„Geigerzähler“ für Jedermann
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„Geigerzähler“ für Jedermann LowCost Radioaktivitätsmesser für α-; β- und γ-Strahlung auf Basis von PIN Photodioden mit der Möglichkeit der Spektroskopie Niklas Fauth (15) Schriftliche Langfassung (gekürzt), 18. März 2013 Zusammenfassung Idee des Projekts war die in Klasse 9 und 10 häufig im Physikunterricht durchgeführte Teilchenphysik, bei welcher die Schüler nur selten selber mit Geigerzählern arbeiten dürfen, und wenn, dann sind diese meistens ungenau, nicht portabel oder einfach zu teuer um Schüler mit diesen Geräten auch draußen arbeiten zu lassen, wobei die Strahlungsanalyse und Nuklidbestimmung in der Umwelt gerade heute von großem Interesse für die Wissenschaft ist. Um entsprechende Versuche in der Schule durchzuführen, müssen die Geräte vor allem klein, günstig und kompatibel sein. So können die Schüler Ihre eigenen Smartphones dazu nutzen, Messungen durchzuführen und in gewissen Grenzen gesammelte Proben zu untersuchen und zu analysieren. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Radioaktivitätsmessers, basierend auf PIN-Photodioden. Durch die Verwendung von bis zu acht BPW34 ist es somit möglich, einen besonders günstigen, kleinen und erstaunlich empfindlichen Detektor aufzubauen, mit welchem weiterführend sogar Gammaspektroskopie betrieben werden kann. Der hier entwickelte nur 15x15x130mm große, etwa 50€ teure Radioaktivitätsmesser weist mit 10-14 CPM (Impulse pro Minute) eine hohe Empfindlichkeit auf, welcher sowohl für α-; β- als auch γ- und evt. Röntgenstrahlung verwendet werden kann. Über ein normales Adapterkabel oder eine externe Soundkarte kann der Detektor an ein Smartphone oder Laptop angeschlossen werden, um die Strahlendosis zu bestimmen, Daten mit GPS Koordinaten in Verbindung zu bringen (Radiation-Mapping) oder sogar auf Grund der zur Energie des Teilchens direkt proportionalen Amplitude des Ausgangssignals Gammaspektren von ca. 50-500keV aufzuzeichnen (Gammaquanten >500keV und Betastrahlung kann nur qualitativ erfasst werden). Hierbei wird vollständig auf einen Szintillator verzichtet, sodass lediglich der in den Dioden auftretende Photoeffekt und die daraus resultierende, ohne Verstärker kaum messbare und extrem kurze (10-20ns) Ladungsverschiebung zur Messung genutzt wird. Dabei liegt der Großteil der Arbeit in der Entwicklung einer Verstärkerschaltung mit Auswertung, um den bereits seit 1968 bekannten Effekt effektiv auszunutzen, wozu hier ein sehr schneller Operationsverstärker LMV794 von Texas Instruments genutzt wird. Mit diesem ist es möglich einen bestmöglichen Rauschabstand und hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Bis jetzt wurden zwei Prototypen erfolgreich aufgebaut und getestet, und auf eben diesen bezieht sich auch diese Langfassung. Ob für die wesentlich kleinere Endversion eventuell Details geändert werden müssen kann noch nicht gesagt werden und muss sich noch zeigen. „Geigerzähler“ für Jedermann Inhaltsverzeichnis Einleitung 2. Theorie 2.1. Radioaktivität 2.2. PIN-Photodioden 2.3. Geschichte der Radioaktivitätsmessung auf Diodenbasis 3. Hardware 4. Auswertung 4.1 Auswertung mit Smartphone 4.2 Auswertung mit PC 5. Ergebnisse 5.1. Weitere Detektorcharakteristika 5.2. Praktischer Einsatz 6. Resümee und Ausblick 1. Einleitung Seit der Entdeckung der Radioaktivität im Jahre 1896 wurden diverse Messgeräte und Methoden zum Nachweis und zur Messung entwickelt. Zu den Bekanntesten zählen hier wohl der Geiger-MüllerZähler und der Szintillationsdetektor. Doch ist es ebenfalls möglich, Radioaktivität mittels simpler Si-Dioden zu messen. Bereits 1964 gab es z.B. von der Fa. Phillips Halbleiterdioden, die β- und γ-Strahlen messen konnten. Leider wurde diese Idee nur von Wenigen aufgegriffen und erfolgreich umgesetzt, so z.B. die Firma Hamamatsu, heute Marktführer im Bereich Dioden für Strahlungsmessung. Zwar wurden über die Jahre immer wieder Schaltungen veröffentlicht, doch sind diese meist mit vergleichsweise langsamen Standardoperationsverstärkern aufgebaut, so dass kaum eine mit Zählrohren vergleichbare Empfindlichkeit erreicht werden konnte. Hinzu kommt, dass bei der Messung mit Photodioden Gammastrahlung am wenigsten mit den Dioden wechselwirkt, so dass vorwiegend Beta und 2 Alphastrahlung messbar sind. Aufgrund der geringen Reichweite von Alphateilchen sind diese jedoch ohne sehr dünne Folie zur Abdunkelung der Dioden ebenfalls nicht messbar, sodass lediglich die relativ uninteressante Betastrahlung messbar ist. Ziel der Arbeit war somit die Entwicklung eines Radioaktivitätsmessers mit vergleichbaren Eigenschaften eines Geigerzählers. Im Laufe des Projekts konnte hauptsächlich durch die Verwendung eines sehr schnellen OpAmps ein überragender Rauschabstand erzielt werden, woraus eine Empfindlichkeit von etwa 50-75% im Vergleich zu einem herkömmlichen Geigerzählers resultiert. Doch besonders in der Größe und im Preis ist der von mir entwickelte Detektor weit überlegen. Mit der Größe eines Kugelschreibers und Bauteilekosten von ca. 50€ stellt er eine echte Alternative zum weit verbreiteten Geigerzähler dar, und das bei der zusätzlichen Möglichkeit der Alphamessung und der Spektroskopie, wie sie sonst lediglich mit teuren Endfensterzählrohren oder Szintillationsdetektoren möglich wäre. Wie das Gerät aufgebaut ist, wie dieses verwendet werden kann und was bei der Entwicklung beachtet werden musste soll nachfolgend erläutert werden. 2. Theorie 2.1 Radioaktivität Beim Zerfall eines schwereren Atomkerns zu einem leichteren wird, abhängig vom jeweiligen Nuklid, Alpha, Beta oder Gammastrahlung emittiert. Diese „Strahlung“ besteht aus einzelnen Teilchen, bei α und β Kernreste, oder bei γ-Strahlung Gammaquanten. Jedes dieser drei Teilchen hat verschiedene Eigenschaften, so z.B. Reichweite, Energiebereich oder Entstehung. Jeder Strahlungstyp entsteht beim Zerfall eines speziellen Nuklids, welches charakteristisch diese Strahlung ausschließlich oder zu einem bestimmten Prozentsatz emittiert. α- und γ- Teilchen besitzen eine spezifische Energie, die beim jeweiligen Zerfall eines Kerns eines bestimmten Nuklids immer gleich groß ist. Die Energie von z.B. Gammaquanten ist vergleichbar mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, also der Farbe. Bestimmt man nun die „Farbe“ von Gammastrahlung, so zeichnet sich einer oder mehrere charakteristische Peaks ab, welche „Geigerzähler“ für Jedermann 3 So bieten diese unter anderem eine deutlich bessere Reaktions-zeit, eine wesentlich höhere Empfindlichkeit, verminderte thermische Drift, Linearität über einen großen Bereich sowie evt. eine hohe innere Verstärkung. Abbildung 2: Aufbau einer PIN-Photodiode [http://www.physics.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf]. Abbildung 1: (oben) charakteristisches Lichtspektrum für Quecksilber [http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de]; (unten) charakteristisches Gammaspektrum für Kobalt-60 [http://www.leifiphysik.de]. nuklidspezifisch eine bestimmte Energie besitzen und somit ähnlich der Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich direkte Rückschlüsse auf die Entstehung, das Nuklid, zulassen (siehe Abbildung 1). Diese Energiespektren und die Art der Strahlung werden in der Wissenschaft genutzt, um mittels professioneller Szintillationsdetektoren unbekannte Nuklide zu bestimmen und somit Rückschlüsse auf die Entstehung und den Ursprung zu ziehen (natürliches Nuklid oder künstlich erzeugtes, typisches Vorkommen etc.) 2.2 PIN-Photodioden Die Quantenausbeute eines Strahlungsdetektors ist definiert durch die Wahrscheinlichkeit, dass ein auf den Detektor einfallendes Photon oder Gammaquant ein Ladungsträger-Paar erzeugt, welches zu einem Stromfluss durch den Detektor führt. Dabei ist die Empfindlichkeit ein weiterer wichtiger Parameter zur Charakterisierung eines Strahlungsdetektors. Die Empfindlichkeit ist definiert als das Verhältnis von erzeugtem Photostrom zur einfallenden elektromagnetischen Energie. Die einfachste Art eines Halbleiter-Strahlungsdetektors kann durch Beobachten der Veränderung der Leitfähigkeit in einem Halbleiter durch das Erzeugen von zusätzlichen Ladungsträgern durch ein einfallendes elektromagnetisches Feld aufgebaut werden. Im einfachsten Fall ist ein solcher Detektor ein Photowiderstand. Sog. PIN Photodioden (positive intrinsic negative diode), pn Halbleiterdioden mit einer zusätzlichen schwach dotiert Schicht, können die Performance eines Photowiderstands bei der Radioaktivitätsmessung deutlich übertreffen. Wenn Photonen im Bereich 3 (pn-schicht) der Abbildung 2 Ladungspaare erzeugen, bewegen sich diese einige Zeit zufällig, bis sie rekombinieren und somit kein Strom fließt. Die angelegte Spannung befindet sich auf Grund der fehlenden Ladungsträger und dem daraus resultierendem hohen Widerstand in den Sperrschichten hauptsächlich in der Raumladungszone. Erzeugen Photonen hingegen im Bereich 1 (I-Schicht) Ladungspaare, so werden diese rasch abgeleitet, was in einem Stromfluss resultiert. Auch in Bereich 2, den PI und IN Übergängen, können Ladungspaare abgeleitet werden. Dieser sehr kleine und kurze „Photostrom“ wird anschließend mit einem Ladungsverstärker verstärkt, so dass sich eine zu der Energie der Teilchen proportionale Spannung ergibt. 2.3 Geschichte der Radioaktivitätsmessung auf Diodenbasis Bereits 1964 wurden von Phillips entsprechende Lithium gedriftete Silizium- oder Germanium Photodioden für die Radioaktivitätsmessung produziert, zu welchen am 15.8.1968 von J. A. Oosting die Applikationsinformation „Semiconductor Radiation Detectors" [1] veröffentlicht wurde. Diese Dioden mussten auf unter -80°C gekühlt werden, um den Dunkelstrom und das Rauschen weitgehendst zu unterdrücken. Bei dem ersten Amateurversuch [2] 1978 von Grzegorz Hahn wurden bereits umgänglichere Dioden verwendet, welche allerdings auf Grund der verwendeten sehr langsamen Operationsverstärker nur bei sehr starken Präparaten überhaupt Funktion zeigten. „Geigerzähler“ für Jedermann Am 2.12.1983 hat die Firma Hamamatsu (Japan) die kommerzielle Anwendung von PIN-Photodioden in Labor-Geräten in Hamamatsu Photonics K.X., R & D Group: "Test Results of Gamma & Beta Ray Detection on Hamamatsu Silicon Photocell Type No. S1722 & S1723" veröffentlicht [3]. Der erste preiswerte, komplette und in größerer Stückzahl gebaute kleine Monitor mit Photodioden wurde daraufhin 1986 von Jo Becker [4] in der Funkschau veröffentlicht: "Radioaktivitätsmesser im Miniformat, Strahlungs-Messgerät mit Zählrohr oder Pin-DiodenDetektor", FUNKSCHAU Heft 21/1986, Seite 63...69 Daraufhin gab es diverse Nachbauten und eigene Schaltungsentwürfe, welche noch heute auf diversen Hobbyelektronik-Seiten im Internet zu finden sind. Dabei werden hauptsächlich die günstigen BPW34 PIN-Dioden verwendet, allerdings in Verbindung mit nur mäßig schnellen Operationsverstärkern, oder Aufbauten mit nur einzelnen Dioden. Viele dieser Detektoren sind unempfindlich, messen kein Alphastrahlung oder haben keine gute analoge Auflösung bzw. Reaktionszeit. Inspiriert zu diesem Projekt wurde ich z.B. durch Burkhard Kainka [5], welcher auf seiner Homepage ebenfalls div. Schaltungen veröffentlicht hat. 3. Hardware Bei der Auswahl der Dioden ist auf einige wichtige Parameter zu achten. Hierzu zählt einerseits die Beschaffenheit des Halbleiters, welcher selbstverständlich in PIN-Topologie aufgebaut sein muss, die Oberfläche und vor allem das Volumen des aktiven Bereichs, die Eigenkapazität der Diode und daraus folgend die Reaktionszeit sowie die maximale Sperrspannung. Des Weiteren sollte die Diode speziell in dieser Anwendung sehr preiswert sein, wodurch die Auswahl auf einige wenige Standardtypen begrenzt wird. Zwar bietet die Firma Hamamatsu High-End Photodioden, doch bewegen sich diese meist im dreistelligen Preissegment. Eine dieser Standarddioden ist z.B. die BPW34 [6]. Sie wird standartmäßig in Consumer Elektronik für Fernsteuerungen eingesetzt und ist für nur 57ct erhältlich. 4 Abbildung 4: Bis auf 0-5µm abgeschliffenes Epoxidgehäuse acht BPW34 zur Alphamessung, bei der ersten Diode liegt der Chip blank. Mit 0,56mm³ besitzt der Chip ein recht großes Volumen. Bei Parallelschaltung 8 solcher Dioden erhöht sich das Volumen somit auf 4,48mm³. Es ist möglich die Diode mit hoher Sperrspannung zu fahren (32V), wodurch sich die Kapazität auf etwa 5pF verringert. Dies hat den Vorteil schnellerer Pulse, wodurch die Empfindlichkeit steigt, allerdings steigt mit zunehmender Spannung auch das Dunkelrauschen, so dass in dieser Anwendung eine Betriebsspannung von lediglich 19V statt 32V genutzt wird. Damit keine Photonen in die Dioden fallen, welche genauso wie Gammaquanten gemessen werden würden, müssen die Dioden lichtdicht verpackt werden. Ursprünglich wurde hierfür 20µm dicke Alufolie verwendet, welche aber keine Alphateilchen durchlässt und daraufhin etwa 5µm dicke Alufolie aus Wickelkondensatoren, mit welcher es nun möglich ist starke Alphateilchen zu detektieren. Außerdem steht je ein Bogen Aluminiumbedampfte Hostaphan-Folie mit 0,41 bzw. 0,21 mg/cm² zur Verfügung, mit der es möglich ist beliebige Alphastrahlung zu messen. Allerdings befindet sich im Aufbau zwischen Strahlungsquelle und Chip nicht nur Alufolie, sondern auch das etwa 300µm dicke Epoxidgehäuse der BPW34. Nachdem der Versuch dieses chemisch zu entfernen gescheitert ist, wurde nun mittels Präzisionsfräsen bei der Firma Teamtechnik das Gehäuse auf bis zu 0µm (blanker Chip) herunter gefräst (Abb 4). Somit ist es auch möglich ohne Probleme auch weiche Alphastrahlung zu messen. Abbildung 3: Spezifikationen der Standard PIN-Photodiode BPW34. Besonders fällt der große Chip so wie die schnelle Anstiegs- und Abfallzeit von nur 20ns. „Geigerzähler“ für Jedermann Der räumliche Aufbau, besonders die Schirmung spielt eine große Rolle für die Funktion des Detektors. Besonders bei langen Kabeln müssen diese entsprechend geschirmt werden, Baugruppen in Kammern getrennt werden und gute Filter gewährleistet werden. Mit dem Prototyp gab es bis in der Endversion sollten diese auf Grund der Kompaktheit nicht mehr auftreten. Tests an Prototyp 2 zeigten bereits, dass die Platinen fehlerfrei sind und funktionieren, allerdings gab es auch hier Probleme mit Störungen, verursacht durch den stark streuenden Wandler. Allerdings ließen sich diese Streuungen mit entsprechend verlötetem Kupferblech unproblematisch abschirmen, so dass es auch hier durch die Schirmung der späteren Verstärkereinheit zu keinen Problemen kommen sollte. 5 Dieser Mikrokontroller Integriert die Impulse pro Zeiteinheit und stellt diese auf einer 10 Stelligen LED-Bargraphanzeige dar. Der gesamte Detektor “Stift“ wird von zwei 1,55V Knopfbatterien mit Strom versorgt und verfügt an einem Ende über eine 4-polige Klinkenbuchse zum Anschluss von Kopfhörern, Smartphone oder PC. Des Weiteren Verfügt der Detektor intern über einen PiezoTongeber und eine LED, die durch optische/akustische Signale einfallende Teilchen anzeigen. 4. Auswertung Es gibt verschiedene Möglichkeiten die über Klinke zur Verfügung stehenden Signale auszuwerten. Einerseits bieten sich die erwähnten internen Möglichkeiten zur simplen Abschätzung der Werte zur Verfügung, andererseits können die Daten auch extern verarbeitet werden. So können z.B. leicht die Dosisleistung, Ereignisse pro Zeiteinheit, Aktivitäts-histogramme oder gar Spektren dargestellt werden. Damit dies allerdings möglich ist, müssen die Signale erst digitalisiert werden. Hier sind einige Dinge zu beachten. Einerseits sind die Pulse relativ kurz, so dass der verwendete ADC eine gewisse Schnelligkeit aufweisen muss, die ausreichend ist, um die Signale brauchbar aufzulösen. Dies ist gerade im Audiobereich nicht selbstverständlich! Abbildung 5: Aufbau des 1. Prototyps Abbildung 6: Andeutung des später fertigen Detektors, welcher deutlich kompakter und somit weniger Störanfällig ist. Der fertige Detektor, bestehend aus einem Kunststoffträger und einem Gehäuse aus Alu Vierkantprofilen, beinhaltet neben dem eigentlichen Detektor einen Mikrokontroller der MSP430 Familie. Wenn nun die Daten z.B. durch eine gute Soundkarte digitalisiert wurden, gibt es zwei verschiedene Methoden, Pulse bzw. Peaks zu erkennen. Dies ist einerseits durch eine Triggerschwelle möglich. Dabei wird jeder Messpunkt, der einen bestimmten Wert überschreitet, als Ereignis registriert. Dies hat den Nachteil, dass auch Störungen oder Mikrophonie durch die Alufolie vor den Dioden zu gezählten Ereignissen führen. Eine andere Möglichkeit ist die sog. PulsErkennungs-Analysis. Hierbei prägt sich die Software die Form von gewollten, korrekten Pulsen ein, und jedes Ereignis, das bis zu einem bestimmten Prozentsatz mit dem „idealem Puls“ übereinstimmt, wird gezählt. Diese Methode bietet den Vorteil, dass es praktisch nicht möglich ist etwas andres als radioaktive Teilchen zu zählen, da diese immer eine etwa gleiche charakteristische Pulsform haben. Beide hier vorgestellten Programme bieten die Möglichkeit zu beiden Methoden. „Geigerzähler“ für Jedermann 6 4.1 Auswertung mit dem Smartphone Im offiziellen Apple Appstore [7] gibt es seit einiger Zeit die App „Geiger Bot“ von Nick Dolezal als kostenlosen Download. Schließt man den Diodendetektor an das Smartphone an, so bieten sich einige sehr umfangreiche Möglichkeiten zur Datendarstellung an. Einerseits können hier wie erwähnt die Ereignisse integriert werden und als „Impulse pro Zeiteinheit“ (hier Impulse pro Minute) angezeigt werden, es kann die Dosisleistung in verschiedenen Einheiten errechnet werden, Histogramme erstellt und einfache Spektren gezeichnet werden. Auch hier kann zwischen den beiden Erkennungsmethoden umgeschaltet werden. In Abbildung 18 erkennt man deutlich den Triggerlevel (rot) mit dem bereits zufriedenstellend Pulse erkannt werden können, sowie in Abbildung 19 das sog. „Pulse Shape Training“ bei welchem sich die Software die Pulse einprägt (Durchschnitt blau, letzter Puls rot, „Shape Tolerence“ auf 200%). Vorteil der App ist die Flexibilität der Anwendung. So kann der ständige Begleiter, das Smartphone, um den Detektor ergänzt werden und spontan unterwegs eingesetzt werden. So können z.B. auf einer Wanderung interessante Mineralien untersucht werden, oder bei bestimmten Stoffen Kontrollen durchgeführt werden (Granit, Glas, Uhren, grundsätzlich tendenziell radioaktive Substanzen…). Abbildung 7: Anzahl Pulse/Zeiteinheit Abbildung 8: Anzeigen der Dosisleistung Abbildung 9: Anzeigen des Eingangssignal mit Triggerlevel Abbildung 10: Menufenster zur Einprägung des Pulses Abbildung 11: Ansicht Spektroskopie „Geigerzähler“ für Jedermann 7 4.2 Auswertung mit dem PC Eine weitere Möglichkeit der Auswertung ist die Erfassung mittels PC. Dieser bietet den Vorteil der leichteren Bedienung, außerdem können Messdaten beliebig exportiert werden und die Messungen sind wesentlich genauer. Von der „School of Physics at The University of Sydney“ wurde der sog. PRA Pulse Recorder and Analyser [8] veröffentlich, eine Freeware, mit welcher man mittels Audioeingang Signale auswerten kann. Mit diesem Programm ist es möglich den Diodendetektor über eine externe oder die interne Soundkarte anzuschließen und Spektren aufzuzeichnen. Leider sind Gamma und Beta Spektren kaum als solche zu erkennen. Die minimal messbare Gammaenergie liegt wohl bei ca. 2030keV, die maximale bei Schätzungsweise 200keV. Bei mehr als 200keV werden die Gammaquanten womöglich nicht vollständig von den Dioden absorbiert, so dass lediglich eine völlig zufälliger Prozentsatz der Gesamtenergie eines Teilchen gemessen wird, wodurch diese völlig zufällige und nicht reproduzierbare Verteilung zustande kommt. Dennoch sind charakteristische Merkmale für Spektren wie z.B. die Compton-Kante deutlich erkennbar, des Weiteren wurde das gesamte Setup bereits an einem Szintillationsdetektor betrieben, bei welchem sich eindeutige Spektren abzeichneten. Abbildung 13: Gammaspektrum Co60 Abbildung 14: Betaspektrum Na22 Misst man jedoch Strahlung, die vollständig absorbiert wird, wie z.B. Alphastrahlung, ist es sehr gut möglich von dieser Spektren aufzuzeichnen. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass die absolut gemessene Energie sehr stark von äußeren Einflüssen abhängt. Durch die geringe Eindringtiefe von Alphastrahlung, die die Spektroskopie überhaupt möglich macht, wird auch durch Luft und andere Materie zwischen Strahler und Detektor mit jeder Kollision Energie absorbiert, so dass die durchschnittlich gemessene Energie stark von der absoluten Energie des Strahlers abweicht und z.B. durch Abstand bzw. Luftdruck variiert werden kann. Abbildung 12: Hochqualitative Soundkarte mit 96kHz und 24bit Abbildung 15: Alphaspektrum Am241 bei verschiedenem Druck „Geigerzähler“ für Jedermann 8 5. Ergebnisse: 5.1. Weitere Detektorcharakteristika 6. Resümee und Ausblick Wie bereits erwähnt bietet der Detektor sowohl für α-; β- als auch γ-Strahlung eine hohe Empfindlichkeit. Dies ging aus ersten Versuchen bei der Firma Berthold Technologys bei Bad Wildbad, bei welchen der Detektor mit vielen verschiedenen Strahlern getestet wurde, hervor. Hierbei liegt die Nachweisschwelle für Gammastrahlung bei etwa 50keV (getestet mit Thorium 232, 64 keV), doch auch die Gammastrahlung von Americium 241 ließ sich noch nach unten hin auflösen (26,3 bzw. 13,9 keV), weshalb sich der Detektor ggf. auch zur Messung von Röntgenstrahlung eignet. Durch den Besuch des IKE in Stuttgart zeigte sich außerdem dass es mit dem Detektor möglich ist, indirekt Neutronen nachzuweisen. Diese aktivieren das Aluminium aus dem das Gehäuse besteht, welches kurz danach zu Gammastrahlung zerfällt, welche detektiert wird. Durch mehrere Messungen vor Ort bestätigte sich außerdem die Vermutung bzgl. der Gammaspektroskopie. 5.2. Anwendung Der mögliche Einsatz des Detektors ist sehr weitreichend. Theoretisch könnte dieser in naher Zukunft das Zählrohr vollständig ersetzen. So könnte diese Anwendung in der Biologie, Geologie sowie in der allgemeinen Kernphysik/Wissenschaft finden. Dieser würde im Vergleich zum Geigerzähler sogar einige Vorzüge bieten, wie Größe, Empfindlichkeit, Energieauflösung so wie die unkomplizierte Messung von Alphastrahlung. Leider sind PIN-Dioden mit dem eines Zählrohres vergleichbaren Messvolumens noch sehr teuer, so dass im LowCost / Privatbereich mit Standarddioden gearbeitet werden muss. Doch auch mit diesen vergleichsweise kleinen Dioden können wie hier gezeigt durchaus repräsentative Messungen durchgeführt werden, die für den Hobby und Schulbereich vollkommen ausreichend sind. Gerade durch die flexible Auswertung mittels Smartphone eignet sich der Detektor ideal für Messungen in der Umwelt. Doch auch stationär können mittels Laptop durchaus gute Ergebnisse erzielt werden, welche sich in einigen Wochen vielleicht sogar zur Nuklidbestimmung eignen. Dies wäre dann besonders für die Schule interessant, um hier verschiedene von Schülern gesammelte Proben zu analysieren und zu charakterisieren. Rückblickend kann gesagt werden, dass das Projekt ein voller Erfolg war und ist. Auch wenn es noch nicht vollständig beendet ist, so ist bereits jetzt ein Großteil der Arbeit, das Entwickeln der Verstärkerstufe und der restlichen Elektronik, abgeschlossen, so dass in den nächsten Wochen hauptsächlich ergänzende Messreihen durchgeführt werden können. Auch wenn die Durchführung der Arbeit sehr kurzfristig begonnen wurde, wurden die Ziele, die Entwicklung eines kompakten und preiswerten Radioaktivitätsmessers, gerade durch die überraschend hohe Empfindlichkeit um Weiten übertroffen. Auch wenn es noch einige Fehler zu beheben gibt, so sind diese lediglich Ergänzungen zum soweit funktionierenden Hauptgerät, wie z.B. die Spektroskopie. Auch wenn die Theorie mit Applikationsbeispielen bereits vorhanden war, die Schaltung auf den ersten Blick relativ einfach wirkt und auch das elektronische Wissen umfangreich vorhanden war, lag die Herausforderung gerade darin, ohne ausführliche Referenzen eine völlig neue Schaltung zu dimensionieren, zu erproben und zu perfektionieren, und das bei einem sowieso schon sehr kritischen und störanfälligem Operationsverstärker. Doch gerade durch die Verwendung dieses neuen OpAmps war es überhaupt erst möglich, eine so hohe Empfindlichkeit zu erzielen, die hoffentlich noch in Zukunft weiter erhöht werden kann, um den Diodendetektor als Alternative noch attraktiver zu machen. Danksagungen: Besonders möchte ich mich bei meinem Betreuer Jo Becker bedanken, der für mich sehr viel Zeit und Aufwand bei der Betreuung der Entwicklung des Detektors aufgebracht hat und bei technischen Fragen immer mein erster Ansprechpartner war. Außerdem möchte ich mich bei meinem 2. Betreuer Bernhard Horlacher für die Unterstützung bei der Umsetzung bedanken. Des Weiteren bedanke ich mich herzlich bei allen beteidigten Firmen für die freundliche Unterstützung.
