Eigenbau-Zählrohr

Im Internet findet man viele Schaltungen für Geiger-Müller-Zähler. Ein übliches Zählrohr arbeitet ähnlich wie eine Glimmröhre, aber bei etwa 400 V. Ein Gammastrahl oder ein Alpha- oder Betateilchen ionisieren das Gas und leiten eine Glimmentladung ein, die jedoch sofort wieder verlöscht. Ein Zählrohr kann man auch selbst bauen. Hier wird gezeigt, wie es geht.

Das Zählrohr wurde aus dem Metallgehäuse eines Schutzgas-Relais gebaut. Im Boden waren bereits isolierende Glasdurchführungen vorhanden. An eine wurde ein Silberdraht mit einer Dicke von 0,8 mm gelötet. Am Ende des Drahtes sorgt eine kleine Lötzinnkugel dafür, dass es zu keiner ungewollten Spitzenentladung kommt. Boden und Hülle wurden dann wieder verlötet. In das Gehäuse wurde außerdem ein kleines Loch gebohrt. An dieser Stelle wurde ein Röhrchen aufgelötet.

Das wichtigste an einem Zählrohr ist die richtige Gasfüllung. Üblicherweise nimmt man Helium-Neon mit einem Zusatz von Alkohol als Löschgas. Es geht aber auch mit verdünnter Luft. Der richtige Unterdruck wurde wie in einem Einmachglas hergestellt : Durch das Röhrchen wurden einige Tropfen Feuerzeugbenzin eingefüllt. Dann wurde das ganze Zählrohr mit einem starken Lötkolben erhitzt. Oben trat Benzingas aus und wurde angezündet, um zu sehen wann alles verdampft war. Genau in dem Moment, als die Flamme ausging, wurde das Loch des Röhrchens zugelötet. Beim Abkühlen kondensierte das restliche Benzin und sorgte für einen Unterdruck. Die Gasfüllung aus verdünnter Luft und Benzin als Löschgas ist viele Jahre stabil geblieben. Das Zählrohr funktioniert auch noch nach mehr als 10 Jahren.

Leider braucht das Eigenbau-Zählrohr wegen des Arbeitsgases Luft wesentlich mehr Spannung als ein gekauftes mit Helium-Neon-Füllung. Die richtige Spannung muss individuell ausprobiert werden. Außerdem funktioniert die Selbstlöschung nicht so zuverlässig. Deshalb wurde eine aktive Löschschaltung mit einem Thyristor verwendet. Bei jedem Zählimpuls wird die Arbeitsspannung um ca. 300 V verringert. Der Thyristor ist gleichzeitig der Verstärker für den Piezo-Lautsprecher und eine LED. Die Erzeugung der Hochspannung soll hier nicht im Detail gezeigt werden, weil die verwendete Kaskade direkt am Lichtnetz nicht für jeden Bastler gesund ist. Die Arbeit mit Hochspannung ist nur etwas für erfahrene Leute, die sowieso wissen, wie es geht. Auch müssen unbedingt Bauteile mit ausreichender Spannungsfestigkeit verwendet werden!

Der Geigerzähler hat eine Nullrate von ca. 3 Impulsen pro Minute. Sie ist hauptsächlich auf die energiereiche Höhenstrahlung zurückzuführen. Wenn man eine radioaktive Quelle nähert, knackt es entsprechend häufiger. Meine alte Taschenuhr bringt es auf ca. 60 Impulse pro Minute. Das Radium in der Leuchtfarbe wird heute nicht mehr verwendet. Früher war man sich der Risiken der Radioaktivität noch nicht so bewusst.

Kürzlich habe ich ein professionelles Strahlenmessgerät in die Finger bekommen und konnte damit Vergleichsmessungen machen. Das eigentliche Zählrohr befindet sich in einem Messkopf mit langem Kabel. Das ganze kann man mit dem Kabel in jeden Winkel halten. Das Ergebnis des Vergleichs war übrigens, dass mein Eigenbau-Zählrohr für Gammastrahlen ähnlich empfindlich ist wie das Profigerät. Letztlich kommt es hauptsächlich auf das Volumen des Zählrohrs an. Und das verwendete Rohr war recht klein. Das große Gerätegehäuse war aber für die Akkus und den Spannungswandler erforderlich.

Übrigens halten sich hartnäckige Gerüche, man könne auch eine normale Glimmlampe als Zählrohr verwenden. Dazu habe ich vor einigen Jahren lange Versuchsreihen durchgeführt und bin zu dem Ergebnis gekommen, dass es nicht geht. Zwar zündet die Lampe bei der richtigen Spannung ähnlich zufällig wie ein Zählrohr, aber bei der Annäherung eines radioaktiven Stoffs ändert sich nichts. Dafür gibt es zwei mögliche Erklärungen. Entweder braucht die Glimmlampe wegen der geringeren Spannung energiereiche Höhenstrahlung. Oder sie zündet nur mit Alphastrahlen, die wesentlich stärker ionisieren. Die Quelle der Strahlen könnte in den Elektroden der Lampe selbst liegen, falls die Hersteller entsprechende Beimengungen verwendet haben. Der Glaskolben schirmt aber alle Alphateilchen ab, so dass von außen nichts kommen kann.

Nachtrag Glimmlampen: Ich muss das relativieren. Anscheinend enthalten Glimmlampen und Glimmstabis für kleine Spannungen unter 100 V oft radioaktive Stoffe als Zündhilfe, solche für größere Spannungen aber nicht. Laut Elektor sind einige als Zählrohr brauchbar. Ein alter Glimmstabi für 75 V gehört zu der anderen Art. Auf das äußere Blech ist ein kleines Hütchen aufgeschweißt. Darin befindet sich anscheinend eine radioaktive Probe und darunter ein Loch zum Innenraum. Man kann deutlich einen kleinen Ionisationsstrom von einigen pA bei U = 5 V messen.
Siehe auch: Radioaktivität messen mit Ionisatitonskammer, Fotodioden und mehr

Eine Information von Hans-Peter Moeßner: Ich habe vor etlichen Jahren mal einen Karton mit amerikanischen Anzeigelämpchen bekommen, auf dem stand, dass eine bestimmte Aktivität durch Krypton-85 nicht überschritten wird. Durch die Beimengung dieses Betastrahlers zum Füllgas sind immer ein paar Ionen präsent, was die Zündung erleichtert und den Betrieb als Zählrohr natürlich verhindert.

Hier zwei Geigerschaltungen, die unter Missachtung aller Regeln und Konventionen entstanden sind. Die „Deluxe-Variante“ kostet maximal 50 Euro (wenn’s dumm läuft). Bis auf das Zählrohr bestehen beide mehr oder weniger aus Material aus der Wühlkiste im Keller.

Geiger3.pdf

Bei der großen Variante eignet sich ein VU-Meter aus einem alten Kasettendeck o.ä.. Ggf. muss man mit dem Poti, dem 56-k-Widerstand und dem Dämpfungskondensator etwas spielen. Recht genau wird das, wenn man Daten über das Zählrohr hat. Dann kann man bei ausgelötetem Zählrohr mit einem Funktionsgenerator auf die Basis des ersten Verstärkungstransistors gehen und eben Impulse einspeisen um die Scala zu kalibrieren. Im Fall vom SI-29BG (schönes Zählrohr) sind 80 cpm = 1 microsievert pro Stunde, was dann 1,3 Hz vom Funktionsgenerator wären. Im meinem Fall stimmt die Scala mit all meinen Armeegeräten (SV 500, FH40Z und ein Paar Exoten) überein wobei der SV 500 mit seiner Original 18550 Zählröhre von Kugelfischer abgeglichen ist. Zum ungefähren Vergleich nehme ich 0,9 microcurie Americium in einem definierten Abstand. Bei so einer punktförmigen Strahlungsquelle sollten es schon 3 cm sein.