GammaSense: hoe meet je zelf nucleaire straling?

Lodewijk Loos

Binnen het project GammaSense zetten we een burgermeetnetwerk op voor het meten van radioactieve straling. Het moet burgers in staat stellen om eigen cijfers naast de meting van officiële instanties te leggen. Daarnaast is er het idee dat een netwerk van veel goedkope sensoren van iets lagere kwaliteit een goede aanvulling is op de bestaande netwerken die werken met kwalitatief hoge sensoren maar minder meetpunten.

Eerder hebben we ingezet op het meten van gammastraling met behulp van smartphones. Dit type straling is het meest doordringend en daarom in de praktijk het beste te meten op verschillende plekken. De smartphone-methode maakt gebruik van het feit dat de CMOS sensor in een camera gevoelig is voor gammastraling. In een testopstelling heeft het RIVM (één van onze partners) aangetoond dat dit ook echt werkt. Het enige probleem is dat deze methode voor de meesten van onze use cases niet gevoelig genoeg is. Ja, je kunt het meten als er een kernramp is, maar een lager stralingsniveau, bijvoorbeeld als gevolg van een langsrijdende trein met lekkende vaten radioactief afval, is met een telefoon niet te meten.

We zullen binnen dit project dus ook gebruik moeten maken van conventionelere manieren voor het meten van gammastraling.

Open-source hardware

Wie even het internet afstruint ziet al snel dat het meten van radioactiviteit al jaren tot het domein behoort van de hobby-electronica. Straling is dan ook iets dat aan de ene kant fascineert, maar aan de andere kant mensen bezighoudt uit bezorgdheid. Recent heeft met name de ramp met de kerncentrale in Fukushima geleidt tot een wildgroei aan initiatieven (o.a safecast, radmon.org) en DIY-projecten. Daarbij zien we drie categorieën van sensoren naar voren komen die voor ons interessant zijn, respectievelijk gebaseerd op PIN-diode sensoren, scintillatiedetectie en Geiger–Müller buizen. Daarvan lijkt de laatste categorie het beste aan te sluiten bij onze criteria, vanwege de goede ratio tussen gevoeligheid en kosten. Er zijn redelijk gevoelige buizen te vinden voor niet veel geld.

Als er al zo veel gebeurt, veelal met open-source hardware, ligt het voor de hand om verder te gaan met het goede werk van anderen. Daarom zijn we verschillende initiatieven aan het evalueren. De belangrijkste componenten waar we een keuze voor moeten maken, zijn het stukje electronica dat de Geiger–Müller buis aanstuurt en de buis zelf. Om die keuze goed te kunnen maken zijn we spullen gaan bestellen en uitproberen. Met name voor het beperken van de opties die we hebben voor de buis, zijn we afgegaan op de ervaringen van anderen. Daarbij valt het op dat buizen uit het Sovjet tijdperk erg populair zijn vanwege hun robuustheid, betrouwbaarheid en lage prijs. We moesten er een beetje naar zoeken, maar ze zijn bijvoorbeeld bij Russische leveranciers via het Duitse eBay te krijgen.

Afb 1. Onze buizen. Van links naar rechts : de SI-29BG, de VOLTCRAFT Z1A/J302ßy en de populaire SBM-20
Onze buizen. Van links naar rechts: de SI-29BG, de VOLTCRAFT Z1A/J302ßy en de populaire SBM-20

 

Voor de overige electronica kijken we naar verschillende open-source hardware-kits. De belangrijkste criteria hierbij zijn de kosten van de hardware, of deze algemeen verkrijgbaar is en het niveau van de documentatie. Dat laatste is erg belangrijk op het moment dat we onze eigen aanpassingen gaan doen.

de GK-mini met de GK-WiFi  add-on (beide van DIYGeiger)
De GK-mini met de GK-WiFi add-on (beide van DIYGeiger)

 

Testen

Op het moment dat je een kit besteld hebt en een middag hebt zitten solderen, komt het spannende moment: het uitproberen. Radioactieve straling is er overal en altijd; het komt in de natuur voor. Een gevoelige sensor kan dus ook altijd een ongevaarlijke hoeveelheid achtergrondstraling meten. Maar je ziet pas echt of je nieuwe geigerteller werkt als je de hoeveelheid straling kunt beïnvloeden met een radioactieve bron. Radioactief materiaal is niet heel makkelijk te verkrijgen, en gelukkig maar! Het is echter zo dat er vroeger radioactief materiaal werd gebruikt in verschillende huis-, tuin- en keukenobjecten. Wij vonden een prachtige annagroene (uraniumglas) ijscoupe bij een online antiquair. En ja, het glaasje blijkt radioactief. Wonderlijk om te bedenken dat dit glaasje al een eeuw (en de uranium waar deze van gemaakt is al langer) honderden deeltjes per minuut uitstraalt, en dat je voor elk deeltje dat de sensor raakt een tikje hoort als gevolg van een ontlading in het buisje!

ijscoupe van urianiumglas (annagroen)
IJscoupe van uraniumglas (annagroen)

 

En nu?

We gaan nu bepalen welke combinatie van hardware en buis het beste aansluit bij onze eisen. Daartoe vergelijken we de setjes (buis en hardware) met gekalibreerde meetapparatuur en kijken we naar andere aspecten als stroomverbruik en betrouwbaarheid. Uiteindelijk komt daaruit de specificatie van ons meetstation voort en de aanpassingen die we nog aan de hardware moeten doen. Oók zetten we een platform op voor het verzamelen en analyseren van realtime data van de meetstations.

Het plaatsen van de meetstations en de analyse van de data behoeven speciale aandacht. Zoals gezegd komt straling in de natuur voor en is deze zeker niet altijd het gevolg van activiteit in kerncentrales. Zo kun je niet met zekerheid zeggen wat de oorzaak is van een tik (ontlading) in een Geigerteller. Aan de andere kant kan een afwijkend patroon in een meetnetwerk wel degelijk een indicatie zijn dat er 'iets' aan de hand is. En mogelijk kunnen we willekeurigheid in de metingen verder uitsluiten door de data van onze meetstations te koppelen aan andere data. Om het voorbeeld van de trein er nog eens bij te halen: wanneer je langs het spoor een verhoging meet op het moment dat er een nucleair transport langsrijdt, is het vrij aannemelijk dat het één met het ander te maken heeft.

Uiteindelijk kan dit project alleen een succes worden als we er in slagen om het netwerk daadwerkelijk uit te rollen. Daar zullen wij een coördinerende rol in spelen, maar we hebben óók de hulp van enthousiastelingen nodig die een meetstation willen adopteren.

Ben jij geïnteresseerd? Laat dan hier weten wat je vindt van het onderwerp, zelf meten en straling

Verder lezen?

  • OpenGeiger biedt een schat aan informatie over DIY-meten van radioactiviteit.
  • De in het blog getoonde kit van DIYGeiger kun je hier vinden. 
  • uRADMonitor is een meetnetwerk met eigen hardware, tot stand gekomen met crowdfunding.
  • Safecast is een meetnetwerk en community met eigen open-source hardware.
  • radmon.org is een platform voor het delen van metingen van verschillende typen hardware.
  • OpenRadiation is een Frans meetnetwerk met eigen hardware.

 

Over de auteur