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Geigerzähler: Radioaktivität messen mit dem Raspberry Pi

Radioaktive Strahlung umgibt uns unbemerkt im Alltag, ein Geigerzähler macht sie hör- und sichtbar. Mit Hilfe eines Bastelprojektes kann jeder Radioaktivität erfassen.

Eine Anleitung von Christopher Bichl veröffentlicht am
Geigerzähler für den Raspberry Pi
Geigerzähler für den Raspberry Pi (Bild: Christopher Bichl)

Ich saß mit meinen Arbeitskollegen zusammen und wir sprachen über die Zeiten, in denen es Engpässe und Probleme bei der Lieferung von Computerperipherie gab. Ich hörte die Geschichte einer Firma, die regelmäßig Hardware aus Japan bekam. Vor einiger Zeit war es schwierig, von dort diese Hardware zu beziehen, wenn sie aber kam, musste sie auf Strahlung geprüft werden. Dass es damals einen Engpass an Geigerzählern gab, war mir nicht bewusst. Ich war auch sehr erstaunt, welchen Aufwand Firmen betrieben, um an einen Geigerzähler zu gelangen. Mein nächster Gedanke war: So einen werde ich mir selber bauen.

Inhalt:
  1. Geigerzähler: Radioaktivität messen mit dem Raspberry Pi
  2. Raspberry Pi einrichten

Jeder, der löten kann und sich ein bisschen mit Raspberry Pis und IoT-Geräten auskennt, kann so ein Gerät zusammenbauen. Die gemessenen Daten lassen sich speichern oder auf einem Display anzeigen.

So funktioniert ein Geigerzähler

Der Geigerzähler heißt auch Geiger-Müller-Zählrohr, wurde von Hans Geiger 1913 entwickelt und in Zusammenarbeit mit seinem Mitarbeiter Walther Müller verbessert. Das Gerät war der erste Detektor, der auf ionisierende Strahlung mit einem elektrischen Impuls reagierte. Es besteht aus einem verschlossenen zylindrischen Metallrohr - dieses stellt die Kathode oder auch den Minuspol dar - und aus einem Draht, der Anode beziehungsweise dem Pluspol. Der Draht wird durch einen Isolator, der zumeist aus Glas ist, aus dem Rohr geführt, das Rohr ist mit einem Edelgas gefüllt. Dieses sogenannte Zählgas erzeugt freie Elektronen, wenn Beta- oder Gamma-Strahlung einfällt.

Zwischen Anode und Kathode gibt es zuerst eine Gleichspannung, die einige Hundert Volt beträgt. Sobald Beta- oder Gammastrahlung auf das Rohr trifft, trennen sich im Gas die Hüllenelektronen von den Atomkernen und wandern zur Anode. Nach den physikalischen Gesetzen entsteht nun eine Stoßionisation, bei der es sich um eine Entladung von Gas handelt, und es fließt Strom zwischen Kathode und Anode. Jetzt gibt der Geigerzähler ein Signal. Mehr Details zu Funktionsweise und Geschichte des Geigerzählers gibt es auf Wikipedia.

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Nach ein wenig Recherche im Internet fand ich verschiedene Geigerzähler-Zusammenbau-Kits. Ich entschied mich für den Mighty Ohm von einer Firma aus Seattle. Er ist nicht allzu kompliziert zusammenzubauen und sollte sich mit nicht zu viel Aufwand mit einem Raspberry Pi zusammenschließen lassen, da er verschiedene Schnittstellen bereitstellt, um elektronische Bauteile anzubinden. Ich bestellte ihn und war verwundert, dass er in nicht einmal einer Woche, mit Standardversand, in Österreich war. Drei weitere Wochen verbrachte er auf dem Zollamt, dann bekam ich ein unscheinbares, dickes Kuvert zugestellt.

In diesem waren drei weitere Pakete: das Geigerzählerrohr, der Bausatz und das Gehäuse. Ich kontrollierte die Vollständigkeit der Bausätze und begann dann mit dem Zusammenbau, nach der Anleitung und einigen Löttipps.

  • Der zusammengebaute Geigerzähler (Bild: Christopher Bichl)
  • Der Anschluss an den Raspberry Pi erfordert wenig Aufwand. (Bild: Christopher Bichl)
  • Geigerzähler, Raspberry Pi, Bildschirm und Klebeband...(Bild: Christopher Bichl)
  • ... nicht hübsch ... (Bild: Christopher Bichl)
  • ... aber funktionsfähig. (Bild: Christopher Bichl)
Der zusammengebaute Geigerzähler (Bild: Christopher Bichl)

Am Anfang wird gelötet

Meine Lötfähigkeiten sind sehr bescheiden und es ist auch schon ein paar Jahre her, dass ich etwas gelötet habe. Nach der zehnten Lötstelle ging es aber wieder ganz gut und es machte richtig Spaß, die Widerstände, Transistoren und alle anderen Bauteile auf die vorgeätzte Platine zu löten. Es dauerte etwa zwei Stunden, die Lötstellen waren halbwegs passabel. Nach dem ersten Einschalten funktionierte das Kit sofort und machte, wie erwartet, ein klick- oder piepähnliches Geräusch.

Jetzt war es an der Zeit, den Geigerzähler zu testen. Mein Haus und mein Arbeitsplatz sind nicht radioaktiv verstrahlt, deshalb ging ich zum nächsten Altwarenhändler und fragte freundlich, ob ich in seinem Geschäft nach radioaktiven Gegenständen suchen dürfe.

Nach einigen Minuten wurde ich fündig, der Geigerzähler piepste und erstrahlte im wahrsten Sinne des Wortes. Ich machte den Verkäufer darauf aufmerksam, dass es sich hier um Gefahrgut handle und verließ zufrieden das Geschäft.

Als Nächstes ging es darum, die empfangenen Daten zu speichern und am besten auch gleich grafisch darzustellen. Also ging ich nochmal die Sektion "Daten-Logging" in der Bauanleitung durch und stellte fest, dass ich zwei Möglichkeiten hatte: entweder mit der seriellen Schnittstelle oder über einen eigenen Port, der einen Impuls - "Puls" heißt auch der Port - als elektrisches Signal ausgibt. Ich entschied mich für die serielle Schnittstelle, da auch der Raspberry Pi sie ohne weitere Adapter oder Ähnliches unterstützte.

Ich nahm also meinen Raspberry Pi zur Hand, lud und installierte Raspian. Danach stellte ich eine Verbindung mit female/female-Jumper-Kabeln her. Ich verband diese zwei Geräte nach folgendem Schema:

Mightyohm Geiger counter------------------- Raspberry Pi

Serial---pin 1 black triangle---------------Pin 6 Ground
---------pin 4------------------------------Pin 8 Transmit Data
---------pin 5------------------------------Pin 10 Receive Data
Raspberry Pi einrichten 
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dg0mg 16. Mai 2019 / Themenstart

Wem dreistellige Investitionen und ein "Controller" der mehrere Watt verbraucht, zu...

quasides 03. Mai 2019 / Themenstart

das unwissen um radioaktivität ist schon beängstigend. du bist auch in der natur von...

Huanglong 02. Mai 2019 / Themenstart

Das kann man so absolut [...] sagen.

Eheran 30. Apr 2019 / Themenstart

Wohl kaum. Eisen gibt eine grüne Farbe in Glas, sieht man in jedem normalen Floatglas...

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