Contador Geiger

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Contador Geiger construiu um­1 a partir de reciclados
Hoje, por pouco dinheiro, podemos comprar quase qualquer dispositivo eletrônico construído com
a mais recente tecnologia, a partir de pequeno MP3 pode armazenar milhares de músicas para
computadores poderosos com forma e tamanho não muito maior do que um telefone celular, e
ainda que todos estes aparelhos se tornaram "caixas pretas" dos que ignoram completamente o
seu funcionamento. Mesmo para aqueles que têm dedicado nossas vidas à eletrônica, novos
produtos se movendo tão rápido que custa­nos a adquirir mais do que idéias gerais dentro e
como eles funcionam. A ideia de construir este contador Geiger, no entanto, é a utilização de
componentes antigos recuperados a partir de outros dispositivos que passaram a uma vida
melhor, e montá­lo como antigamente, de modo "visível", e também, é minha intenção, que é
compreensível para qualquer pessoa com conhecimentos básicos de eletrônica.
O contador Geiger, mais corretamente chamado de Geiger­Müller, é um dispositivo para a
detecção de radiação ionizante, como os raios X usados ​​em medicina ou os misteriosos raios
cósmicos do espaço sideral. Contadores Geiger também pode detectar partículas, tais como
alfa ou beta, por vezes acompanhada pela radiação gama emitida por substâncias radioactivas
na sua desintegração.
Mas como é que um contador Geiger?
Hans Geiger
O contador Geiger é baseado na ação de um tubo especial detector contendo dois eletrodos de
baixa pressão do gás e foi desenvolvido pelo físico alemão Hans Geiger em 1908, quando ele
trabalhava no laboratório de Ernest Rutherford. Mais tarde, em 1928, foi aperfeiçoado por ele
mesmo com a ajuda de um estudante chamado Walther Müller. Este detector tecnicamente
pertence à categoria chamada "tubos de cátodo frio", conhecidas como lâmpadas de néon,
publicidade sinais cartas ou tubos de gatilhos, contadores e exibe "ninfa", que foram utilizados
durante décadas no telefone, relógios, calculadoras e instrumentação.
Na sua forma mais típica, o detector de metal em forma de tubo Geiger, com as próprias
paredes formando o eléctrodo negativo, ou cátodo, e isolado no centro tem uma haste fina, que
é o eléctrodo positivo ou ânodo. Com esse arranjo, quando uma partícula ionizante entra
através de sua parede de metal ou uma janela frontal pode ser de vidro ou mica fina de metal, a
partícula colide com os átomos do gás, fazendo com que os elétrons saltam camadas mais
externas e criando o que que são chamados "pares" de electrões livres e átomos com carga
positiva (por causa de ter perdido electrões). Então, se a situação em que os eléctrodos
internos estão ligados a uma fonte com uma determinada diferença de potencial, a força do
campo eléctrico nas iões dirigido para o eléctrodo de sinal oposto, os electrões em direcção ao
ânodo, e os átomos de positivos, pares o primeiro, para o cátodo.
O sinal eléctrico, que é criado por este fenómeno é muito fraca, da ordem de fracções de MV,
mas seriam detectáveis ​​nos chamados "detectores de ionização", mas não faz uso de um
Geiger­chamado efeito avalanche para sinais muito mais fortes. A maneira de gerar pressão
interna é menor e aumentar tanto o campo elétrico dos eletrodos até que a aceleração causada
por íons primários exige que eles colidem com outros átomos, puxando mais elétrons e produzir
muito mais pares. Nas avalanche subida da corrente é exponencial e faz a luz atinja o próprio
gás, apesar de, neste caso, um tubo fluorescente, mas sim como uma luz de néon uma
potência extremamente baixa. Sob estas condições, os intervalos do sinal de saída a partir de
uma a várias dezenas de volts e pode ser detectado com um circuito electrónico simples.
Ionização primária e avalanche em uma tubulação de gás
No entanto, para os livros físicos sabem que um tubo de gás normal, depois de ter sido
preparado, a condução não interrompa até que a tensão diminui abaixo do ponto de ajuste por
tempo suficiente para os íons se recombinam e desaparecem, de sob a forma de um tubo
teoria permanentemente alimentado superior a este valor seria capaz de detectar uma única
partícula, o que causou a partir precisamente. O Geiger entanto, pequenas quantidades de
gases contendo halogéneos, tais como cloro ou bromo para dentro, que actuam como
"capturadores de iões", extinguindo tubo de condução de alguns milissegundos depois do início.
Na verdade avalanche seqüência extinção é muito mais complexa do que esta descrição
simples, e envolve fatores como a radiação ultravioleta criado no próprio gás ou o efeito do
ânodo virtual "arrebatadora", formado pelos íons positivos em seu movimento em direção ao
cátodo, mas vamos ficar com a idéia básica e deixe­nos ir para a questão prática.
A partir desses pontos, podemos deduzir que o tubo Geiger tem algumas limitações, incluindo o
fato de que trabalha para "tudo ou nada". Se a energia da partícula é menor do que o limiar de
sensibilidade, isto é, pode não criar iões primárias suficiente simplesmente não detectam, e se
for superior, independentemente do seu valor, emitir um único sinal eléctrico. Modo
Autoextinguishing cria também um "tempo morto" na medida em que não se detectar as
partículas que passam através dele, mas com todos os dispositivos de acordo com este
dispositivo é simples, fiável e económica, e a partir de meados do século XX, tornou­se a
Popular para detectar essa radiação na prospecção e extracção mineira campo, na segurança
das instalações e equipamentos das unidades da NBC de todos os exércitos do mundo
nucleares.
Na prática, a detecção de uma fonte radioativa, utilizando um tubo Geiger soa como uma
cadência irregular de "cliques" som muito característico que, certamente, todos nós temos
ouvido em filmes e documentários que lidam com energia atômica ou radioatividade.
Como complemento a esta breve descrição da operação de um tubo Geiger, dizemos que os
gases utilizados são misturas de diferentes proporções e com uma pressão de alguns
milímetros de mercúrio, néon e árgon. Em relação às tensões de operação, que vão de 300 a
1200 volts, mas a corrente média absorvida durante o seu funcionamento e, assim, a energia é
negligenciável. A tensão de funcionamento é escolhido de acordo com as especificações do
fabricante do tubo, na região da sua curva característica, chamada "mesa" ou "patamar"
caracteriza­se por variadas muito pouco sensível às variações de tensão, embora estes
ignorado dados podem sempre tentar uma tensão entre 100 e 150 volts inferior priming.
Nossa Geiger montado a partir de materiais reciclados
Para projetar um detector Geiger é preciso primeiro pensar na fonte de alta tensão. No nosso
caso, usamos parte do circuito de luz Legrand marca danificadas emergência, o típico são
instalados em lojas e locais públicos. Retirar todo o seu circuito de alimentação e de
carregamento da bateria, e também os circuitos de controle, deixando apenas o circuito
impresso para o inversor de alta voltagem, um gerador que converte as baterias de 3,6 volt
continuamente em uma corrente alternada cujo picos exceder 500 volts, necessários para
preparar os alimentos frios fluorescentes.
Pequeno "investidor" fed tensão tubo fluorescente Legrand luz alta de emergência
Para alimentar o tubo Geiger actual vai precisar sem ruído adicionado, e, por conseguinte, será
necessário para rectificar e filtrar a saída do inversor, no entanto, a tensão VDC 600­650.
máxima que pode ser alcançada com este circuito é muito baixa para muitos tipos de tubos, e
como a nossa ideia é que podemos servir Geiger detector para uma gama muito ampla, é
preciso aumentar, pelo menos para 1200 V.
A maneira mais fácil é adicionar um multiplicador de tensão. Optamos por um circuito de
Cockcroft­Walton duas etapas, permitindo­nos alcançar tensões de até 1.500 volts, mas depois
vai se estabilizar em um valor menor. Os valores dos condensadores serão reduzidos, porque
o tubo Geiger consumo médio será muito baixa e a frequência do inversor é relativamente
elevada, oscilando em torno de 8­10 kHz.
Circuito inversor,de alta tensão e estabilizador multiplicador
O regulador também é muito simples. É um divisor de tensão através de um trimpot atacando
um diodo zener. Se a tensão resultante exceder o limiar, o que indica que a tensão de saída é
um pouco maior do que o padrão, os dois transistores em Darglinton polarização que por sua
vez reduz a polarização de base do inversor de push­pull, onde a tensão de saída é reduzida.
A este respeito, temos de dizer que o inversor opera em classe AB, e, portanto, não espere um
grande rendimento. Ainda assim, o consumo é moderada, com uma potência de 3 até 4,5 volts
apenas atinge 20 a 30 mA.
Sobre os componentes desta parte, não há ninguém que é crítica. Condensadores Multiplicador
naturalmente têm de suportar dois volts, para proporcionar uma margem de segurança, e os
díodos, os quais são rapidamente removidos de um ligado de um monitor de computador de
idade, podia ser substituída pela 1N4007, mas então o consumo seria ligeiramente superior.
A saída da fonte é conduzida MOhms resistor 10 e directamente ao ânodo do tubo Geiger ligado
ao mesmo.
Quando o tubo é preparado (tendo detectado a passagem de uma partícula ionizante), a tensão
cai abruptamente para um valor inferior, característica de cada modelo, para se recuperar mais
rapidamente e depois volta a subir a tensão de alimentação. Neste momento, um impulso
positivo é aplicado à entrada do circuito de amplificador formado por dois transístores também
Darglinton, atinge a pequena coluna e a extremidade rectificador de integrador que reflectem o
número de "cliques" por minuto numa ferramenta agulha.
Provisória Circuito Contador Geiger
O circuito acima, montado e funcionando com a General Electric CV2247 tubo
O tubo Geiger I utilizado para o primeiro teste foi um General Electric CV2247, a partir de um
detector de idade militar Inglês, o medidor de Detecção No. 1, 1950, sensibilidade à radiação só
gama. Para anexá­lo ao caixa onde eu vou montar finalmente pensei que as conexões BNC dos
terminais do circuito, o que obrigou me virar uma luva de PVC para segurar uma das bases do
próprio tubo.
Lathing tampa de PVC para
saída do tubo de base
A tampa ea base montada BNC
CV2247 GE em tubo
O eterno problema das caixas
Em quase todas as montagens que eu fiz, as caixas foram um problema e eu tive que
ingeniármelas para mim. Mais do que tudo, porque a única negociação eletrônica minha ilha é
apenas uma pequena seleção, com muito poucas medidas cosméticas e não profissional.
Assim, a tradição, para este detector contra­Geiger eu pretendo usar uma caixa analógico tester
que queimou durante anos, e ele continuou na "gaveta de lixo" no caso de um dia encontramos
útil. A vantagem é que ele incorpora um bom instrumento de agulha com uma sensibilidade de
50 microamperes, o que também transporta a bateria integrada possui um espaço interno para
acomodar tanto o interruptor de circuito e o intervalo e de saída do conector BNC.
Um testador de caixa velha em que eu montar o contador Geiger
Neste ponto eu faço um pensamento: Como eu disse, a minha ideia é construir um detector
Geiger capaz de operar com diferentes tubos variam apenas ajustando a alimentação de alta
tensão. Mas agora me deparo com um problema que tipo de quantidade deve refletir a escala
ou escalas à sua disposição? As doses de radiação como submúltiplos REMS ou unidades
Sieverts são descartadas, uma vez que cada tubo tem parâmetros diferentes, tanto na sua
sensibilidade para um determinado tipo de radiação e na curva de resposta real, dependendo da
energia desta radiação. Tudo isso optei por indicar o tipo de saída apenas comum a todos os
tubos, o número de "cliques" que emitem por minuto. Este valor é representado pela sigla CPM
(contagens por minuto), e fornecendo uma indicação dependendo do tubo usado. Ao mesmo
tempo, se você conhece as suas características, é possível fazer tantas Geiger 60 comerciais,
fazer uma série de tampas removíveis que são colocados sobre o ponteiro do mouse sobre um
suporte externo.
Instalação de alguns elementos
Melhorar circuito
Vejo também um outro problema que dificulta­me algo do circuito. Observando com o
osciloscópio o sinal de saída de vários tubos Geiger, vejo que a dinâmica difere
consideravelmente entre si, tanto em largura e extensão. Ea indicação depende do tempo
constates CPM um ​​circuito RC para variar os parâmetros de entrada para o mesmo CPM real
me indicam valores diferentes. Isso me obriga a mudar o amplificador simples consiste em dois
transistores em Darglinton por um circuito monoestável de vários pulso de entrada sempre me
dão a mesma largura de saída. Além disto, preciso estabilizar a referida amplitude de pulso de
algum modo a lidar com a variação da tensão do desgaste da bateria.
O circuito final AN-1 Contador Geiger
Neste circuito vamos reconhecer algumas semelhanças com o anterior, ou seja, o investidor, o
multiplicador Cockcroft­Walton e regulador de alta tensão. Mas se observarmos a linha de saída
de sinal entre a junção de 10 MOhms resistência e ânodo tubo Geiger polarização, vemos que o
circuito do amp­metro é mais complexa.
Ele funciona da seguinte maneira:
­ O sinal do tubo Geiger é passada através do condensador de 300 pF à base de TR5, cujo
colector, invertendo a reactivação do tubo de impulso, "cancelar" o monestable consistindo Tr6
e TR7, que abastece colector de saída de Tr7, uma onda quadrada de largura fixa (cerca de 10
milissegundos), completamente independente do que se passou na entrada do impulso: desta
forma, torna­se a operação de Geiger tipo tubo independente, uma vez que todos impulsos que
vão para o circuito de saída será igual aa ea agulha amperímetro valor final move­se apenas
mudar, dependendo do "número" desses impulsos.
­ Para evitar mudanças de amplitude, devido à tensão da bateria, eu tenho além do transistor
TR10 associado a um diodo zener de 2,2 volts, que, juntos, cortar tudo com o sinal acima de
2,8 volts.
­ O sinal resultante é alimentada a TR11, que está ligado como emissor seguidor. O transistor
amplifica o sinal, mas diminui a sua impedância e levá­lo a mudar as escalas de exibição não
criar um erro adicional devido à carga mudança.
­ Após alguns testes, eu decidi colocar três faixas de sensibilidade, selecionáveis ​​através de um
circuito comutador rotativo 2, 5 posições
a) A primeira posição é o OFF (desligado o contador Geiger)
b) O segundo nível corresponde a 3.000 CPM (equivalente a 50 "clicks" ou ciclos por
segundo)
c) O terceiro nível corresponde a 500 CPM (equivalente a 8,3 segundo)
d) O quarto nível corresponde a 100 CPM (equivalente a 1,6 segundo)
e) O quinto indica a condição da bateria
O alto­falante do tipo slim é impedância médio (40 Ohms), um tipo de célula do Domo
desmantelada.
Os transistores do circuito, exceto os dois inversores (2SC5019 que estão liderando a fonte do
circuito de iluminação de emergência Legrand) são o tipo BC237 comum como eles vêm, mas
pode usar qualquer tipo NPN. De fato, no circuito real eu usei alguns SC108, alguns antigos
modelos casa Piher que se aproveitou de um controlador digital, que foi fabricado há 30 anos.
Saída para o calibre da agulha apresenta a forma de um duplicador de tensão, que os
condensadores de entrada de 1, 10 e 200 microfarads, com escala diferente da capacitância
adaptado para medir. Cada um pode ser ajustada com precisão por meio de mais de três
resistências variáveis ​​em miniatura, enquanto que o valor médio de integração final das leituras
efectuadas pela inércia do próprio medidor de agulha mais dois 1,500 microfarad condensador
em paralelo com o mesmas.
O circuito de potência é feita através de três pilhas alcalinas de 1,5 volt LR6 tipo, dando uma
gama de cerca de 24 horas de operação contínua.
A montagem final do circuito dentro da caixa
Percebendo as tampas
Agora vem a questão das capas, tanto o indicador e painel frontal do instrumento. Ambos foram
feitos com a Galva livre, JP Gendner, que você pode baixar a partir do link Galva v1.85
Este programa, que eu useiem outras produções, é perfeito para escalas com números, uma
vez que permite a desenhá­los todos de uma vez, por fim, alterar as suas medidas de controle
e, se necessário, adaptar o aumento linear / marcas logarítmicas e figuras, alterando uma
constante.
Fazendo a cobertura do visor, mesmo com esse programa, eu sabia que iria me dar um
trabalho, porque ele suspeitava que o circuito detector de tensão de saída com relação à
freqüência seria nada linear. Para certificar, desligado o inversor de alta tensão (no PCB e tinha
instalado uma ponte removível para fazê­lo), e liguei meu pulso gerador de PLL capacitor 300
pF. que vai Tr5 base.
Neste ponto, foi chegar ao circuito meus próprios impulsos, cuja freqüência pode ser controlada
com precisão. Para o topo da escala de 3.000 CPM, a freqüência correspondente foi de 50 Hz
(ou se alguém prefere ficar com a nomenclatura do metro, a 50 CPS, contagens por segundo).
Então eu ajustei o resistor variável 2K correspondente para me marca escala.
Depois de tomar sempre se referem ao testador capa original uma escala de 0­10, eu estava
escrevendo os valores que correspondem a:
CPM ­ 2500 = 41,66 CPS
CPM ­ 2000 = 33,33 CPS
CPM ­ 1500 = 25,00 CPS
CPM ­ 1000 = 16,66 CPS
­ 500 CPM = 8,33 CPS
­ Após estes valores individuais inscritos no Galva programa, que eu refleti como marcas pretas
mais do que a característica da escala, qual a posição que eu ajustado por uma escala auxiliar
linear ele montou em que seria dona Contador Geiger. Imediatamente podia ver medições reais
correspondeu a um aumento logarítmico desta forma (como mostrado na imagem que se
segue), que estava a mudar o valor da constante exponencial para assegurar que a marca de
escala 500, 1000, 15000, 2000 e 2500 virá como um todo possível dos valores reais obtidos na
medição.
Ajustando a escala fator exponencial 3.000 CPM, as leituras reais,
representado por marcas pretas longas
A mesma operação é repetida com as escalas de 500 a 100 CPM, obtendo coeficientes
exponenciais pouco diferentes para cada um.
Uma vez que certas escalas imprimi­los em papel fotográfico com um tipo glossi HP laser.
Depois de removida a escala original da ferramenta testador e cuidadosamente cortadas e
coladas a nova escala.
Várias capas de papel
glossi com uma impressora a laser
Nova escala e instalado em
o instrumento de medição
A tampa da frente da parte inferior do contador foi feita com o mesmo programa, mas sem as
dificuldades da etapa anterior, uma vez que apenas tem instruções para as cinco posições de
comutação, o conector BNC tubos Geiger cabo e a correspondentes o alto­falante.
Para esta cobertura eu tive que usar um papel diferente, tipo papelão, pois mais de mesma cor,
a impressora estava errado com glossi. Depois que eu cortá­la, e para proteger da humidade e
riscos cobertos com Ayronfix transparente.
Placa frontal de controles e alto-falante
Para fazer os furos na posição do orador usou o truque de colocar na capa uma placa de
circuito impresso perfurado. Assim, utilizando os furos de guias, a agulha foi um pino de
perfuração 1­1 circunferência completa, com o resultado de que pode ser visto nas figuras
seguintes.
Furos no alto-falante frontal
Controlar usando uma placa de circuito
impresso
O resultado final, que mostra a simetria
das perfurações
Uma vez colado na caixa balcão fechado, o resultado estético é satisfatório Arquivos Format
Dat para fazer as duas tampas com Galva, aqueles que você pode baixar a partir dos seguintes
links..:
1_escalas.dat AN­ AN­1_frontal.dat
Estética alcançado no meu AN-1 Contador Geiger
O teste de desempenho
Os testes de desempenho foram realizadas uma vez a continuação do que eu fiz quando eu
estava construindo. Produzir um adaptador de alumínio para conectar a extremidade do cabo
BNC com algum diferente Geiger tubo base 18 mm e conector central que eu tenho um
contador antigo militar, e todos eles funcionaram perfeitamente.
Medidas beta / gama encapsulado mineral amostra autunita, U-238 e sua série
radioativa
Tubo de medição PHZ-75V Medição PHZ tubo 72
Medição tubo especial para líquidos
PHZ-73, sendo que de cristal exibe
flashes de ativação
A família completa de tubos disponíveis
para o AN-1
E, como um botão. Há dois vídeos enviados para o YouTube, o primeiro com o tubo longo
PHZ­72, eo segundo tubo PHZ­76V, menos sensível do que antes, embora as escalas não notar
muita diferença, porque eu não guardei a mesma distância para a amostra.
Vídeo medição beta-gama do urânio-238 tubo de amostra PHZ-72
Youtube Video
Vídeo medição beta-gama do urânio-238 amostra tubo PHZ-76V
Youtube Video
O Geiger terminado. Agora mais leve me dedicar para adequar os intervalos de dose de
radiação para os vários tubos, uma tarefa que não é fácil, sem ter um sistema padrão.
Felizmente eu tenho um contador Geiger alemães dos anos 60 FH­40T, excedente do exército
da RFA, e um detector de cintilação RAM­63 dos quais eram até então adversários socialistas
do GDR. Ambos os dispositivos funcionam perfeitamente, e escalas comparativas entre os dois
esperam realizar a tarefa com o erro mínimo.
https://sites.google.com/site/anilandro/04010­geiger­01