler heruntergeteilte Hoch-spannung) beträgt unter 0,7 V. AmKollektor von T1 liegt daher positivesPotential (logisch 1), so daß der mitdem Schmitt- Trigger N 1 aufgebauteOszillator schwingt. Der Oszillatorsteuert über N2 als Pufferstufe und T2und T3 als Treiberstufe den Transfor-mator. Aufgrund der niedrigen Oszil-latorfrequenz dient ein normaler Klein-netztrafo als Übertrager. Auf derSekundärseite des Transformators(220-V-Wicklung) liegt dann eine Span-nung von etwa 250 V, die eine Span-nungsvervielfacherkaskade (D4 bis D11und C4 bis C11) auf bis zu 1 kV erhöht.Wenn der Oszillator eingeschaltet ist,steigt die Spannung am Ausgang derKaskade so lange an, bis sie den ein-gestellten Wert erreicht. Die Basis-spannung von T1 beträgt nun 0,7 V,T1 wird laitend, die Spannung amKollektor wird logisch 0, schaltet denOszillator S1 aus und verhindert so einweiteres Ansteigen der Hochspannung.Sinkt die Hochspannung durch Entla-dung der Kondensatoren in der Kaskadeunter den eingestellten Wert, so nimmtder Oszillator mit dem Sperren von T1wieder seinen Betrieb auf, die Kaskadewird impulsartig nachgeladen. Der Kon-densator C1 verhindert ein Oszillierenvon T1. Die Diode D1 in der Masse-leitung des Schmitt-Trigger-ICs 74LS13hebt das "O".Potential des ICs auf 0,7 Van und sorgt so dafür, daß der OszillatorN1 von T1 unter allen Umständen sicherabgeschaltet werden kann.Die Zenerdiode D2 mit VorwiderstandR4 stabilisiert über Emitterfolger T8 dieVersorgungsspannung für das IC und dieAnzeigeschaltung auf ca. 5,6 V. DieHochspannung selbst wird durch dieSchaltregelung über T1 auf etwa 2%konstant gehalten, was für die vorliegen-de Anwendung mehr als ausreicht.

Über R19 erhält das GM-Zählrohr dieHochspannung. Sobald ein ionisierendesTeilchen eintritt, wird das Rohr kurz-zeitig leitend, am Widerstand R8 ent-steht ein positiver Spannungsimpuls, derüber das Differenzierglied C12/R10 dieTransistoren T4 und T5 durchsteuert.Dieser Darlingtonverstärker produziertein deutlich vernehmbares Knacken imLautsprecher. Am Kollektor des Transi-stors T5 kann die Anzeigeschaltungangeschlossen werden.Der Transistor T6 in der Anzeigeschal-

1aStrahlung-

+

80035 18

Bild 1a. Prinzipieller Aufbau eines Geiger-Müller-Zählrohrs. Es besteht aus einen mitEdelgasgemisch (meist Halogen) gefülltenMetallzylinder (Katodel, in dem sich isoliertein dünner Metalldraht (Anode) befindet. Dieangelegte Gleichspannung ist so hoch, daßgerade noch keine Funkenentladung(lonisationl im Rohr beginnt. Sobald aber eingeladenes, energiereiches Teilchen oder eineenergiereiche Wellenstrahlung in die Kammereindringt, setzt Ionisation ein, der Stromflußdurch das Rohr wird vom Amperemeterangezeigt. Da das Zählrohr die Ionisationselbsttätig beendet ("löscht"), lassen sich dieIonisationvorgänge einzeln zählen. Die Anzahlder Stromstöße (Impulse) pro Zeiteinheit istein Maß für die Intensität der Strahlung.

1b R

.2) 80035 1b

Bild 1b zeigt die Prinzipschaltung einesGM-Zählrohrs.

Elektor Januar 1980 - 149

2cJ1JLQrx

counter

D1,DDDD

oImp/min

80035 2c

Bild 2. Blockschaltung des Elektor-Geigerzählers, im wesentlichen bestehend aus:Hochspannungsgenerator, Zählrohr mitAnoden- und Katodenwiderstand,Impulsverstärker und analogen Impulszähler(Integrator mit Drehspulinstrument, Bild 1b).Am Ausgang des Impulsverstärkers befindetsich ein Lautsprecher zur akustischenAnzeige. Alternativ oder ergänzend zumanalogen Impulszähler kann auch ein digitalerZähler (Bild 2c) an den Impulsausgangangegshlossen werden.

2

Foto 2. Verschiedene Geiger-Müller-Zählrohre. Von links nach rechts: Mantelzählrohr 18503(ZP 1200), das gleiche Zählrohr mit Fenster als 18504 (ZP 1400) sowie zwei weitere,empfindliche Fensterzählrohre.

tung dient als Pulsformer- und Treiber-stufe. Der Kollektorwiderstand ist alsSpannungsteiler ausgeführt, an dessenMittelpunkt D TTL-kompatible Impul-se zur Ansteuerung eines digitalenFrequenzzählers zur Verfügung stehen.Der über R15 durch D13 fließendeGleichstrom läßt an der Diode einekonstante Spannung von 0,7 V abfallen,die den Arbeitspunkt des Transistors T7aus dem Knick der Kennlinie raushält

(Basisvorspannung) . Kondensator C13integriert die vom Kollektor des Tran-sistors T6 kommenden Impulse. DieDiode D12 verhindert eine Entladungüber R13, R14, so daß die Zeitkonstan-te lediglich vom Kondensator und P2bestimmt wird. P2 erlaubt eine Anpas-sung an die Empfindlichkeit des Anzeige-instruments. Auf den Impedanzwandlermit Transistor T7, der die Belastung von

. C13/P2 gering hält, folgt noch ein

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3

Geiger-Müller-Zähler

*R19

..Bild 3. Gesamtschaltung des Geigerzählers, der Übersichtlichkeit halber dargestellt in drei Teilschaltungen:- Hochspannungsgenerator, bestehend aus TTL-Oszillator mit 74LS13, Leistungstreiber mit BC 141-16, Netztransformator 9 V als Übertrager

1 : 25, Gleichrichterkaskade zur Vervielfachung der Trafo-Sekundärspannung und geschaltete Regelung der Hochspannung über Transistor T1.Zählrohr mit Impulsverstärker und LautsprecherAnaloge Impulszählschaltung mit Drehspul- Anzeigeinstrument. Am Anschluß D kann ein digitaler Impuls- (Frequenz-) Zähler mitTTL-kompatiblem Eingang angeschlossen werden.

weiteres Siebglied mit R16/C14 undR17 und dann die Anzeige mit Dreh-spulinstrument. Da die Versorgung dergesamten Anzeigeschaltung stabilisiertist, bleibt die Anzeige des Instrumentsunabhängig von der Batteriespannung.Sie ist proportional der Impulsfrequenzund damit der Strahlungsintensität undkann mit P2 abgeglichen werden.Durch die geschaltete Regelung derHochspannung ist die Stromaufnahmeder Gesamtschaltung mit etwa 10 mAsehr niedrig. Bei relativ seltenem Ge-brauch reicht eine 9-V-Blockbatteriefür insgesamt etwa 10 Betriebsstundenaus. Bei häufiger Verwendung ist eineVersorgung mit zwei 4,5-V-Flachbatte-rien oder NiCd-Akkus empfehlenswert.

Wahl des ZählrohrsDie Wahl des Zählrohrs richtet sich nachAnwendungsbereich und Kosten. DiePreise liegen minimal bei etwa 50 DMfür ein einfaches Mantelzählrohr wiez.B. ZP 1310 (mißt Gamma- und starkeBeta-Strahlung). Ein Fensterzählrohr,mit dem sich auch schwache Alpha-,Beta- und Gamma-Strahlungen messenlassen, z.B. ZP 1430, kostet etwa180 DM. Unter den kostengünstigerenRohren stellt der Typ ZP 1400 einenguten Kompromiß dar. Dieses Fenster-zählrohr kostet etwa 70 DM, eignet sichzur Messung von Beta- und Gamma-Strahlung und ist deutlich empfindlicherals das ZP 1310. Für Strahlenschutz-

messungen reicht ein gamma-empfind-liches Zählrohr vollkommen aus, ledig-lich für den Nachweis von Alpha-Strahlung zu Versuchs-, Unterrichts-oder Demonstrationszwecken wird manein Alpha-Rohr wie ZP 1430 benötigen.Eine gute Übersicht mit ausführlichenDatenblättern findet man in dem in derLiteraturliste angegebenen Valvo-Hand-buch "Zählrohre".Auszugsweise sind in Tabelle I die wich-tigsten Daten der zuvor genannten Zähl-rohre angegeben. Hierzu eine kurzeBegriffsdefin ition:

Betriebsspannung UB

ist die Spannung, bei der das Zählrohr

80035 48

betrieben werden soll

Plateau

ist der Speisespannungsbereich, in demdie Impulsanzahl weitgehend unabhän-gig von der Speisespannung ist.

Nulleffekt

ist die unerwünschte Zählung, z.B.durch kosmische Strahlung, oder Strah-lung aus dem Material des Zählrohrs.

Totzeit

ist die Zeit, die das Zählrohr zum selbst-tätigen Löschen nach vorangegangenerIonisation benötigt. Während dieser Zeitspricht es auf weitere einfallende Strah-

Bild 4. Zusammenhang zwischen Impulsrate (lmp/s) und Dosisrate (R/h) für zwei Zählrohre imDiagramm als Kennlinie dargestellt:ZP 1400 (Bild 4a) und ZP 1310 (Bild 4b). Das Fensterzählrohr ZP 1400 ist um den Faktor 10empfindlicher als das Miniatur-Mantelzählrohr ZP 1310. IQuelle: Valvo Handbuch "Zählrohre"1977)

Geiger-Müller-Zähler

3

t..

Foto 3. Das Miniatur-Mantelzählrohr 18509

(ZP 1310) im Größenvergleich mit einemStreichholz.

lung nicht an.

Grenzdaten

für Betriebsspannung UB, Arbeitswider-stand RA und Umgebungstemperatur~U dürfen unter keinen Umständenüberschritten werden.

Kennlinie

ist der Zusammenhang zwischen Impuls-rate (oder Anodenstrom) und Dosisrate(in Röntgen).

Bild 4b zeigt diese Kennlinie für dasbilligste Mantelzählrohr ZP 1310 (nurGamma- und starke Beta-Strahlung),Bild 4a für das empfindlichere Fenster-zählrohr ZP 1400 (Beta- und Gamma-Strahlung) .Die Unterschiede in der Empfindlichkeitwerden deutlich: Bei gleicher Dosis von1 mR (Milliroentgen) liefert das Fenster-rohr etwa 20 Impulse pro Sekunde, dasMantelzählrohr hingegen nur 2 Impulsepro Sekunde, es liegt damit bereits amunteren Ende des Meßbereichs.

Aufbau auf PlatineDer Aufbau der Schaltung ist mit der inBild 5 dargestellten Platine weitgehendunproblematisch. Wegen der auftreten-den Hochspannung ist aber besondersim Bereich der Kaskade auf sauberesLöten (keine zu großen Lötstellen!) undsorgfältiges Reinigen der Lötstellen zuachten, um Überschläge und Kriech-strecken zu vermeiden. Daß nur ein-wandfreie Bauteile eine sichere Schal-tungsfunktion garantieren, ist (hoffent-lich) selbstverständlich. Problemekönnte es mit der Bauteilerhältlichkeitgeben. C15 ist mit 1 p/1000 V nichtunbedingt ein Standardbauteil. Hier gibtes eine einfache Lösung: Der Konden-sator ist für die Schaltungsfunktionnicht unbedingt erforderlich, da derWiderstand R18 selbst schon eine aus-

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reichende Parallel kapazität aufweist.C15 kann daher entfallen, es ist auchmöglich, eine Reihenschaltung von2 Kondensatoren 2,2 p/500 V zu ver-wenden. Ein kleineres Problem ist dererforderliche Netztrafo. VergosseneKleintransformatoren für Printmontagemit Abmessungen von etwa 33 mm x27 mm x 27 mm sind im Fachhandelrelativ gut verbreitet, die Platine ist fürdie in Bild 5 gezeigte Anschlußbelegungausgelegt. Bei abweichendem Rastermaßkann man den Trafo auch mit gutisoliertem Schaltdraht (Hochspannungauf der 220-V-Seite!) anschließen.Transformatoren mit größerer Leistungals angegeben sind nicht verwendbar!Anstelle des ICs 74LS13 läßt sich beiBeschaffungsproblemen auch der Stan-dard-TTL-Typ 7413 verwenden, aller-dings verdoppelt sich dann die Gesamt-stromaufnahme der Schaltung von etwa10 mA auf über 20 mA.Zählrohr, AnodenwiderstandR19 und,falls vorhanden, Kondensator C15 sindnicht auf der Platine montiert. R19 undParallel kondensator C15 werden unmit-telbar an die Anode des Zählrohrs an-geschlossen, um die Zuleitungskapazität

zwischen Anodenwiderstand und Anodeso klein wie möglich zu halten. DerAnschluß an den Anodenstift erfolgtmittels einer Kelchfeder (Steckverbin-der) mit Lötöse, die im Lieferumfangdes Zählrohrs enthalten ist. Das Auf-stecken der Feder auf den Anodenstifterfolgt nach dem Anlöten des Anoden-widerstands an die Lötöse. Der Anoden-stift des Zählrohrs selbst darf wedererhitzt noch mechanisch beanspruchtwerden!

Inbetriebnahme und AbgleichVor dem ersten Einschalten wird dasZählrohr noch nicht angeschlossen.Trimmer P1 stellt man auf maximalenWiderstandswert (minimalen Wert derHochspannung) ein (Schleifer liegt anR1). Nach dem Einschalten dauert eseinige Sekunden, bis die Kaskade aufge-laden ist. Danach wird der Oszillator nurnoch ganz kurz impulsartig eingeschal-tet, um die Kaskade nachzuladen. Diesläßt sich durch Messung der Stromauf-nahme überprüfen. Sie beträgt währendder Einschaltphase etwa 120 mA undgeht danach auf unter 10 mA zurück.Nun schließt man ein Multimeter (Meß-

4

Foto 4. Bestückte Musterplatine.

Tabelle 1

Typ18509 18504 18526

(ZP1310) (ZP 1400) (ZP 1430}

a-Empfindlichkeit nein nein ja

ß-Empfindlichkeit > 0,5 MeV ja ja

'}'-Empfindlichkeit 10-3.. .3.102 R/h 10-4 .. . 1 R/h 10-5 . . . 1 R/h

Us (typ.) 580 V 500 V 575 V

Plateau 500 . . . 650 V 400 . . . 600 V 450 . . . 700 V

RA (typ.) 2M2 10 M 10M

NuUeffekt .;;;2 Imp/min .;;;10 Imp/min = 25 Imp/minTotzeit .;;;15 p.s .;;;90p.s = 190 p.s

Us max. *) 650 V 600 V 700 V

RA min. *) 2M2 4M7 2M2

U min. *) -40°C _50° C -50°C

U max. *) +75° C +75°C +75°C

U max. bei Dauerbetr.*) +50° C +50° C +50°C

*) absolute Grenzwerte

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5

Se:CCB

Bild 5. Platine des GM-Zählers mit Bestückungsplan. R19 und C15 befinden sich nicht auf derPlatine, sondern unmittelbar am Anodenanschluß des Zählrohrs!

Geiger-Müller-Zähler

Stückliste

Widerstände:

R1 = 47 kR2a... R2f= 10MR3,R4 = 4k7R5 = 390 n.R6,R13= 150nR7,R12= 3k3R8 = 330 kR9 = 100 kR10=470kR11,R18= 100n.R 14 = 330 n.R15 = 33 kR16,R17 = 6k8R19 = RA (typ.), siehe Tabelle I,

für ZP 1400: R19 = 10M

Kondensatoren:

C1 = 100n

C2 = 10 1-1/10VC3,C13= 1001-1/10 VC4 . . . C11 = 21-12/350 VC12=15n/100VC14 = 2201-1/10 VC15 = 1 p/1000 V

(kann auch entfallen)

Trimmpotentiometer:

P1 = 250 kP2 = 47 k (50 k)

Halbleiter:

T1,T2,T4,n,T8 = BC 547B, BC 107B

T3 = BC 141-16

T5 = BC 140-16, BC 141-16T6 = BC 557B, BC 177BD1,D12,D13,

D14 = DUS (1N4148, 1N914)D2 = Zenerdiode 5V6/0,4 WD3... D11 = 1N4007JC1 = 74LS13

Sonstiges:Netztraformatorprim. 220 V, sek. 9 V/180 mA(1,6 VAl, nach VDE 0551,vergossen, Printmontage,Prüfspannung 6 kVDrehspulinstrument 50l-lALautsprecher 8 n./O,2 WZählrohr 18504 (ZP 1400), Valvo

bereich 1 kV) zur Einstellung der Hoch-spannung an den Ausgang der Kaskadean und stellt die Hochspannung auf diefür das Zählrohr angegebene Arbeits-spannung UB typ. ein. Dabei ist folgen-des zu beachten: Vorsicht vor der Hoch-spannung! Beim Messen unbedingt gutisolierte Prüfspitzen bzw. Meßklemmenverwenden, Berühren hochspannungs-führender Schaltungspunkte unbedingtvermeiden. Die Hochspannung bleibtauch nach dem Ausschalten einige Zeitstehen. Für beschleunigtes EntladenKaskade nicht kurzschließen, sondernüber einen Widerstand von einigen Kilo-ohm entladen.Nun zum Abgleich des Anzeigebereichs:Hierzu wird ein Impulsgenerator (z.B.Funktionsgenerator mit Rechteckaus-gang) benötigt, der Impulse von minimal5 V Amplitude in einem Frequenz-bereich von 5 Hz bis etwa 20 Hz liefert.Den Meßbereich für Voll ausschlag kannman selbst wählen. Die Anzeigeschaltung

Geiger-Müller-Zähler

ist so dimensioniert, daß bei maximalerEmpfindlichkeit (Schleifer von P2 amPluspol. von C13) bei einem 50-JlA-Instrument mit ca. 7 Imp.ls Voliaus-schlag erreicht wird, ein 100-JlA-lnstru-ment zeigt dementsprechend bei ca.15 Imp./s Vollausschlag.Bei Verwendung eines Zählrohrs vomTyp ZP 1310 erhält man (mit 50-JlA-Instrument) einen empfindlichsten Meß-bereich von etwa 4 mR/h, bei ZP 1400ist die max. Empfindlichkeit um denFaktor 10 besser (0,4 mR/h). BeimAbgleich geht man zweckmäßigerweisefolgendermaßen vor:1. Aus dem Datenblatt des Zählrohrs

Impulsfrßquenz für den gewünschtenAnzeigebereich der Dosisrate entneh-men (z.B. 20 Imp./s für eine Dosisratevon 1 mR/h beim Zählrohr ZP 1400).2. Diese Frequenz (in unserem Beispiel

20 Hz) am Impulsgenerator einstellenund an den Eingang der Zählschaltung(parallel zu R8) anschließen.3. Trimmer P2 auf Vollausschlag des

Drehspulinstruments abgleichen..Zur Kontrolle der eingestellten Impuls-frequenz kann an den Punkt DeinFrequenzzähler angeschlossen werden.Der Geigerzähler ist nun abgeglichenund betriebsbereit, sobald das Zählrohrangeschlossen ist.Wie kann man aber überprüfen, ob erauch tatsächlich funktioniert?Zunächst einmal gibt schon der Null-effekt Aufschluß über die Funktion desGeigerzählers: Im Lautsprecher wird essporadisch knacken. Eine höhereImpulsrate läßt sich durch Messung aneinem radioaktiven Präparat erzielen,das man in jedem guten Haushalts- undCampinggeschäft preiswert erwerbenkann:Einen Gasglühstrumpf, der nach demvon dem berühmten österreichischenErfinder Auer von Welsbach entdecktenVerfahren unter anderem mit Thorium-oxyd getränkt und daher schwach radio-aktiv ist. Diese schwache Radioaktivitätist mit dem GM-Zähler eindeutig nach-weisbar und liefert je nach Zählrohr biszu 50Imp./s. Eine andere Testmöglich-keit liefert das Kalium4o-Präparat "Pott-asche", erhältl ich in Apotheken undDrogerien.

Praktische Hinweise

Die Stromversorgung erfolgt, wie er-wähnt, mit Batterien oder NiCd-Akkus(z.B. 6 Stück Mignon-NiCd 450 mAhl.

.In letzterem Fall sollte man in die Plus-Leitung eine flinke Sicherung 1 A auf-nehmen, um größere Schäden bei Kurz-schlüssen abzuwenden.Wird für den Einbau der Schaltung einKunststoffgehäuse verwendet, so kanndas Zählrohr mit in das Gehäuse ein-gebaut werden. Alpha- und Beta-empfindliche Zählrohre müssen mit demGlimmerfenster aus dem Gehäuse her-ausragen oder in einem eigenen Schutz-gehäuse untergebracht und über einKoax-Meßkabel mit dem Gerätegehäuseverbunden werden (siehe Foto des

. Mustergeräts). Bei Nichtgebrauch ist das

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Foto 5. Ansicht des Mustergeräts. Das Zählrohr ist getrennt von der Elektronik in ein eigenesGehäuse eingebaut ("Zählrohr-Sonde") und über Kabel und Koax-Buchse mit dem Geräte-gehäuse verbunden. Die drei Umschalter auf der Frontplatte haben folgende Funktion:Ein/Aus, Batterie/Netz und Meßbereichsumschaltung.

Zählrohrfenster mit einer Abdeckkappezu verschließen, um die empfindlicheGlimmerscheibe zu schützen. Es ist auchzu empfehlen, dünnwandige Zählrohreim Gehäuse mit Schaumstoff oder Wattezu "polstern" sowie mechanische Be-lastungen und Erschütterungen zu ver-meiden.. Wegen der abschirmenden Wir-kung können Zählrohre nicht in einMetallgehäuse eingebaut werden.Noch einige Hinweise zum praktischenGebrauch des Geigerzählers. Reicht dieLautstärke der akustischen Anzeige(wegen der sehr schmalen Zählimpulse)nicht aus, so kann der Widerstand R 11bis auf 10 n ohne Gefahr für Transi-stor T5 verkleinert werden, dann istaber auch R7 auf 560 n zu ändernAuch der Anschluß eines 8-n-Ohr-hörers, zweckmäßig über Umschalt-Klinkenbuchse 3,5 mm, ist möglich.Außer für Versuchs-, Unterrichts- undDemonstrationszwecke wird man miteinem Meßbereich von etwa 1 bis

Foto 6. Radioaktives Präparat zum Testen desGeigerzählers: Ein handelsüblicher Gasglüh-strumpf.

5 mR/h Vollausschlag auskommen.Mehrere verschiedene Meßbereiche las-sen sich durch Verwendung mehrererentsprechend abgeglichener Trimm-potentiometer P2 und deren Umschal-tung realisieren.Bei Messungen im häuslichen Bereichoder in der freien Natur wird man keinewesentlich über den Nulleffekt hinaus-gehende Radioaktivität feststellen.Auch die manchmal der ungebührlichenRöntgenstrahlung verdächtigten Farb-fernseher erwiesen sich bei Messungenim Elektor-Labor als unergiebige Strah-lungsquellen.Was aber soll man tun, wenn man tat-sächlich eine starke (Gamma-)Strahlung(Anzeige 1 mR/h oder größer) feststellt?Zuerst einmal sollte man sich schleunigstaus dem mutmaßlich verseuchten Gebietzurückziehen und bei begründetemStrahlungsverdacht die Polizei benach-richtigen, die dann ihrerseits die zustän-digen Stellen informiert. Natürlich isteine Fehlanzeige des GM-Zählers nichtmit absoluter Sicherheit auszuschließen.Es ist wohl allgemein bekannt, daßRadioaktivität mit Blei abgeschirmt wer-den kann. Alpha- und Betastrahlungenwerden vollständig abgeschirmt, Gamma-und Roentgenstrahlung in Abhängigkeitvon der Wandstärke abgeschwächt. Als"Gegenprobe" kann man daher dasZählrohr mit einem Bleirohr (einseitiggeschlossen) abschirmen. Geht die An-zeige dann deutlich zurück, so hat manoffensichtlich eine Strahlung gemessen,die durch das Bleirohr abgeschwächtwird - also Radioaktivität.Wir hoffen, daß dieser Fall nie eintritt!'"

Bildquellennachweis:

Bild 48, Bild 4b: Valva HandbuchZählrohre 1977

Foto 1, Foto 2, Foto 3: VAL VOUnternehmensbereich Bauelemente der

Philips GmbH, Hamburg

Literatur:

Va/va: "Zählrohre 1977", Va/va Hand-buch, Februar 197Z