Zelfgebouwde Stralingsdetector
Datum:  Mei 2013 - Januari 2014

Inleiding:

Een ionisatiekamer bouwen die straling kan meten.
 

Materiaal:

  • Digitale Voltmeter
  • 9v Batterij
  • NPN Darlington transistor bv type BC237B
  • Weerstand van 4.7 kOhm
  • Metalen Kan (soep blik of koffie blik)
  • Geïsoleerde draad
  • Metalen staaf
  • Batterij draad connector

 
  • Aluminium folie
  • Krimpkous
  • Heatgun of aansteker
  • Tang
  • Draadstripper
  • Hot glue
  • Soldeerstation
  • Dremel met boor
  • Koperdraad (elektriciteitsdraad)
Uitvoering:
De bedoeling is om een draad door de centrale as van de kan te laten lopen waarbij men er op moet letten dat deze centrale draad niet in contact komt met de kan zelf.
  • Soldeer de lange draad vast aan de middelste connector van de transistor
  • Buig de andere connectoren naar buiten.
  • Plaats een krimpkousje over de soldeer en laat deze krimpen.

 

  • Neem de kan en boor een gat door het middelpunt van de metalen onderkant.
  • Steek de transistor met lange draad door het gat. Let erop dat deze transistor/draad geen contact maakt met het blik.
  • Lijm de transistor vast, dusdanig dat de krimpkous nog een beetje buiten het gat steekt.
  • Soldeer de weerstand vast aan de buitenkant van het blik.
  • Verbind de batterij via de connector met weerstand en digitale voltmeter volgens bovenstaand schema (collector transistor aan - pool batterij).
  • De Digitale voltmeter staat ingesteld op mV metingen
  • Plaats een radioactieve bron in het blik, maar denk daarna de onderkant volledig af met folie (het monster ligt dus op de folie).
  • Gebruik evt. een elastiek om het folie om het blik het vast te zetten
   

1ste poging
Bij mijn eerste pogingen om op de hierboven beschreven manier (een meting uit te voeren liet geen duidelijk resultaat op de multimeter zien, welke radioactieve bron ik ook uitprobeerde. Op een gegeven moment dacht ik dat ik of de schakeling verkeerd had opgebouwd of de transistor op een of andere manier opgeblazen. Op dat moment besloot ik de schakeling opnieuw op te bouwen. Ik besloot ook een koperen draad (gestripte elektriciteitsdraad) te gebruiken i.p.v. een stalen/ijzer draad.
2de poging
Nadat ik de detector opnieuw gebouwd had keek ik ook nog eens goed naar de YouTube film van Bionerd. Daarin viel me op dat ze de detector testte, door de onderkant open te houden en het monster dicht bij de draad te brengen. Daarna maakte ze de onderkant dicht met alufolie en zette het geheel op een monster.

Nul meting (alleen draad) Blanco (papier + hand)
Resultaten Uraanglas meting:
  • Nul meting: 58 mV
  • Blanco: 75 mV
  • Uraanglas: 156 mV

Als ik het monster uraanglas op de bodem van het blik neerleg meet ik alleen maar een waarde van ca. 58 mV.

 

Uraanglas + hand

0-meting

Blanco
Resultaten Fiestaware meting:
  • Nul meting: 58 mV
  • Blanco: 62 mV
  • Fiestaware: 153 mV
Werkt alleen als ik het Fiestaware wel heel dicht bij de staaf houdt.
 

Fiestaware
Rookdetector (Am241)  

Blanco

Am241
Resultaten Uraanglas meting:
  • Blanco: 62 mV
  • Am241: 100 mV

 Werkt alleen als ik de Am241 nagenoeg op de collector leg.
 

Discussie:

Een ionisatiekamer is een detector voor ioniserende straling, zoals alfa-, bèta- en gammastraling. Ten gevolge van ionisatie wordt het gas in de kamer geleidend. Het hierbij gevormde aantal ionenparen is afhankelijk van de soort straling (alfa, bèta of gammastraling) en van de energie van de straling. Dit is te meten in de vorm van een elektrische stroom, de zogenoemde ionisatiestroom. De ionisatiekamer is vrij simpel een metalen buis of blik met in het midden een elektrode. De wand van het metalen vat wordt gebruikt als kathode en de centrale draad als anode. De ruimte tussen de twee elektrodes kan gewoon lucht op normale atmosferische druk zijn. Als er luchtmoleculen worden geïoniseerd door straling zullen deze worden aangetrokken door de aardelektrode. Hoe meer deeltjes er op de aardelektrode aankomen hoe hoger de gemeten spanning. Dit is echter bij lage stralingsniveaus een erg kleine stroom (in de orde van picoamperes) welke zal moeten worden versterkt om een werkbaar signaal voor meters te maken. De ionisatiekamer kan in principe alle straling meten welke in staat is luchtdeeltjes in de kamer te ioniseren. Dit betekent in de praktijk dat meters met ionisatiekamers vooral bèta en gammastraling goed zullen detecteren
 

Eigenlijk ben ik er alleen maar zeker van dat de meting met uraanglas goed is uitgevoerd en dat de respons een "echte" was. De meter kan dus werken. De metingen met Fiestaware en Am241 heb ik een dag later uitgevoerd, maar ik ben er niet zo zeker van dat dit "correcte" metingen zijn. Ik heb geen enkele goede verklaring waarom de detector opeens niet goed zou werken.  Ik vermoed dat de metingen die ik een dag later uitgevoerd heb alleen een reactie zijn op de nabijheid van mijn hand en evt. luchtwervelingen. Dit type detector lijkt daar noga gevoelig voor te zijn.

Daarnaast moge het ook duidelijk zijn dat ik niet de gevoeligheid gevonden heb die in sommige YouTube filmpjes gedemonstreerd wordt.
 

Conclusie:

  • Het is mogelijk om op de hierboven beschreven manier een stralingsdetector te bouwen. Hoe betrouwbaar deze is dat kan een punt van discussie zijn.

Opmerkingen:

  • Ionisatie kamer of Ion Chamber

Literatuur:
  • Doug Cantor Ed.; "Popular Science - The Big Book of Hacks"; Weldon Owen; 2012; ISBN 9781616283995; p. 196.
  • Jeffrey. D. Goldader, Seulah Choi; "An Inexpensive Cosmic Ray Detector for the Classroom"; The Physics Teacher; 48 2010; p. 594-597.
  • R.J. Flink, "Straling"; HB Uitgevers; 2003; ISBN 9055741744; p. 65-67.
  • S.Z. Lewin; "12. Nuclear Radiation Detectors"; Journal of Chemical Education; 38 3 1961; p. A135-A162.
  • Galen W. Ewing; "LXXV. Nuclear Radiation Detectors"; Journal of Chemical Education; 51 3 1974; p. A139-A155.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Straling is de emissie van energie vanuit willekeurig welke bron. Als men over radioactieve straling spreekt dan gaat het om hoog-energetische straling zoals röntgenstraling, kosmische straling en de straling die vrijkomt bij kernreacties (gamma straling).

Straling wordt meestal gemeten met een Geiger teller. Een Geiger-Muller tellers is een deeltjes detector die de hoeveelheid ioniserende straling meet. Deze detecteert de emissie van nucleaire straling (alfadeeltjes, bètadeeltjes en gammastraling) door de ionisatie die geproduceerd wordt door het gas dat onder lage druk in de Geiger-Muller buis zit.

26/02/2014