Contador Geiger - Tutorial do sensor de radiação para Raspberry Pi

Conteúdo

• Manifesto
• O Conselho
• O tubo Geiger
• Tipos de radiação
• Tubos Geiger compatíveis
• Fontes de teste
• Atuadores
• De CPM a Sieverts
• Código-fonte
• Esquemático
• Participe
• Compre
• Links e documentação

NOTA:Todos os exemplos de código neste tutorial usam a biblioteca arduPi. Você pode ver a documentação e baixar a biblioteca aqui.

Manifesto

A principal finalidade do Painel do Sensor de Radiação para Raspberry Pi é ajudar as pessoas no Japão a medir os níveis de radiação em sua vida cotidiana após o infeliz terremoto e tsunami que atingiu o Japão em março de 2011 e causou o vazamento de radiação nuclear em Fukushima. Queremos dar a oportunidade de medir por si próprios esses níveis, em vez de confiar nos conselhos gerais que estão sendo veiculados. O uso desta placa de sensor junto com a plataforma Raspberry Pi acessível e fácil de usar ajuda as pessoas a obter valores de radiação de locais específicos.

Como pessoal técnico, sentimos a responsabilidade de fornecer nosso suporte nas áreas onde podemos contribuir. Como resultado, o primeiro lote foi enviado ao Japão sem nenhum custo para o Tokyo Hackerspace e outros grupos de trabalho.

O design da placa é um hardware aberto e o código-fonte é liberado sob GPL.

A Equipe Libelium. Abril de 2011.

O Conselho

A placa de radiação tem duas partes principais, o circuito de força e o circuito de sinal.

A parte de alimentação é usada para fornecer a tensão necessária para o tubo ( 400V - 1000V ) e o circuito de sinal é usado para adaptar a saída de pulsos do tubo e conectá-la à entrada do microcontrolador.

Uma vez que o tubo é alimentado, podemos receber os pulsos no microcontrolador e contá-los, então com um cálculo fácil podemos obter o valor da radiação.

O código que usamos para a placa é contar pulsos por 10 segundos, então multiplicamos o número de pulsos por 6, então obtemos o número de pulsos por minuto (cpm) , então, de acordo com a documentação dos tubos, dividimos cpm pelo fator de conversão do tubo (360 por padrão) e temos o valor da radiação em µSV / h .

Dependendo do tubo que você usa, talvez você precise alterar o cálculo, você deve tentar com valores diferentes e comentar se o valor está funcionando melhor.

A eletrônica usada na placa de radiação pode ser dividida em cinco partes:

1. Fonte de alimentação de alta tensão
   Para a alimentação de alta tensão usamos um circuito baseado em um oscilador conectado a um multiplicador de tensão feito com diodos, transistores, resistores e capacitores (veja o esquema para detalhes). Com este circuito obtemos uma potência de 500V no tubo. Adicionamos uma linha de diodos zener conectados em série que podem ser usados ​​se precisarmos de mais de 500 V para alimentar o tubo. Adicionaremos volts à saída como volts em diodos zener que adicionarmos.
   
2. Circuito de adaptação para a saída Geiger
   O circuito de adaptação para a saída é baseado em um transistor NPN, este transistor irá acionar o pino de interrupção no microcontrolador, este transistor também está ativando / desativando o alto-falante piezoelétrico e indicador LED gerando o sinal audiovisual.
   
3. Alto-falante piezoelétrico e indicador LED
   O alto-falante piezoelétrico e o indicador LED são conectados ao circuito de adaptação, de forma que o LED piscará a cada pulso e o alto-falante soará a cada pulso.
   
4. tela LCD
   A tela LCD é conectada ao microcontrolador usando o modo de 4 bits (4 linhas de dados além das linhas de controle RS, Enable e RW).
   
5. barra de LED
   A barra de LEDs é composta por cinco LEDs padrão, 3 verdes e 2 vermelhos. Esses leds são conectados aos pinos digitais do microcontrolador com um resistor em série.
   

Conectando a placa de radiação ao Raspberry Pi

A placa é conectada ao Raspberry Pi através do Raspberry Pi ao Arduino Shield Connection Bridge

Se a placa estiver conectada ao Raspberry Pi, a alimentação é retirada do pino 5V. Os pulsos podem ser contados usando a interrupção no pino digital 2.

O tubo Geiger

Um tubo Geiger-Müller consiste em um tubo preenchido com um gás inerte de baixa pressão (~ 0,1 Atm), como hélio, neon ou argônio (geralmente neon), em alguns casos em uma mistura de Penning e um vapor orgânico ou um gás halogênio . O tubo contém eletrodos, entre os quais há uma diferença de potencial de várias centenas de volts (~ 500 V), mas não há fluxo de corrente. As paredes do tubo são inteiramente metálicas ou têm sua superfície interna revestida com um condutor para formar o cátodo, enquanto o ânodo é um fio que sobe pelo centro do tubo.

Quando a radiação ionizante passa pelo tubo, algumas das moléculas de gás são ionizadas , criando íons carregados positivamente e elétrons. O forte campo elétrico criado pelos eletrodos do tubo acelera os íons em direção ao cátodo e os elétrons em direção ao ânodo. Os pares de íons ganham energia suficiente para ionizar outras moléculas de gás por meio de colisões no caminho, criando uma avalanche de partículas carregadas.

Isso resulta em um curto e intenso pulso de corrente que passa (ou em cascata) do eletrodo negativo para o eletrodo positivo e é medido ou contado.

Tipos de radiação

• Alfa:
  A radiação alfa consiste em partículas carregadas positivamente (+2), emitidas do núcleo de um átomo em processo de decadência. Essas partículas também são muito densas, o que, com sua forte carga positiva, as impede de penetrar mais do que uma polegada de ar ou uma folha de papel. Por isso, as partículas alfa não são um perigo grave para a saúde, exceto quando são emitidas de dentro do corpo como resultado da ingestão, por exemplo, quando sua alta energia representa um perigo extremo para o tecido vivo sensível. Uma forma fraca de radiação ionizante detectável em alguns modelos de contadores Geiger, normalmente aqueles que incorporam uma janela de mica fina em uma extremidade do tubo Geiger-Mueller.
  
• Beta:
  A radiação beta consiste em partículas carregadas negativamente (-1) emitidas por um átomo em processo de decomposição. Essas partículas são relativamente leves e podem penetrar um pouco melhor do que uma partícula Alfa, embora ainda apenas através de alguns milímetros de alumínio, na melhor das hipóteses. Se ingerida, a radiação beta pode ser perigosa para o tecido vivo. Uma forma relativamente fraca de radiação ionizante detectável em muitos contadores Geiger, geralmente dependente da espessura da parede do tubo Geiger-Mueller ou da existência de uma janela no final do tubo.
  
• Gama:
  A radiação gama representa um extremo do espectro eletromagnético, particularmente aquela radiação com a frequência mais alta e o comprimento de onda mais curto. (Esse mesmo espectro também inclui os raios X mais familiares, luz ultravioleta, luz visível, raios infravermelhos, microondas e ondas de rádio, listados em ordem de frequência decrescente e comprimento de onda crescente dos raios gama.) Os raios gama podem passar por praticamente qualquer coisa, e são efetivamente protegidos ou absorvidos apenas por materiais de alto peso atômico, como o chumbo. Os raios gama são produzidos naturalmente pelo sol e outros corpos no espaço sideral, sendo sua transmissão para a Terra conhecida como “radiação cósmica”. Um tipo de radiação ionizante muito poderosa e potencialmente muito perigosa detectável em praticamente todos os contadores Geiger.
  

Para mais detalhes:Tutorial do Contador Geiger - Placa do sensor de radiação para Raspberry Pi