Geigerzähler als Smartphone-App - kein Scherz!!!

Hallo,

das funktioniert. Das Geheimnis ist, dass CMOS-Bildsensoren, wie sie in Handy-Kameras verwendet werden, nicht nur auf sichtbares Licht reagieren, sondern auch auf ionisierende Strahlung. Sorgt man dafür, dass kein Licht auf den Bildsensor fällt, dann sieht man die von einfallenden Strahlungsquanten bewirkte Belichtung am Aufleuchten einzelner Pixel. Die von RD Klein entwickelte App benötigt als einzige Hardware-Modifikation ein über das Kameraobjektiv geklebtes Stück Pappe, die das Licht abschirmt. Gammastrahlung durchdringt die Pappe problemlos. Die App führt zunächst einen Abgleich durch, d.h. man muss das Smartphone für den Abgleich "strahlungsfrei" halten. In dieser Phase wird von der App das Grundrauschen des Bildsensors ermittelt (ein paar Pixel blinken aus verschiedenen Gründen immer wieder mal auf) bestrahlt man danach den Bildsensor, verstärkt sich das aufleuchten einzelner Pixel bzw. leuchten auch wesentlich mehr Pixel auf.

Nun wird gezählt. X Pixel blitzen innerhalb z.B. 5 Minuten auf, davon sind Y Pixel Grundrauschen, die werden abgezogen, bleiben Z Pixel "strahlungsbedingt" übrig. Da die Bildsensoren ohnehin auf einen relativ engen Toleranzbereich vorkalibriert sind (Fix Pattern Noise Korrektur), stimmt die Korrelation zwischen den strahlungsbedingten Pixeln und der Intensität der Strahlung recht gut überein.
Ein Geigerzähler mit seinem Zählrohr macht im Grunde nichts anderes: durch Strahlung ausgelöste Impulse innerhalb einer bestimmten Messzeit zählen. Eine Bewertung der Strahlungsenergie kann weder ein Smartphone noch ein Geigerzähler leisten.
Die Smartphone-App ist etwa um den Faktor 10 unempfindlicher, als ein Zählrohr nach dem Geiger-Müller-Prinzip. Misst man lange genug, kommt man aber auf vergleichbare Ergebnisse.

Ich würde die Arbeit von RD Klein als seriös einstufen, zumal bei der Erprobung das Helmholtz Forschungszentrum München mitgewirkt hat und gemeinsam mit RD Klein die App vermarkten will.

Eine sehr pfiffige Idee, aber man sollte trotzdem nicht vergessen, dass ein Geigerzähler und auch diese App nur sehr grobe Strahlungsdetektoren sind und keinesfalls "Mess-Geräte", die eine zuverlässige Aussage über die Art und Gefährlichkeit der vorhandenen Strahlung erlauben (Stichwort: radioaktive Belastung von Lebensmitteln - ist mit beidem praktisch nicht sinnvoll messbar - auch wenn beide Ansätze am bayrischen Waldpilz schön vor sich hin knattern)).

Grüsse

Tom

Hallo,

ich kann das von Tomduly gesagte nur unterstreichen. Die App ist besser als nichts, aber sie ist letztlich nur ein "bleiben oder davonlaufen" Indikator. Sie taugt definitiv nicht, um die Genusstauglichkeit von Lebensmitteln zu untersuchen.

Wie kann man die App testen? Mit einem frei zugänglichen Prüfstrahler. Wer 500.000 Bq eines Betastrahlers mit 1,3 bzw 1,5 MeV begleitender Gammazerfallsenergie erwerben will, die aus ß+ bzw. K-Einfangreaktionen resultieren, der muss normalerweise (bei "nichtnatürlichen" Nukliden) ein zertifiziertes Nuklidlabor mit den erforderlichen Erlaubnisscheinen betreiben - oder er geht im Falle des natürlichen Nuklids 40K "aus biologischem Anbau" zur BayWa (bzw. den schweizerischen oder österreichischen Landhandelsorganisationen) und sagt "Einen Sack Kalidünger bitte".

Anders gesagt. 100g reines Kaliumchlorid aus dem Laborbedarf enthält etwa 3000 Bq des natürlichen und ziemlich intensiven Beta- / Gammastrahlers 40K. 100g KCl reichen übrigens völlig.

Strahlende Grüsse

Mattthias

Ich finde den Zugang zu der Sache wirklich genial und werde das ganze bei den Kollegen von der Feuerwehr in den nächsten Wochen mit einer Strahlenquelle, die dem dortigen Strahlenspürtrupp für Ausbildung und Übung zur Verfügung steht, testen. Bin schon gespannt auf die Ergebnisse und werde Sie euch dann gerne mitteilen.

Zitat von GelbesDreieck;110917

Hallo Matthias,

Wie kann ich denn Becquerel in Sievert umrechnen?

Hallo Jan,

das ist nicht ganz so einfach. Einen ein wenig "populärwissenschaftlichen" Kommentar zu radiologischen Einheiten habe ich hier gepostet.

Wie komme ich also vom Bq zum Sv?

Ich muss erst mal das strahlende Nuklid und dessen Zerfallsmechanismen kennen.

Wenn einige Gramm 239Pu (ein reiner Alphastrahler mit langer HWZ) vor mir auf dem Tisch lägen, würde ich mich hinsetzen und das Zeug interessiert betrachten. Wäre es auch nur ein Zehntel der Menge 60Co (Beta und vor allen Dingen Gamma), würde ich sehr schnell davonrennen.

Ich muss also zunächst einmal die Zerfallsmechanismen, die Zerfallsenergie und die Reichweite in Luft kennen. Alphastrahler sind in aller Regel äusserlich (zur Inkorporation kommen wir später) harmlos, da sie eine sehr geringe Reichweite in Luft haben und auch die äussere (tote) Hornschicht der Haut in der Regel nicht durchdringen können.

Bleiben Betas und Gammas. Da bleibt mir dann nichts weiter, als zu rechnen. Zunächst muss ich mal die Dosisleistungskonstanten der strahlenden Nuklide kennen. Die liefern zum Beispiel Tabellenwerke.

Dann muss ich mir überlegen, wie meine Quelle aussieht (Punktstrahler, flächenhafte Kontamination?) und wie mein "Ziel" aussieht. Einen Menschen kann ich recht gut als Säule modellieren. Dann muss ich in einem Raumintegral die Strahlung "aufsammeln". Bei flächenhafter Kontamination und einem Menschenmodell als Zylinder bieten sich Zylinderkoordinaten an, dann wird das relativ einfach. "Ich bin aber nicht so gut in Integralrechnung...", macht nichts, zum Lösen gibt es Freunde und Helfer. Die Integralgleichung aufstellen musst Du allerdings selber.

Bisher war ich auf der Dosis/Dosisleistungsebene in Gray. Was bei Betas und Gammas in etwa dem Sievert entspricht. Ansonsten gilt Sv = Gy * RBW, mit RBW relative biologische Wirksamkeit.

Wenn ich vorhin sagte, dass Alphas ausserhalb des Körpers relativ harmlos sind, gilt das für mit Nahrung oder Atemluft in den Körper aufgenommene Alphas definitiv nicht mehr. Hier gilt: RBW=20, d.h. ein im Körper stattfindender Alphazerfall richtet etwa 20 mal mehr Schaden an, als ein Beta- oder Gammaereignis gleicher Energie.

Bei inkorporierten Strahlern wird der Weg vom Bequerel zum Sievert übrigens nochmal komplizierter, da neben der physikalischen Halbwertszeit (HWZ) auch die biologische HWZ, d.h. die Rate der stoffwechselbedingten Elimination wichtig ist.

Entscheidend ist die relative HWZ, für die gilt HWZ(rel) = (HWZ(pys) * HWZ(biol) / (HWZ(phys) + HWZ(biol))

Beispiele:

137Cs wird wie Kalium verstoffwechselt und hat eine biologische HWZ von 110 Tagen. Trotz einer physikalischen HWZ von ca. 30 Jahren ergibt sich eine effektive HWZ von 109 Tagen.

90Sr hat ebenfalls eine physikalische HWZ von 29 Jahren, da es aber wie Calcium verstoffwechselt und in die Knochen eingebaut wird, ergibt sich eine biologische HWZ von 40 Jahren und im Ergebnis eine effektive HWZ von knapp 17 Jahren.

Wenn Du da selber rechnen willst, musst Du leider etwas tiefer einsteigen.

Falls Interesse besteht:

Zum Einstieg

Claus Grupen, Grundkurs Strahlenschutz, Vieweg Lehrbuch Physik

Wenn es wirklich ins Detail gehen soll

Hanno Krieger; Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz, 2 Bände, B.G.Teubner, Stuttgart

Detailfragen gern auch per PN.

Viele Grüsse

Matthias

Nachtrag: Ein Link zu einem wirklich gut gemachten kostenlosen Download, der solides Grundwissen allgemeinverständlich und gut aufbereitet vermittelt:
http://www.kernfragen.de/kernf…et_strahlenschutz2007.pdf

Also ich habe diese App und ich hab sie auf Funktion getestet.
Es funktioniert tadellos, einziger Wehrmutstropfen ist bei der Sache, daß die ausgegeben Daten, in veralteten bzw selten in Europa verwendeten, Maßeinheiten ist.

Ich hätte mir sehr eine Ausgabe als Sv oder mSv oder ähnliches gewünscht, auch halte ich es für suboptimal die 2.te Kamera/Facetime dafür zu nutzen.

Ich benutze als Werkstoffprüfer jedenfalls kein mGy oder rad.

Getestet habe ich es mit unser RFA "Kanone", einer Miniröntgenröhre mit ca. 30 kv, bei unserer Vollschutzanlage bzw mit Isotop hatte ich bedenken, daß mein Telefon schaden nehmen könnte.

Hallo,

Zitat von Anubisfwk;111687

...einziger Wehrmutstropfen ist bei der Sache, daß die ausgegeben Daten, in veralteten bzw selten in Europa verwendeten, Maßeinheiten ist.
Ich hätte mir sehr eine Ausgabe als Sv oder mSv oder ähnliches gewünscht, auch halte ich es für suboptimal die 2.te Kamera/Facetime dafür zu nutzen.
Ich benutze als Werkstoffprüfer jedenfalls kein mGy oder rad.

da so ein Bildsensor ohnehin nur auf Gamma und ggf. Beta-Strahlung anspricht, ist das mit der Einheit Gray nur ein Schönheitsfehler:

"Ein Gray ist für Röntgen-, Gamma- und Beta-Strahlung identisch mit einem Sievert, denn beides beschreibt 1 Joule pro kg, wird jedoch als Dosisgröße für den praktischen Gebrauch benutzt, während das Sievert als Äquivalentdosis gebraucht wird."(Wikipedia)

Und 1 rd entsprach 0,01 Gy. Vielleicht ist das halt ein Tribut an den US-Markt, die hängen an so komischen Alt-Einheiten, da misst man Druck ja auch noch in Pfund pro Quadrat-Zoll (psi - pounds per square inch) und fliegt wg. solcher Anachronismen auch mal mit nem Satelliten am Ziel vorbei.

Aber schreibs dem App-Entwickler doch mal als Feedback.

Grüsse

Tom

Ich auf habe das auf der Arbeit getestet, funktioniert ganz gut.

Es gab inzwischen ein Update, seitdem kann auch die Hauptkamera verwendet werden.

Ist halt geeignet um "spontan" mal zu messen, ob der aktuelle Ort belastet ist oder nicht.
Für exakte Messungen, zum Beispiel wenn man irgendwo umher läuft, ist die App zu langsam.
Für eine halbwegs exakte Messung braucht man zwischen 4-10 Minuten, daß läuft dann über die Bildung eines Mittelwertes. Der kommt dann aber recht gut an das heran, was man mit einem echten Zähler messen würde.

Meine Fresse, was es alles gibt. Handy-Solarium, Nackt-Scanner fürs Handy, Orte Deine Freunde und jetzt den Geigerzähler fürs Handy. Dolle Sache.

Die Frage sollte erst mal sein, ob ein handelsübleches Handy nach einem ordentlichen EMP überhaupt noch funktioniert.

Hi,

als ehemaliger Laborphysiker bezweifle ich mal ganz aus dem Bauch heraus, dass das wirklich zuverlässig geht.
Nachgemessen hab ich s natürlich nicht.

Frage: Warum benutzten wir im Labor immer hunderte von Mark teuren Messgeräte, wenn es auch mit billigen CMOS-Sensoren funktioniert?

Die Strahlung, die ausreicht, um eine signifikante Menge von Elektronen aus den Kondensatoren im CMOS-Chip rauszuhauen, dürfte auch recht schnell
im restlichen Gerät einiges rausschiessen. Also... vielleicht lieber nicht einen Krümel Cäsium auf das teure Ei-Fon legen.
naja, wenn ichs mir recht überlege.. doch probierts!

Nick

Hi,

ich beschäftige mich mit dem Thema Strahlung schon seit geraumer Zeit, habe mit verschiedenen Geigerzählern experimentiert und auch schon einige Zähler selbst gebaut, da die bezahlbaren gekauften Geräte nicht die Features (Datenschnittstelle, wechselbare sonden, konfigurierbare Integrationszeiten/Faktoren) und die Empfindlichkeit boten die ich gerne haben wollte.

Auch die diversen Apps habe ich schon probiert und ja, sie funktionieren grundsätzlich. Der Pferdefuß dabei ist, sie detektieren bauartbedingt nur Gammastrahlung und aufgrund der geringen Sensorgröße muss man relativ lange integrieren bis ein zuverlässiger Wert erwartet werden kann. Nach 20-30 Minuten gleicht sich der Wert mit ca. 10% Messfehler dem eines kalibrierten Geigerzählers an.
Als Vergleichswert kommen cpm (Counts per minute) zur Anwendung denn nur damit ist ein Vergleich überhaupt möglich.

LG. Nudnik

Mal ne andere Frage:
Hat schon jemand bei der allgegenwärtigen Verfügbarkeit von Geigerzählerapps mal versucht die Üblichen Verdächtigen wie tiefe unbelüftete Keller oder Interkontinentalflüge zu messen?

Oder andersrum: Mehrere hier behaupten, "Ja, es tut wie mein Geigerzähler im Labor". Aber hat schon mal jemand mit der App an einem Ort was gemessen, wo man normalerweise keinen Geigerzähler dabei hat? Was ist dabei rausgekommen?

Nick