Damit möchte ich erkennen, dass Strom durch die Kammer fliesst, und eine relative Spannung daraus gewinnen. (mehr Strom, mehr Spannung).
Dabei wird der 1nF-Kondi durch diesen kleinen Strom aufgeladen. Der LMC660 verstärkt diese kleine Spannung und gibt am Ausgang eine gut erfassbare Spannung aus.
Damit der Kondi wieder entladen wird, kann er über einen Schalter kurzgeschlossen werden. Der LMC misst dabei ständig, da er nur 2fA Strom am Eingang verbraucht.

Stiiimt, jetzt wo du es sagst, klar haben wir Keksdosen, da passt alles locker rein! Danke für den Tipp. Hier heissen die Dinger "Guetslibüchs"
Am DO und FR hab ich Zeit, das Ganze mal zu testen.

Herzlichen Gruss
Mario

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[quote]
Steppenwolf schrieb am 2006-05-13 noch Fragen zur Kammer:

1.) Der Strom, der ist doch nicht impulsförmig, oder?
2.) Wo rekombinieren die Ionen?
3.) Warum kann man so eine Kammer nicht als Geigerzähler missbrauchen?
4.) Wie erkenne ich, wann ich im richtigen Spannungsbereich 5.) Wieso muss man eigentlich ein GM-Zählrohr evakuieren?
6.) Funktioniert die Stossionisation nicht bei vielen Teilchen pro Raumeinheit?

[quote]

Hallo Steppenwolf,

diese Fragen sind alles andere als dumm. Ich baue gerne mal MWPCs und VDCs (Proportionaldrahtkammern und Vertikaldriftkammern, allerdings nicht für private Zwecke) und kenne mich daher "etwas" aus. Nun zu den Fragen:

1.) Doch, ist er. Er hat eine Anstiegszeit von ca. 250 Pikosekunden und eine Abfallzeit von (im Proportionalbereich) ca. 5 bis 25 ns. Es ist nicht so dass man wirklich die paar Ladungsträger misst, die auf dem Draht oder der Folie "landen", sondern man sieht die durch die Ladungsbewegung induzierte Spannung. Charpak hat dafür den Nobelpreis gekriegt, dass er das erkannt hat. Die Physiker vor ihm hatten immer behauptet, die paar appen Elektronen könnte man nie messen. Tut man ja auch streng genommen nicht, man sieht ja die "induktion" bzw. Influenzladung auf dem Draht.
2.) Unterwegs (je nach Gasfüllung). Es gibt das so genannte "Zählgas" (dieses wird ionisiert), und das sogenannte "Quenchinggas", welches viele Anregungsfreiheitsgrade hat und dem Ionisationsereignis die Energie klaut, damit es in der Kammer nicht blitzt. Die Ã�onen sind ja im Gegensatz zu den Elektronen viel unbeweglicher und finden gewiss bald willige, bewegliche Elektronen, die mit ihnen rekombinieren wollen.
3.) Kann man. Je nach Spannung arbeitet man entweder im Proportionalbereich (die Pulse werden doller wenn stärker ionisiert wird, also kriegt man eine Energieauflösung) oder im Auslösebereich (Jede Ionisation führt zu einem weitestgehend gleich starken Puls, wie im Zähler).
4.) Durch Efficiencymessungen: Man stellt vor und hinter den unbekannten Zähler bekannte Zähler. Wenn beide gleichzeitig ansprechen, muss das auslösende Teilchen auch durch die dazwischenstehende neue Kammer geflutscht sein. Über eine Zählung kann man nun messen, wie viele der garantiert hindurchgeflogenen ionisierenden Teilchen die neu gebaute Kammer übersehen hat. Sobald mit steigender Spannung keine Steigerung der Efficiency mehr erfolgt, hat man den optimalen Betriebspunkt eingestellt.
5.) Muss man nicht notwendigerweise, aber bei Auslöserohren bekommt man dann dollere Pulse. Mit Argon-Isobutan-Freon 60:37:3 geht es auch sehr schön bei Atmosphärendruck, Dein Verstärker sollte dann aber auch schon 30 Femtocoulomb sehen können.
6.) Doch, aber dann hat man zu starkes Quenching bzw. zu dolle Rekombination. Es gibt aber auch Hochdruckkammern. Hängt halt immer von der Verwendung ab.

Zum Schluß ein gut gemeinter Tipp: Fahr mal zu einem Teilchenbeschleuniger Deiner Wahl, lass Dir dort mal die Zählkammern zeigen und überleg dann nochmal, ob Du wirklich einen G-M-Zähler bauen willst. Die gibts gebraucht für echt wenig Geld; Halbleiterzähler sind oft sinnvoller und gehen nicht so schnell kaputt.

Gruß

Dudeldi

Oh, vielen Dank für die ausführlichen Erläuterungen!

Unterdessen wird es ja weder ein Zähler noch ein Messer, viel mehr ein Detektor für ionisierende Strahlung. (Aufbau als Ionisationskammer)
Und wieso sollte ich einen GMZ kaufen? Ich brauch das Teil ja eh nie für praktischen Nutzen, es bringt halt "nur" Freude am Basteln, Ausprobieren und Beschäftigung mit der Materie.

Herzlichen Gruss
Mario


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Oha, mir geht gerade ein grosses Lichtlein auf...
Guckt mal das Bild im Anhang an.
JETZT versteh ich, was Perl meinte mit "Hochspannung ans Gehäuse" *duckundwech*
Nur komm ich jetzt nimmer draus, wie diese Kammer funktioniert...
Die Kammer ist ja wie ein Kondi. Die eine "Platte" bildet das Gehäuse. Nur: Wo ist dann die zweite Platte?? Vom Bild her könnte es ja die Schirmung sein. Nur: Dann würde der Strom ja durch die Schirmung abfliessen. Wie kommt dann die Seele des geschirmten Kabels da ins Spiel?
Lange Frage kurzer Sinn: Wo fliesst der Ionisationsstrom durch?

Ah, jetzt hat sich grad alles geklärt. Siehe Anhang 2.

Im Anhang 3 befindet sich deshalb noch ein neuer Schaltungsvorschlag!
Der erste OPV wirkt als Strom-Spannungswandler. Der zweite verstärkt dessen Ausgangsspannung noch einmal auf ein annehmbares Niveau. Gemäss Simulation funktioniert das so auch. Am Gehäuse liegt das GND der Hochspannung. Die +300V liegen am GND der OPV-Versorgung. So hab ich am Gehäuse -300V.

Die beiden Anhänge 1 und 2 stammen vom Verkäufer der Kammer, hier nochmals ein herzliches Danke dafür!

Habt ihr noch Verbesserungsvorschläge für meine Schaltung? "Entstörungsmassnahmen"?







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Ich muß ja sagen, den Gedanken wie in dem zweiten Bild hatte ich auch schon, nur war mir das mit der hohen Spannung doch nicht so recht geheuer. In "meinem" Massenspektrometer, das ich schon erwähnte, befindet sich die Ionenquelle, in der bis zu 3000 V werkeln, gut abgeschirmt (bis auf den Austrittsspalt für die Ionen) etwa einen halben Meter vom Ionenauffänger entfernt, der bei dir dem Draht in der Mitte der Kammer entspricht. (Ionenquelle und Auffänger befinden sich natürlich beide an den Enden eines luftleeren Rohres.) Aber offensichtlich ist es wirklich so einfach.

Wie wäre es denn jetzt mit dem 10 Gigaohm-WIderstand?

Näh, der 10Gigaohmer ist erst die "Notbremse". Diese Kammern betreibt man professionell auch mit so einer Schaltung, also sollte man es doch zuerst auch auf diese Weise testen.
Wegen der hohen Spannung und PhyMaLehrers Befürchtungen: Am OPV selber liegen ja nie die 300V an, von daher könnts doch klappen.

Ich hab noch eine Ergänzung: Vor dem linken OPV-Eingang, dort, wo die Seele in den OPV-Eingang mündet, gehört noch ein 1M Widerstand hinein, zum Schutz.
Der grösste Widerstand den ich mit dieser Schaltung brauche sind noch "100M" für den LMC660.

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Zitat : Steppenwolf hat am 22 Mai 2006 16:36 geschrieben :

es bringt halt "nur" Freude am Basteln, Ausprobieren und Beschäftigung mit der Materie.

Gut, dann noch ein Tip: Für den Selbstbau von Nuklearelektronik eignet sich integrierte Elektronik wegen der vielen Probleme mit parasitären Kapazitäten, Kriechströmen, Impedanzen der Leiterbahnen etc. nicht wirklich. Es gehört schon eine Menge Knowhow dazu, dass einem ein Ionisationsstoß die empfindlichen Halbleiter nicht kaputtmacht. Sowas können selbst im professionellen Bereich nur gaanz wenige Firmen (bzw. konnten; HP und LeCroy haben sich ja weitgehend aus der Front-End-Elektronik für die Kernphysik verabschiedet). Versuch es am besten mit freiverdrahteten Röhrenschaltungen. Röhren und dazugehörige Bauteile passen einfach viel besser zu gasgefüllten Teilchendetektoren:

- Höhere Spannungen
- Höhere Isolationswiderstände
- kleinere Ströme
- meist viel einfacherer Aufbau
- Impedanzmatching ist weniger kritisch
- Schaltungen sind in jedem älteren Buch der physikalischen Messtechnik abgedruckt

Wenn Du dennoch mit Halbleitern basteln willst, versuch es am besten pseudo-differentiell (d.h. immer Differenzverstärker nehmen und den "unbenutzten" Pfad mit einem kurzen Stück Leiterbahn verbinden, welches parallel zum Einkoppelpfad des Signals liegt). sonst krisste nur Knistern und Rauschen, aber keine brauchbaren Signale. Nach der ersten Verstärker-Stufe sollte man dann ECL-Logik verwenden und keinesfalls irgendwas mit TTL.

Das Gehäuse sollte so groß sein, dass Du pro 1000V 1 cm Luft zwischen allen Teilen hast. Vergiss auch nicht, dass Du die Ladung nach einem Ionisationsereignis wieder irgendwie vernichten musst, damit sich Deine Schaltung nicht langsam immer stärker auflädt wie ein Synthetikpullover.

Jetzt aber viel Spaß, und sieh mal zu dass Du Kernphysik studierst, die brauchen dringend Leute die Elektronik beherrschen, weil immer mehr Physikstudenten nur vor dem PC abhängen und nicht mehr wissen wie ein Lötkolben aussieht.

Ich probiers jetzt einfach mal mit dem Kopf durch die Wand.
Morgen kann ich mal das Zeug zusammenbraten, da hab ich Zeit.
Die in der Schule waren ja grässlich knauserig... In der Geographie haben sie die Pechblende und die Uran-Pillen wegen der Gesundheit weggeschmissen, und der Chemiker wollte mir auch nix geben, "er könne das nicht tun". Pffff.
Meine Socken strahlen leider das falsche aus, und im Bekanntenkreis hat keiner mehr eine alte Uhr.

Wie test ich das denn? Röntgenstrahlung liegt nicht drin..
Mal sehen, ob sich was organisieren lässt. Sonst nehm ich am MO den Aufbau in die Schule mit, und dann soll der da mal seine Strahler dranhalten.

Edit: Noch ne Frage, wie kann sich denn eine Ionisationskammer weiter aufladen wie ein Pulli? Das versteh ich net ganz, was da wen aufladen soll.

Herzlichen Gruss und Danke für die Tipps

Mario


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So, hab den Aufbau gemäss meinem letzten Schaltplan mal aufgebaut. Der rechte OPV ist noch nicht verbaut, nur der Strom-Spannungswandler.
Das Ganze wird von zwei Spannungsquellen versorgt.
Ein normales Netzteil stellt ca. 12V für den Wandler zur Verfügung, welcher auf 330V hochwandelt.
Dann noch ein ATX-Netzteil, für die +5V und -5V.

Im Anhang 1 seht ihr die ganze Platine. Der gesamte untere Bereich ist für den Wandler. Oben links kommen die +/-5V mit dem GND vom ATX-Netzteil rein, hier hängt auch der LMC660CN.
Den Ausgang des LMC hab ich mit einem geschirmten Kabel aus der Keksdose rausgeführt (Schirmung=GND, Seele= Ausgang OPV)

Wenn ich NUR das ATX-Netzteil anwerfe, also noch keine Hochspannung an der Kammer vorhanden, dann sieht das Signal so aus wie in Anhang 2. Der Eingangsverstärker des Oszis ist in der grössten Empfindlichkeit (10mV/Div, 1:2 Tastteiler)

Sobald ich den Wandler anwerfe, sieht das Ausgangssignal des OPV so aus wie in Anhang 3. (Oszi: 20mV/Div, 1:2TT)
Der Wandler wird von einem LM317T Netzteil versorgt, welches per Trafo am Netz hängt.
Dieses Bild (Anhang 3) wurde noch mit geöffneter Keksdose aufgenommen. Schliesse ich sie, sinkt die Amplitude dieses Signals. Nähere ich mich mit der Hand der geschlossenen Keksdose, sinkt die Amplitude weiter ab.

Hat jemand Vorschläge für die Verbesserung der Schaltung, damit der Ausgang nicht mehr so schwingt? Diese starke Schwingung kommt ja erst auf, wenn ich den Wandler anwerfe. Wie kann ich das verhindern? Den Wandler aus der Büchse nehmen und nur die Leitungen hineinführen?


Leider hab ich noch nix radioaktives hier, also seh ich net, wie sich das Ausgangssignal ändert...

Herzlichen Gruss
Mario







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Hallo Mario

Das wird so nix.

Du musst die einzelnen Schaltungsteile gegeneinander
abschirmen. Ohne eine ordentliche, geätzte Platine mit
sauberer Masseführung misst du alles andere als das, was du
messen willst. Der Eingang es OP-AMP wird am besten
freigefräst. (Isolation)
Ohne eine gut entstörte Versorgung kannst du das Projekt
auch gleich vergessen. (Ferrite und Abblockkondensatoren)
Überlege mal, was du dir auf den langen Leitungen alles für
Störungen einfängst. Des fängt dann schon beim
nachbarschaftlichen Radiosender an, geht über alle möglichen
Küchen-, Haushaltsgeräte und Werkzeuge und ..

Du hast die Zeitablenkung nicht angegeben. Es werden wohl
die überall vorhandenen 50Hz sein. Für die OP-AMP-Versorgung
sind wohl Batterien besser. Schaltnetzteile und
Analogschaltungen sollte man nur mit sehr viel Erfahrung
kombinieren.

Überlege es dir noch mal mit dem Integrator.
Invertierender Verstärker, bei dem anstatt dem
Rückkoppelwiderstandes ein Kondensator ist. Link
Denke dir R2 weg.
Den Innenleiter klemmst du an den Eingang des OP-AMP und den
Außenleiter (Schirm) an den Ausgang. Dazu kommt dann noch
ein Kondensator. Ich bin jetzt zu faul zum rechnen.
Perl hat doch was von ca. 10nF geschrieben?

Im übrigem wird das mit dem Innenleiter und dem Schirm auch
bei pH-Sonden so gemacht, da der Innenwiderstand der Sonde
so extrem groß ist. Das hätte mit der Leitungskapazität eine
große Zeitkonstante zur Folge. Link
Müsste im GOhm-Bereich legen. Irgendwo habe ich noch ein
Datenblatt, muss es erst mal finden.

MfG
Holger

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George Orwell 1984 ist nichts gegen heute.
Der Überwachungsstaat ist schon da!

Leider lernen die Menschen nicht aus der Geschichte,
ansonsten würde sie sich nicht andauernd wiederholen.

Zitat :

Dazu kommt dann noch ein Kondensator. Ich bin jetzt zu faul zum rechnen. Perl hat doch was von ca. 10nF geschrieben?

Das war zuviel. Bei so geringen Aktivitäten, wie sie Steppenwolf allenfalls zur Verfügung stehen, ist wohl schon die Kapazität des abgeschirmten Kabels hoch genug.

Ich habe auch den Eindruck, daß der verbaute Widerstand nur 10MOhm (blau) anstelle der behaupteten 100M (violett) hat.


Mit dem Spannungswandler auf der gleichen Platine kann das auch kaum funktionieren.
Impulse von 300V zu haben und gleich daneben ein paar µV verstärken zu wollen, muß schiefgehen.
Erst recht, wenn beide Teile überhaupt nicht abgeschirmt sind.

Die Welligkeit, die du auf dem oberen Bild "Wandler aus" siehst, kommt hauptsächlich aus der +5V Versorgung des PC-Netzteils.
Die muß weg.
Also entweder mit Widerständen und Elkos filtern, oder den Verstärker aus Batterien betreiben.
Außer dem Verstärker- und evtl. Widerstandsrauschen darf bei abgeschalteter Hochspannung am Ausgang nichts zu sehen sein.
Ich kann mal versuchen, einen Schaltungsvorschlag zu machen, aber an diesem Wochenende wird das garantiert nichts mehr.



Ich habe zwischenzeitlich den Schaltplan eines uralten Geigerzählers der Bundeswehr gefunden. Das Ding läuft noch mit Germaniumtransistoren und man würde das heute wohl nicht mehr so machen, aber man kann daran sehen, wie einfach der Aufbau sein kann, wenn ein GM-Rohr die Impulse liefert. Die Impulse von Ionisationskammern sind um viele Größenordnungen schwächer.
Die Zählrohre für das Uraltgerät aus den 1960ern sind wohl auch noch lieferbar. Das FHZ74 (=Valvo 18509) kann ich nicht empehlen, da es sehr klein und damit unempfindlich ist. Mit dem FHZ76 (=Valvo 18550) kann man aber radioaktive Materialien schon einwandfrei nachweisen.

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Haftungsausschluß:



Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.



Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !