Funkenzähler

Allgemeines:

Der Funkenzähler wurde 1944 von S. Rosenblum aus dem Geiger'schen Spitzenzähler von 1938 entwickelt. Die neue Konstruktion vermied einige der Nachtteile die dem Spitzenzähler noch anhafteten. Bei Funkenzähler wird durch eine hohe Spannung die an dünnen Drähten anliegt eine hohe Feldstärke und eine Koronaentladung entlang des Drahtes erzeugt. Durchfliegt ein ionisierendes Teilchen das Gebiet der Korona eskaliert diese zu einer lokalisierten Funkenentladung. Eine ausreichende Ionisation für diesen Prozess bewirken nur Alphateilchen und nur auf diese ist der Spitzenzähler empfindlich. Starke Beta- oder Gammastrahlung bleibt wirkungslos. Da der Funkenzähler aus nur wenigen Teilen besteht kann er leicht nachgebaut werden und ist ein einfaches und anschauliches Experiment da die Strahlung durch entstehenden Funken direkt sichtbar und hörbar wird.

Aufbau:
Der Zeichnung entsprechend besteht der Rosenblum'sche Funkenzähler aus einem Gitter dünner positiv geladener Drähte die über eine negative Metallfläche gespannt sind. Wichtig ist der konstante Abstand aller Drähte von der Oberfläche. Dazu dienen die beiden Glasröhren über die die Drähte gespannt werden. Die Kanten der Alukathode sind abgerundet um Randeffekte durch scharfe Kanten zu verhindern.
	Die Glasröhren haben einen Durchmesser von 7,5 mm und die Kathode ist aus 6 mm Flachmaterial sodass sich ein Abstand von 1,5 mm ergibt. Der genaue Abstand ist nicht wichtig, entscheidend für die Funktion ist de Konstanz des Abstandes. Der Stahldraht hat einen Durchmesser von 0,125 mm. Auch hier ist das genaue Maß unkritisch, Werte zwischen 0,05 und 0,2 mm können verwendet werden. Auch das Material spielt keine Rolle, nur sollte der Draht stark genug sein um straff gespannt zu werden ohne zu reißen. Die Bodenplatte ist aus einseitig kaschiertem Platinenmaterial in das zur Befestigung des Drahtes Lötnägel eingesetzt werden. Der Kupferbelag auf der Unterseite bildet mit der Alukathode die zur Funktion erforderliche Kapazität. Dieses Drahtgitter erinnert an einen Eierschneider aus der Küche und wahrscheinlich könnte man auch ein solches Teil für unsere Zwecke missbrauchen. Betrieben wird der Zähler mit einer Gleichspannung von 3 bis 6 kV.Da der Zähler, ähnlich wie Geigerzählrohre ein Plateau in der Charakteristik aufweist muss die Betriebspannung nicht stabilisiert werden.
Bei einem Arbeitswiderstand von 100 bis 200 Megaohm wird die Spannung an den Drähten durch den Koronaeffekt selbst stabilisiert. Zur Demonstration benötigt der Zähler keine weitere Beschaltung, die Alphastrahlung wird durch die sichtbaren Funken detektiert. Die Helligkeit und Lautstärke der Funkenentladung kann durch einen parallel geschalteten Kondensator noch erhöht werden. Aber auch der Anschluss an einen elektronischen Zähler ist problemlos möglich da die durch die Funken entstehenden Impulse eine sehr hohe Amplitude von etwa 50V aufweist. Das untere Oszillogramm zeigt den mit 50 ns sehr kurzen Zählpuls. Das rechte Diagramm zeigt den Einsatz des Zählers bei einer Spannung von 3,5 kV.

Betrieb:

Mit der Americiumquelle aus einem Rauchmelder (ca. 10kBq) erhält man im Zählplateau circa 1700 Impulse pro Minute. Der Nulleffekt des Zählers ist sehr klein. Bei einer Betriebsspannung von 4 kV konnte während einer Messzeit von zwei Stundenohne Quelle kein Impuls registriert werden. Auch die Empfindlichkeit für Betastrahlung geht gegen Null. Ein Sr 90 Betaquelle mit 40 kBq ergab während der eine Stunde dauernden Messzeit mit 4 kV Betriebsspannung keinen Impuls.

Der Film,rechts, zeigt den Einsatz der Funken bei der Annäherung der Alpha Strahlenquelle

Demoaufbau:

Für eine öffentliche Demonstration wurde ein neuer Funkenzähler wie der > Spitzenzähler < , in ein geschlossenes Plexiglasgehäuse eingebaut. So wird sowohl die Gefahr einer Berührung mit Hochspannung führenden Leitungen gebannt wie auch die Alphastrahlung der eingebauten Americium-Quelle komplett abgeschirmt.
Auch hier wird zur einfachen Hochspannungserzeugung der bewährte Kaltkathodenlampen-Inverter verwendet. Der höheren notwendigen Spannung wegen, aber mit einem 6-stufigem Vervielfacher.