GQ Nuclear Radiation Detector GMC-300E Plus

door
Plastic container met uraniumerts voor testdoeleinden

Radiactiviteit is ioniserende straling dat door een materiaal wordt uitgezonden. Het kan gaan om natuurlijk radiactief verval, straling afkomstig van materialen uit de ruimte, bodem of bouwmaterialen. Radioactviteit is ook het gevolg van kernsplijting in kerncentrales en de hierbij gebruikte materialen en afvalstoffen. De hoeveelheid gemeten radioactiviteit kan veranderen bij atmosferische omstandigheden, transport van radioactief materiaal of ongevallen bij kerncentrales. De menselijke zintuigen nemen geen radioactiviteit waar; om ioniserende straling te meten is een meetapparaat nodig dat is voorzien van een Geiger-Müller type telbuis.

De hoeveelheid ioniserende straling wordt gemeten met een stralingsdetector. In deze stralingsdetector zit een buis gevuld met een gas, de zogenaamde Geiger-Müller telbuis. De buis heeft een anode en kathode, waarop een hoge spanning is aangebracht. Als straling door de buis passeert zal het gas even geïoniseerd worden en zal er korte tijd een elektrisch stroompje lopen. Dit stroompje kan worden gebruikt om een luidspreker aan te sturen (“klik!“) of als basis voor een telschakeling gebruikt worden. Zo’n telschakeling kan bestaan uit een display, of een datalogger waarmee de hoeveelheid gemeten radioactiviteit voor langere tijd kan worden verzameld.

Franzis’ Geigerzähler van Klaus Wilk (1983)

De gebruikte GM-telbuis is bepalend voor de gevoeligheid voor ioniserende straling. Er zijn verschillende soorten GM-telbuizen op de markt, die allemaal op een andere manier reageren op radioactiviteit. De ene buis is gevoeliger voor lagere hoeveelheden straling, de andere buis juist voor grotere hoeveelheden. De ene buis is kritisch over de aangeboden anode-kathodespanning, de andere veel minder. De ene verzadigt sneller dan de andere. Een heel aardig boek dat de volledige theorie over Geiger-Müller-telbuizen combineert met verschillende gebruiksvoorbeelden is Geigerzähler van Klaus Wilk, dat in 1983 bij Franzis’ verscheen. Hoewel het boek niet gemakkelijk in de boekhandel is te krijgen, is het de moeite om ervoor op jacht te gaan. Ik maak er gebruik van sinds mijn eerste geigerteller, de Velleman K2645.

Bij de GMC-300E Plus is de keus voor de telbuis gevallen op een M4011 GM-telbuis van moderne Chinese makelij. De GMC-300E Plus komt in een vrolijk gekleurde verpakking en vormt daarmee een vriendelijke kennismaking met het meten van radioactiviteit. Voor een prijs van iets over de 80 euro kun je niet echt een buil vallen aan het apparaat, dat in verschillende vergelijkende warenonderzoeken prima resultaten opleverde.

De metingen van de GMC-300E Plus zijn gebaseerd op de gasontladingen van de M4011 Geiger-Müller telbuis. Deze M4011 staat bekend om zijn gevoeligheid zowel voor radioactiviteit als zichtbaar licht. De buis moet daarom tegen daglicht beschermd worden om valse metingen te voorkomen. Een klein circuit, dat bestaat uit transistor V6, spoel L1, diode D4 en condensator C1, zorgt voor de buisspanning van ongeveer 400 volt. De hiervoor benodigde hoogfrequent klokpuls is afkomstig uit de microcontroller U9. Op de printplaat zijn verder de volgende geïntegreerde circuits te herkennen:

De GMC-300E Plus heeft een enkelzijdige printplaat met een nette rangschikking van de elektronische onderdelen

U2 en U3 lijken gebruikt te worden om de telpulsen van de GM-buis te ontstoren en te bufferen. Dat voelt een beetje overdreven, over-engineered, maar zal de kwaliteit van de telling ten goede komen. De printplaat lijkt zowel geschikt te zijn voor het gebruik van Li-Ion accu’s alsook vaste batterijen, getuige zowel U6 als U7. Met U7 zou een spanning van 9 volt teruggebracht kunnen worden tot 3,3 volt. Het ontbreken van een hoogfrequentgenerator is interessant en de voor de hoogspanning benodigde frequentie zal in software opgewekt moeten worden. Om de hoogspanning in software aan te kunnen sturen heeft ook wel wat.

De GMC-300E Plus is voorzien van een monochroom grafisch display en vier drukknoppen die op de behuizing onder het display zijn gemonteerd. De software toont de actuele meetwaarden (telpulsen per seconde) op het scherm. De GMC-300E Plus toont het aantal telpulsen als CPM, counts per minute. Omdat het aantal pulsen per soort telbuis verschilt, rekent de GMC-300E Plus deze pulsen via een omrekenfactor om naar μSv/h, mRem/h en MeV. Een alarmniveau voor wanneer de gemeten waarde een bepaalde instelbare drempel overschrijdt is instelbaar voor CPM, μSv/h en mRem/h. Naast de gemeten waarde kan ook een maximum (pulsen per minuut), gemiddelde of totaal (dosimeter) worden weergegeven. De gemeten waarden kunnen ook in een eenvoudige grafiek met een tijdschaal van 60 seconden op het display worden getoond. Maar dat is een functie die beter met de bewaarde gegevens van de datalogger kan worden uitgevoerd.

Het display van de GMC-300E. Getoond wordt de datum, datalogger aan, alarmwaarde ingesteld, geluid aan, volle batterij en 17 ‘Counts Per Minute’.

De datalogger bewaart gegevens iedere seconde, minuut of uur. Per gegeven wordt datum en tijd vastgelegd. Het 64K EEPROM geheugen wordt als ringbuffer toegepast, zodat aan het eind van het geheugen de begindata wordt overschreven. Op zich is deze keus wel prima, meestal ben je meer geïnteresseerd in recente data dan in oudere data. Het is echter iets om rekening mee te houden als je langdurige metingen wilt doen: een meting per uur is dan aan te bevelen.

Radioactive straling is voor veel mensen een huiverig begrip, dat geassocieerd wordt met kerncentrales en kanker. Het is belangrijk je te realiseren dat:

  • Er alfa-, beta- en gammastraling is. Alfastraling wordt gemakkelijk tegengehouden, bijvoorbeeld door papier. Betastraling wordt tegengehouden door metaal, bijvoorbeeld aluminiumfolie. Gammastraling wordt slechts door dikke lagen beton tegengehouden. Bij alle vormen van straling geldt dat de intensiviteit kwadratisch afneemt met de afstand tot de bron;
  • De hoeveelheid straling die een bron afgeeft wordt uitgedrukt in becquerel (Bq);
  • De hoeveelheid straling waaraan een mens in een bepaalde periode is blootgesteld wordt uitgedrukt in sieverts (Sv);
  • De omrekening van Bq naar Sv afhankelijk is van afstand, afscherming, soort straling en manier van blootstelling;
  • Stralingsziekte pas kan plaatsvinden bij een dosis van een paar sievert (dus een paar duizend millisievert);
  • Radioactieve straling in de natuur voorkomt in hoeveelheden waar het menselijk lichaam aan gewend is en in Nederland ongeveer 2,5 mSv/jaar (2,5 millisievert per jaar) is;
  • Radioactiviteit door de lucht kan worden getransporteerd in de vorm van een stofwolk (de Tjernobyl kernramp werd in 1986 ontdekt doordat Zweedse onderzoekers een radioactieve wolk ontdekten);
  • Indien radioactiviteit in stof en water snel voldoende kan worden verdund (bijvoorbeeld in de zee, of doordat een stofwolk over zee wordt getransporteerd en in een regenbui terecht komt) dit automatisch tot reductie tot veilige hoeveelheden leidt.

In de basis is de GMC-300E Plus een geigerteller: de pulsen van de M4011 telbuis worden opgeteld en gedeeld door het aantal minuten dat werd gemeten en levert dan een waarde in CPM. Een vaste omrekeningsfactor voor de telbuis levert de dosiswaarde in mSv/h op. De gemeten waarden worden op een display getoond en afgeleide functies zoals instelbaar alarm, dataopslag en historgram maken het geheel af. Spannend is dat allemaal niet, maar de GMC-300E levert een keurig pakket af dat voor verschillende doeleinden kan worden ingezet. Wat natuurlijk de vraag oproept wat die doeleinden zoal kunnen zijn.

Radioactiviteit en radioactieve straling is altijd om ons heen. Het niveau daarvan ligt ruim binnen ‘natuurlijke’ normen. Maar soms komt daar verandering in. Een ongeluk in een kerncentrale bijvoorbeeld, die de vraag oproept of de straling om ons heen is toegenomen. Of een vreemd antiek voorwerp waarvan je je afvraagt of het van radioactieve materialen is gemaakt. Beide situaties vragen om een meetinstrument waarmee je radioactiviteit kunt meten. De GMC-300E Plus is dan een handig apparaat.

Verdere informatie:

Plaats een reactie