DIY Particle Detector SMT
Der DIY Particle Detector SMD ist ein kleiner, mobiler Halbleiter-Strahlungsdetektor, der ionisierende Strahlung (insbesondere Beta- und Gamma-Strahlung aus radioaktiven Zerfällen) mit Silizium-PIN-Dioden nachweist. Die Inspiration, günstige Silizium-PIN-Dioden zur Detektion von radioaktiver Strahlung zu verwenden, stammt aus zahlreichen Open-Source-DIY-Projekten, insbesondere dem DIY-Particle-Detector-Projekt von Oliver Keller. Auf dieser Seite sammeln wir die wichtigsten Informationen zum Projekt wie benötigte Materialien, Bau- und Lötanleitung, Hinweise zur Datennahme und Auswertung sowie Tipps für den Einsatz mit Gruppen.
Short Facts:
- Reine Bauzeit: ~2 Stunden
- Workshopdauer mit Einführung und Messung: ~4-6 Stunden
- Komplexität: Anfängerfreundlich
- Kosten für Bauteil pro Detektor: ~15 €
- Was wird gemessen?: Beta-/Gamma-Strahlung aus radioaktiven Zerfällen
- Auslesezubehör: (Auxkabel + USB-Soundkarte + Laptop) oder Oszilloskop
Der Detektor eignet sich besonders gut für Workshop-Formate, da die reine Bauzeit bei unter 3 Stunden liegt und man so schnell erste Messungen durchführen kann.
Funktionsprinzip
Vier rückwärts geschaltete Dioden dienen als primärer Sensor im Detektor. Trifft ionisierende Strahlung auf die Dioden, werden Elektronen-Lochpaare erzeugt und es fließt ein kleiner Stromimpuls in Sperrrichtung. Dieser Impuls wird zunächst durch einen ladungssensitiven Verstärker in ein proportionales positives Spannungssignal umgewandelt.
Im Anschluss wird das Spannungssignal an einen invertierenden Verstärker geführt. Diese Stufe verstärkt den Puls (~100-fach) und invertiert ihn, wobei ein definierter Arbeitspunkt (4,5 V) sicherstellt, dass das Signal im erlaubten Spannungsbereich bleibt. Eine Kondensator-Widerstand-Kombination am Ende der Schaltung setzt den Ausgang wieder auf einen Null-Volt-Bezug. So entsteht ein klarer, für normierte Audioeingänge von Computern auslesbarer Puls, der analysiert oder digitalisiert werden kann.
Auslesesoftware
Für die Auslese des Detektors wird ein 3-poliges abgeschirmtes AUX-Kabel genutzt. Da nicht alle Computer normierte Mikrofoneingänge haben, wird eine USB-Soundkarte zwischen Kabel und USB-Eingang des Rechners geschaltet. Das hat zusätzlich den Vorteil, dass wir Schäden am Computer vorbeugen, falls der Detektor defekt ist.
Wichtig ist, im Betriebssystem die USB-Soundkarte als Eingabequelle auszuwählen (nicht „Line-In“ oder „internes Mikro“). Zusätzlich sollte die Eingangslautstärke in den Audio-Einstellungen nah ans Maximum gesetzt werden, damit das Eingangssignal deutlicher wird.
Ein Webtool kann den Mikrofoneingang des Computers konstant auslesen und grafisch daraus Pulsformen darstellen. Im Tool lässt sich ein Schwellwert einstellen, was Pulse zählbar macht und Sie vom elektronischen Rauschen trennt. Grundsätzlich funktioniert jedes beliebige digitale Oszilloskop, solange es eine Schwellwert-Funktion (Trigger/Threshold) bietet.
Anleitungsmaterialien als Download
Alle Anleitungsmaterialien können hier separat heruntergeladen und für den Nachbau oder die Organisation eines Workshops genutzt werden.
Lötanleitung: Einfache Erklärung wie SMD-Bauteile verlötet werden
Bauanleitung: Referenzliste welche Teile an welche Stelle kommen
Messanleitung: Beispielaufgaben für Messungen
LTSpice-Arbeitsblatt: Arbeitsauftrag um eine LTSpice-Simulation zu erstellen
Vorbereitung auf die Messung: Wie richte ich den Computer ein um messen zu können
Hardware Dateien
Die gesamte Hardware zum selber Bestellen ist öffentlich zugänglich.
Einkaufsliste: Die vollständige Bestellliste von Teilen. Es können beliebige Anbieter gewählt werden.
Gerber-Dateien PCB: Die Gerber Files können bei beliebigen PCB-Herstellern hochgeladen werden.
Detektor Case 3D-Print: Dateien zum selber Drucken vom Detektor Case.
