Elektronischer Würfel: Zufall aus dem Weltall

Pseudo-Zufallszahlen sind oft mangelhaft statistisch verteilt. Abhilfe bringt ein wirklich zufälliger Startwert, wie ihn radioaktive Prozesse liefern können.

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Urknall Würfel

(Bild: iSax, hackaday.io)

Von
  • Carsten Wartmann

Der schwedische Hackaday-User iSax hat einen Zufallsgenerator auf Basis eines Arduino Nano und einer Geiger-Müller-Zählröhre gebaut. Das wie eine Steampunkt-Skulptur aussehende Gerät zeigt die gewürfelte Augenzahl stilecht auf einer US-Nixie-Tube an, das Zählrohr stammt aus der ehemaligen Sowjetunion.

Die Funktionsweise des (leicht irreführend benannten) Cosmic Background Radiation Dice beruht darauf, dass die Zeiten zwischen dem Eintreffen von Ereignissen, die das Zählrohr detektiert, gemessen werden. Je nachdem, ob die Anzahl der gemessenen Sekundenbruchteile dann eine gerade oder ungerade Zahl ist, wird entsprechend eine Abfolge aus Nullen und Einsen generiert. Ist die Abfolge lang genug (4 bit), wird diese Binärzahl in eine Dezimalzahl umgerechnet, Zahlen über neun werden verworfen.

(Bild: iSax.Laboratories, hackaday.io)

Das Zählrohr detektiert je nach Ausführung Gamma-, Alpha- und Betastrahlung. Diese wird, wie im Video herausgestellt, nicht aus den Strahlungsresten des Urknalls (Hintergrundstrahlung) kommen. Kosmische Quellen wie Gammastrahlung aus Galaxien sind natürlich möglich. Oder aus der Höhenstrahlung, wenn schnelle Partikel oder Strahlung in der Atmosphäre einen Strahlungsschauer auslösen. Oder von der Sonne. Und natürlich (und künstlich) durch die Strahlung, die der Zerfall von radioaktiven Elementen auslöst. Das Entscheidende ist aber, dass man den Zerfall eines Teilchens oder das Eintreffen eines Partikels nicht vorhersagen kann und damit ist eine wesentliche Voraussetzung für einen physikalischen Zufallsgenerator gegeben.

Das ganze ist eine nett aussehende Demonstration, wie aus physikalischen Ereignissen Zufallszahlen gewonnen werden können. Diese Methode wird auch in der Industrie und Forschung eingesetzt, um Startwerte für Pseudo-Zufallsgeneratoren zu erhalten. Hier kommen neben der Radioaktivität auch das Rauschen von elektronischen Schaltungen zum Einsatz. Zufallszahlen braucht man für die Kryptografie, Simulationen oder Computerspiele. Ob die Lösung von iSax statistischer Überprüfung oder einer Beeinflussung von Außen standhalten kann, muss natürlich noch geklärt werden.

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(caw)