Zur Zeit sind Zählrohre preisgünstig schwer zu beschaffen. Daher baten wir mehrere Forschungsstätten um Unterstützung. Gerade recht kam uns die Antwort vom Max-Planck-Institut in Potsdam.
Es wies uns auf die Photodiode BPW34 hin.

Eine Photodiode ist eine Halbleiterdiode und besteht aus Silizium, Germanium oder anderem Material. Sie wandelt in den meisten Ausführungen sichtbares Licht über einen p-n Übergang oder pin-Übergang in elektrischen Strom um.

p-n-Übergang	pin-Übergang
genannt positiv-negativ-Übergang; ist der Übergangsbereich von n- und p-dotierten Halbleiterkristallen Ausbildung einer Sperrschicht (Art Isolator), sodass Strom nur in eine Richtung (Durchlassrichtung) fließt. Wenn Licht auf den pn-Übergang bzw. Sperrschicht trifft, werden die Elektronen aus ihren Kristallbindungen gelöst. Merkmal: Diffusion von Ladungsträgern d.h. wird             keine Spannung angelegt, dringen durch             Raumwärme Elektronen von der n-Schicht             in die p-Schicht und springen in freie             Löcher;             Die Löcher diffundieren in die n-Schicht.	Zwischen positiver- und negativer Schicht befindet sich die i-Schicht (intrinsic= eigenleitend), sie ist hochohmig. Die Diode verhält sich ähnlich der pn-Diode, wobei die Löcher von der p-Schicht und die Elektronen von der n-Schicht in die i-Schicht gelangen. Hier haben sie eine lange Lebensdauer, so bleibt die Diode bei geringen Spannungsimpulsen leitend. Merkmal: oberhalb von 10MHz verhält sie sich wie             ein ohmscher Widerstand.

Die pin-Diode kommt zur optischen Signalübertragung in der Nachrichtentechnik zum Einsatz. Es gibt unter den Pin-Photodioden unterschiedliche Kapazitäten: eine breite i-Schicht bedeutet eine niedrige Kapazität. Das bedeutet, dass wenige bis keine Ladungsträger in sie gelangen können. Somit verhält sie sich wie ein ohmscher Widerstand. Daran lässt sich erkennen, dass sie ein nichtlineares Bauelement ist, da Spannung und Stromstärke variieren. In Sperrrichtung betrieben, wird sie als frequenzabhängiger Widerstand verwendet und wandelt einfallendes Licht in Strom um. Ein großer Vorteil ist, dass sie eine dicke i-Schicht hat, somit kann sie bei niedriger Temperatur messen. Sie ist jedoch gegenüber äußeren Einwirkungen nicht stark empfindlich. Die BPW-34 ist eine pin-Diode, wobei sie bei uns als Strahlungssensor arbeitet.

Einsatz der BPW-34 als Strahlungsdetektor

Die BPW34 ist eine normale Photodiode, die Röntgen- und Gammastrahlung detektiert, wenn sie lichtgeschützt ist. Dann fließt ein Sperrstrom. Zählrohre werden mit einigen 100 Volt betrieben, die BPW34 dagegen kommt mit einer handelsüblichen 9V-Batterie aus. Somit muss keine hohe Energie aufgebracht werden. Die BPW34 kann zwischen -40 C° und höchstens +85 C° betrieben werden. Das ist wohl ausreichend, weil der Wetterballon auf eine Höhe von ungefähr 20 bis 30 km steigt. Auf dem Weg nach oben kommt es zu einer Temperaturschwankung von +25 auf -40 Grad Celsius. Eine Rekordhöhe über 30 km und somit niedrigerer Temperatur ist ausgeschlossen.
Die empfohlene Internetseite enthält einen Schaltlan, den wir durch einen dritten Operationsverstärker verbessert haben. Mit dem Programm 'CadSoft Eagle PCB' haben wir uns den Plan zum Löten zurechtgelegt. Er ist einer länglichen Lochrasterplatine angepasst.

Die Schaltung lässt sich in drei Stufen der Verstärkung einteilen. In der ersten Stufe treffen die Gammateilchen auf die Photodiode, es kommt zu einer Spannungsänderung. Dieses Signal muss verstärkt werden. Dazu wird in der zweiten Stufe, als Vorverstärkerstufe, das Signal durch zwei Transistoren verstärkt. Als nächste Stufe folgt die Endverstärkung, worin der Ausgangswiderstand, um Störungen zu reduzieren, eingesetzt wird.

Funktionsweise

Trifft ein hochenergetischer Gammaquant auf die empfindliche Fläche, kommt es zu einer Spannungsänderung. Ein seperater Spannungsregler regelt die Schwellspannung der Diode. Kommt es zu einer hohen Amplitude über dem eingestellten Bereich, also einer Spannungsänderung, lässt sich ein Gammaquant vermuten. Es kommt graphisch zu einem Ausschlag, der als Messpuls zu verstehen ist. Durch die eingestellte Schwelle vermeiden wir, Rauschpulse zu messen. Das geschriebene Programm auf dem Mikrocontroller, stellt separat die Schwelle ein, indem es sie über die Amplituden der Rauschimpulse, plus 100mV darüber, einstellt. Die Impulse der Gammateilchen werden gezählt und abgespeichert.

Funktionsprüfung