Finger´s elektrische Welt

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Das Forum für den durchgeknallten Bastler

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Elektrik und Elektronik

Strahlung und Verstrahlung

Diese Darstellung dient nur und ausschliesslich der Information. Weder soll dies als Empfehlung zur Nachahmung verstanden werden, noch gebe ich weitergehende Tips oder Ähnliches bekannt, aus denen eine Gefährdung resultieren könnte. Ich lehne jede weitergehende Verantwortung für die Handlungen meiner Mitmenschen vollständig ab.

Das Thema ist eigentlich schon alt. Vor über 15 Jahren konnte ich auf dem technischen Gymnasium Wilhelmshaven mit einem Röntgengerät im Fotolabor experimentieren. Heraus kamen z.B. Fotos von Taschenrechnern.

- Mal sehen, ob sich davon noch irgendwo Bilder finden -

Im Zusammenhang mit Modellraketen ist mir dann aber über das Raketenforum ein Röntgenbild in die Hände gefallen :

Es zeigt den Aufbau eines käuflichen Modelltraketenmotors (z.B. erhältlich bei PyroFlash).

Das Interesse war wieder da.

I-Gay bietet einen reichhaltigen Fundus an Dentalröntgengeräten, die allerdings für Preise zwischen 200 und 500 Euronen + Spedition über den Tisch. Irgendwie zu teuer und langweilig. Es muss ja nicht gleich ein Klinikmodell sein.

Etwas kleiner täte es auch. Und da fiel mir dieses Buch in die Hände (Danke Götz).

Der Autor beschreibt hier viele nützliche Dinge (falls man dem Geruch von Ozon eine gewisse Nützlichkeit nicht absprechen kann) und unter anderem finden sich auch Informationen zum Bau einer Röntgenquelle aus einer Ballasttriode.

Also bei Oppermann flugs zwei von den Dingern geordert. Oppermann ist zwar nur noch ein Schatten seiner gloreichen Vergangenheit (Bastler mit Geburtsjahr vor 1960 wissen, wovon ich spreche), aber solchen Plunder bekommt man dort immer noch. 5 Zeilentrafos für 7 Euronen sind dort ebenfalls ein echtes Schnäppchen. Dafür nimmt man dann auch in Kauf, dass die Ware in einem Fischstäbchenkarton in alte Zeitungen eingewickelt geliefert wird (Ehrlich, stand IGLO drauf). Zum Glück hats nicht gerochen.

Mein altes Röhrendatenbuch weiss sogar etwas zu dem Ding (Klick vergößert) :

Zusätzlich ist mir noch ein wunderbares Werk von 1937 über den Weg gelaufen :

So gerüstet kann es jetzt losgehen.

So ist das Hirn vorschriftsmäßig zu bestrahlen, um die Gedanken in die richtigen Bahnen zu lenken :

Was braucht man also als Erstes ? Eine recht hohe Spannung ab 45 kV aufwärts.

Also flugs mal beim örtlichen Fernsehhöker angeklingelt und eine alte Glotze abgestaubt (vielen Dank für das Sponsoring). Ich hatte schon ganz vergessen, was man für schöne Dinge in so einem Klönkasten finden kann :

Jede Menge Elkos, Leistungstransistoren, dicke Dioden und so weiter. Aber in der Hauptsache geht es natürlich um das Herz der ganzen Sache. Der Bursche hier zuckt noch :

Um mir nicht den Wolf an den Anschlüssen zu suchen, habe ich die Schaltung der Glotze vorher untersucht und die Leistungsendstufe gleich mit ausgebaut.

Um experimentieren zu können habe ich meinen Fundus umgegraben und aus einem kleinen Stelltrafo, einem dicken Hauptschalter und ein bischen Kleinkram eine einstellbare Gleichspannungsquelle gebaut mit 0-110V, welche locker 5A raustun kann ohne angesäuert aus der Wicklung zu schauen.
Das Ganze sitzt auf der späteren Frontplatte, welche später auch noch die Messinstrumente aufnehmen wird.

Auf einer zweiten Aluplatte entsteht das eigentliche Netzteil. Zugegeben ist der Ringkerntrafo völlig überdimensionert, aber ich hatte gerade nichts anderes zur Hand. Das kleine Schaltnetzteil erzeugt 5V und 12V für ein bischen Steuerelektronik und die spätere Heizung der Röhre.

Zusammengebaut funktioniert der Kram schon recht gut. Die Leistungsendstufe wird vom guten alten NE555 angetrieben und erzeugt 15.625 kHz für den Zeilentrafo.

Auf dem Scope kann man gut sehen, dass die Versorgung bei 110V und 2A gut funktioniert. Die Endstufe wird zumindest bei ohmscher Last noch nicht einmal warm dabei.

Einen Schaltplan dieser Einheit findet ihr hier.

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Um die Hochspannung direkt messen zu können muß ein hochspannungstauglicher Spannungsteiler her. Dafür habe ich 220 Widerstände á 10MOhm in Reihe gelötet. Eine echte Strafarbeit übrigens.

Jeweils 10 davon kommen in ein Stück Druckluftschlauch. Die verbundenen Enden werden mit selbstverschweissendem Wickelband isoliert und alle 22 Ende mit Tesafilm aneinander getüddelt.

Das Bündel wird in einer 50mm-Abflussrohrmuffe versenkt. Der Erdanschluss wird zusätzlich mit meinem Lieblingswerkstoff HEISSKLEBER in Schach gehalten.

Oben Hochspannungskabel von einem Zeilentrafo dran und das Ganze (Heidewitzka) in hochwertigem Isolieröl abgesoffen.

Es steht zwar nicht auf der Flasche, was eigentlich drin ist, aber es kostet deutlich unter 70 Cent....

Oben noch eine Verschraubung an den Deckel, unten noch 2k2 dran und fertig ist der Spannungsteiler 1:1000000. Nebenbei war das Ding leider etwas undicht. Und zwar genau soviel undicht, das es für eine wochenlange Grundsiffigkeit auf meinem Schreibtisch gereicht hätte. Also mußte der Boden doch noch mit Epoxidharz abgedichtet werden.

Und dann der erste Test mit einem kleinen Panelmeter. 5 V Eingangsspannung am Trafo und die Anzeige schwankt wie ein Lämmerschwanz zwischen 10 und 50 kV. Also noch 100n parallel zum Eingang und die Anzeige steht. Und zwar bei 120kV bei 10V Eingangsspannung.
Zugegeben : Das Ding ist ja nicht anderes als ein Sperrwandler im Quais-Leerlauf (sieht man mal von den paar Mikroampere für die Spannungsmessung und die Koronaentladungen am schlampig isolierten Hochspannungskabel ab). Da dürfte die Kurvenform ziemlich ekelig aussehen. Und über den Tiefpass misst mein Messer die Scheitelspannung. Da muß ich wohl doch noch mal mit dem Scope dran und das Ganze wenigstens ungefähr auf Effektivwertanzeige trimmen. Wenn ich auf (angezeigte) 200 kV aufdrehe, zischt die ganze Anordnung, es riecht mächtig nach Ozon und die Aluspäne, die noch in der Nähe herumliegen, tanzen. Irgendwie habe ich Respekt vor dem Ding.......

Über eine Kugelfunkenstrecke (Flipperkugeln, 25mm Durchmesser)

kann ich mit 20V Eingangsspannung 20mm Luft überbrücken. Das sind also ungefähr 50 kV. Mein Spannungsmesser zeigt dabei nur noch "overload" an. Kein Wunder bei dem elektromagnetischem Müll, der dabei entsteht.

Zunächst wollte ich eine Siebung der Hochspannung testen. Aus einer 50er-Rohrmuffe mit innenliegender Alufolie

sowie einem Ende 40er-Abflussrohr mit ebenfalls innenliegender Alufolie

habe ich einen Kondensator mit etwa 50pF gebaut. Zusammen mit einer Ölfüllung ergibt sich eine relativ hohe Spannungsfestigkeit. Das Ergebniss war allerdings : nichts. Keine Wirkung.
Also musste die Spannungsmessung als solche verbessert werden. Ein LC-Filter in der Spannungsversion und ein Tiefpass mit sehr niedriger Grenzfrequenz erbrachte das Wunschergebniss. Mit dem Scope auf Effektivwert abgeglichen zeigt das Moped jetzt die Ausgangsspannung in Kilovolt an (siehe Schaltplan oben).

Um weitere Spannungen und Ströme messen zu können habe ich meine Wühlkiste nach Zeigerinstrumenten durchforstet. Mit Widerständen oder Umwickeln der Spulen lässt sich der Messbereich anpassen.

Die Skalen wurden auf den Scanner gelegt, passend umgebaut, auf Photopapier ausgedruckt und wieder aufgeklebt :

So lassen sich auch VU-Meter aus Kompaktanlagen wiederverwerten.

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Die Röhre ist insgesamt größer als ich dachte. Anhand der Daten (25kV) hätte ich mir das aber auch schon denken können.

Um Überschläge zu verhindern werden beide Seiten der Röhre isoliert. Sie passt genau in 40er-Abflussrohrmuffen. Diese wurden am Ende mit Epoxidharz ausgegossen. Das Harz wurde dann durchbohrt um die Kabel herauszuführen.

Rechts liegt die Hochspannungsseite. Diese wird später mit Öl geflutet, um Koronaentladungen am Anschluss zu unterbinden, genauso wie der Schlauch, welcher das Hochspannungskabel enthalten wird.
Das Brett enthält unten ein Loch, aus dem später (nach der Bleiverkleidung) die Strahlung austreten soll.

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Als erstes wollte ich die Schwelle zur Kaltemission der Röhre messen. Dafür sollte ein Widerstand aus 25 Einzelwiderständen á 10MOhm in einem ölgefüllten Schlauch herhalten :

Wie man an den Flecken sieht ist er nicht ganz dicht. Und schon bei 10 kV hat sich ein kleines Loch im Schlauch gebildet, aus dem Funken schlugen.

Insgesamt erweist sich die Hochspannungserzeugung als ziemlich biestiges Geschäft. Zunächst einmal bekommt man die Koronaentladungen kaum in den Griff. Erst das Eingiessen der Lötverbindungen in Kerzenwachs brachte dann Abhilfe.

Zuerst hatte ich versucht, die Lötverbindungen in Brölio abzusaufen. Interessanterweise (oder unglücklichwerweise) beginnt das Zeug unter dem Einfluss hoher Spannungen zu fliessen. Es fliesst sogar senkrechte Wände hinauf und gelangt in Regionen, in denen ich es lieber nicht gehabt hätte. Anders ausgedrückt : es hat sich auf dem Tisch ausgebreitet und hatte im Gegensatz zu mittelalterlichen Spaniern keine Angst, sich über den Rand der Welt zu stürzen (in diesem Fall meines Tisches).

Insgesamt ist der Schlabber sowieso recht unbrauchbar. Durch die Bewegung von der Spannungsquelle weg wird diese freigelegt und damit ist der Weg für Sprühentladungen wieder frei. Das musste ich dann auch bei der Röhre feststellen. Sobald ich sie mit mehr als 10kV beaufschlagte, blubberte das Öl aus der Entlüftungsbohrung heraus und hat alles eingesaut, während es im Abflussrohr fröhlich knisterte.

Das Gleiche passierte in meinem Messwiderstand. Hier hat es das Öl sogar geschafft, durch die untere Dichtung zu kriechen. Sauerei auf Knopfdruck ! Also alles Öl ablassen und mit etwas festem vergiessen. Kerzenwachs scheidet bei so großen Hohlräumen eher aus, weil es zu stark schrumpft.

Also musste hier Epoxidharz ran. Einem Vorversuch zufolge schwimmt ÖL oben auf dem flüssigen Harz auf, also konnte ich die Röhre einfach ohne große Putzaktionen vollgloddern.

Dachte ich.

Was ich nicht wusste : Epoxidharz härtet unter Pflanzenöleinfluss nicht aus, sondern verbleibt in irgendeinem merkwürdigem Zwischenstadium zwischen zäher Klebrigkeit und der Konsistenz eines Sorbet.

AAAAARGGGGGG !!!!

Also das Zeug mit einer Spritze irgendwie oben abgesaugt und die Röhre dann in mehreren Anläufen doch mit Kerzenwachs ausgefüllt :

Dann alles wieder zusammengebaut und siehe da, ab 20kV knistert der Trafo wie Sau am Hochspannungsanschluss. Also ein bischen Pappe drumgeknüllt und ebenfalls Wachs hinein :

Jetzt kann man bis 25kV aufdrehen und hört trotzdem irgendwo noch leises knistern. Um mir keine Blitzeinschläge an den Lauschlappen einzuhandeln habe ich mir dann ein Hörrohr gebastelt :

Damit konnte ich dann im Hochspannungswiderstand trotz Wachsfüllung immer noch Gefritzel feststellen. Ausserdem knistert der Röhrenanschluss immer noch, weil sich das Öl durch die Belüftungsöffnung vom Schauplatz entfernt hat, um die nähere Umgebung zu erkunden.

Also habe ich jetzt am Röhrenanschluss ein dünnflüssiges 2-Komponenten-Silikon zur Isolierung verwendet :

Das gleiche Zeug werde ich auch in den Widerstand füllen, sobald mir eine Methode eingefallen ist, um das Wachs wieder zu entfernen. Für das Brölio habe ich dann auch die optimale Anwendung gefunden :

Meine Endstufe hatte auch noch einen kleinen Konstruktionsfehler. Bei induktiven Lasten durfte die Spannung nicht über 20V steigen, dann wurde der Trafokern vom Schalttransistor bei jeder Schaltflanke ummagnetisiert. Irgendwie ungünstig, wenn die Energie an dem Burschen komplett in Wärme umgesetzt wird (so richtig verstanden habe ich das Phänomen allerdings nicht). Jedenfalls hat das Ding zweimal den Deckel aufgemacht und richtig durchgelüftet, so das ich hier auf eine andere Technik zurückgreifen musste (siehe Schaltplan).

Der alte Röntgen rotiert bestimmt in seinem feuchten Eichen-Domizil :

Die Silikonisolierung scheint zu funktionieren. Bis 30 kV habe ich jetzt bei 300mA Heizungsstrom aufgedreht. Irgendwo in dem Bereich dürften jetzt schon nennenswerte Beträge an Röntgenstrahlung freiwerden. Also wird es jetzt Zeit für einen Geigerzähler (schon bei Egay ersteigert) und ein Gehäuse :

Weil ich total auf das amerikanische Design der 70er Jahre mit völlig künstlichem Holzdekor stehe

bekommt das Gehäuse anschliessend eine Palisanderfolie und offene Messingschrauben verpasst (Röchel....).

Davor steht schon die Röntgenkasette, aus der ich die Verstärkerfolien ausschlachten werde. In der Rückansicht sieht man die obere Sektion mit der Elektronik und den unteren Teil, der die Röhre samt Abschirmung aufnehmen wird :

Aus Walzblei vom Dachdecker und Lötzinn entsteht die Abschirmung der Röhre. Um die Wärme abzuführen (die Verlustleistung wird ca. 30W betragen) bekommt das Teil einen Lüfter.

Um das Austreten von Strahlung aus den Belüftungsöffnungen zu minimieren kommen Labyrinthe zum Einsatz, in denen die Strahlung durch Mehrfachreflektion und Absorbtion abgeschwächt wird :

Die Kammer für die Objekte und die Kassette wird ebenfalls mit Blei ausgeschlagen :

Der obere Teil bekommt eine Plexiglastür damit man eventuelle Rauchzeichen oder Überschläge sofort orten kann. Der untere Teil wird eine mit Blei verkleidete Klappe bekommen :

Im ganzen wiegt die Kiste jetzt knappe 30 kg und ist wieder einmal viel mächtiger geworden als ich ursprünglich vorhatte :

Aus einer Verdünnerdose und einer Lampenfassung wurde meine Dunkelkammerleuchte :

Wil die Röntgenfolme grünempfindlich sind hat der AUsschnitt eine rote Abdeckung aus Plexiglas bekommen. Schwarzes Panzerband hält den Rest Licht in der Dose :

Das erste Bild sollte ein Bild von zwei Fernbedienungen werden als Teststreifen mit 6*10 Minuten Belichtungszeit bei 400uA Anodenstrom bei 50kV. In den ersten 10 Minuten ist ein 7cm langer Blitz als Gleitentladung am Hochspannungskabel entlang aus dem Messwiederstand in die Frontplatte ausgetreten und der Widerstand hat intern irgendwo in der Suppe aus Silikon, Salatöl und weich gebliebenem Epoxidharz einen Kurzschluss erlitten.

Also musste ich ihn notgedrungen abklemmen. Das Kabel isoliert in einer alten Spritze mit Kerzenwachs

kann ich jetzt also nur noch nach Zwischenkreisspannung, Röhrenheizstrom und Anodenstrom einstellen. Auch gut. Das erste Bild war also ziemlich verhunzt :

Als Film habe ich Kodak T-Max verwendet. Die Großpackung für Thoraqxaufnahmen hat bei Egay gerade mal 15 Euro gekostet. Entwickelt lässt sich der Fim übrigens mit handelsüblichem Entwickler für SW-Papiere.
Das nächste Bild wurde mit zwei Fernbedienungen bei 500uA Anodenstrom, 60V Zwischenkreisspannung und 250mA Heizstrom bei einer Belichtungszeit von einer Stunde aufgenommen. Es zeigt sich eine extrem inhomoge Ausleuchtung des Papiers :

Interessanterweise ist die Intensität der Strahlung hoch genug, um sogar das Innenleben einer Mignonzelle und die feinen Strukturen der Kontaktfedern abzubilden :

In der mir eigenen Verwirrung wusste ich natürlich nicht mehr, wo jetzt dieser Brennfleck auftaucht. Also habe ich noch eine Aufnahme mit 30 Minuten Belichtungszeit gemacht :

Das zugehörige Bild zeigt also dass der Fleck links liegt. Rechts erkennt man noch das Kabel des Steckernetzteils als Schlangenlinie :

Ich werde also den Auslass der Röhre so verändern müssen, das der Brennfleck größer wird. Vielleicht lässt sich so eine bessere Ausleuchtung erzielen. Also habe ich den Ausschnitt mit einer Säge auf 5*8cm vergößert. Das Ergebniss wurde dann mit einem Multimeter, einigen Relais und einem Netzteil getestet :

Das Ergebniss sieht schon wesentlich besser aus. Es gibt eine wesentlich größere Kernzone und ebenfalls ausgeleuchtete Randbereiche :

Beim nächsten Versuch habe ich die Röhre getoastet. Ich hatte die Sekundärspannung so weit aufgedreht, dass aus dem Ausgangslabyrinth der Röhrenverkleidung ein schmal begrenztes Strahlenbündel austrat, welches in einem Meter Entfernung immer noch 5uS/h aufwies. Beängstigend. Nach 10 Minuten gab es ein Geräusch wie "Pfff - Plopp - Knucks - Knister" und die Röhre war wohl an Überlastung gestorben und hatte Luft gezogen.

Durchleuchten wollte ich ein paar alte Uhren. Erstaunlichweise konnte man auf den Bildern sogar etwas erkennen. Die moderne Uhr besitzt offenbar ein Zifferblatt aus Kunststoff. In der Mitte kann man die Elektronik erkennen :

Sogar die Feder im Klemm-Mechanismus für das Armband lässt sich erkennen :

Mein Rasierer lag im Randbereich. Hier lässt sich zumindest die Lage der Akkus erahnen :

Nach endloser Frickellei und einer erneuten Bestellung bei Oppermann habe ich die Kiste wieder hingefrickelt. Die nächste Röhre ist durch meine eigene Dummheit gestorben. Scheinbar sind die Dinger am Anodenanschluss empfindlicher als ich dachte. Einmal die Schraube zu fest angezogen und PFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF......... GRMPF.
Aber so konnte ich wenigstens mal deren Innenleben in Augenschein nehmen. Die Kathode samt wendelförmigen Steuergitter ist hier gut zu sehen :

Der Anodenzylinder ist genau in der Mitte zuende. Hier wird auch klar, warum die Strahlung in alle Richtungen frei wird. Die Elektronen ballern auf eine einfache Blechplatte :

Ich habe mal kurz überschlagen was bei 40kV eigentlich passiert. Die Elektronen nehmen dabei eine Energie von 40 keV auf und das ergibt eine (theoretische) Geschwindigkeit von :

Das bedeutet, das meine simple Anordnungen bereits Geschwindigkeiten von mehr als 1/3 Lichtgeschwindigkeit erzeugt. Wirklich erstaunlich.

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Hier noch ein paar weitere Bilder der Palisanderkiste. Den Seestern habe ich auf dem Gästeklo gefunden (was da alles so rumliegt ist schon erstaunlich). Wie zu erwarten hat der Bursche keine inneren Knochen :

Das hier ist ein besonderes Stück. Wird verkauft damit das Auto schneller fährt. Besteht im Wahrheit nur aus einem Widerstand. Gut zu erkennen ist, das der zweite Stecker nirgendwo angeschlossen ist und alles mit einer Vergusspampe zugekleistert wurde.

So sieht eine alte Olympus-Digicam von innen aus. Ziemlich viel Metall verbaut, sonst könnte man mehr Einzelheiten erkennen :

Diese Schnecke lag ebenfalls ganz harmlos in der Gegend herum :

Die Taschenuhr von meinem Großvater hat noch preussische Qualitäten. Ein Panzer könnte dem Ding nichts anhaben. Das Metall ist so dick, dass auch eine Stunde belichten kaum Wirkung zeigt :

Hier habe ich eines dieser Miniaturautos bestrahlt (warum ist das Foto eigentlich so unscharf ?). Gut zu erkennen ist hier der Motor im Heck und der große Kondensator in der Mitte zur Energieversorgung. Vorne kann man zwei Spulen und einen Anker für die Lenkung sehen. Verdrahtet wurde offensichtlich freifliegend und das Getriebe ist aus Plastik :

Eine Transponderkarte braucht scheinbar nur eine kurze Belichtungszeit. Man kann aber den Chip und die Rahmenantenne noch erkennen :

Mein Akkuschrauber passte nicht ganz aufs Bild. Man kann aber die Elektronik im Griffstück und Teile vom Getriebe sowie der Rutschkupplung sehen :

Ein wunderbarer alter Taschenrechner mit VFD-Display, leider mit einer Alu-Rückplatte. Daher ist die Aufnahme etwas Wischiwaschi. Aber trotzdem sieht das Ding etwas unaufgeräumt aus, wie es für japanische Geräte der frühen 80er Jahre durchaus üblich war. Steht zwar Adler auf dem Ding, aber ich wage mal zu bezweifeln, das der Kasten in West-Germany gefertigt wurde :

Mein Akkurasierer von Philips macht ebenfalls einen etwas unaufgeräumten Eindruck und kommt wohl mit nur einer Mignonzelle aus. Diese wird wohl ohne galvanische Trennung direkt aus dem Netz geladen. Die Antriebsmechanik sieht so filigran aus, dass ich hoffe, ich werde das Ding nie zerlegen müssen :

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Nützliche Links (Die Nützlichkeit ist aller Laster Anfang) :

40kV Labornetzteil
Die Superkaskade
Fotos mit Röntgenblitzen
Preiswerte Röntgenquelle
Eigenbau-Zählrohr
Hochspannungs- und Röntgenexperimente
X-Ray Gallerie

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