Geigerteller – zelfstudie stralingssensorkaart voor Raspberry Pi

Inhoud

• Manifest
• Het bestuur
• De Geigerbuis
• Soorten straling
• Ondersteunde Geiger-buizen
• Bronnen testen
• Actuatoren
• Van CPM tot Sieverts
• Broncode
• Schema
• Deelnemen
• Kopen
• Links en documentatie

OPMERKING:alle codevoorbeelden in deze zelfstudie gebruiken de arduPi-bibliotheek. U kunt de documentatie hier bekijken en de bibliotheek downloaden.

Manifest

De belangrijkste doelstelling van het stralingssensorbord voor Raspberry Pi is om mensen in Japan te helpen de stralingsniveaus in hun dagelijks leven te meten na de ongelukkige aardbeving en tsunami die Japan in maart 2011 trof en de lekkage van nucleaire straling in Fukushima veroorzaakte. We willen de kans geven om zelf deze niveaus te meten in plaats van te vertrouwen op de algemene adviezen die worden uitgezonden. Het gebruik van dit sensorbord samen met het betaalbare en gebruiksvriendelijke Raspberry Pi-platform helpt mensen om stralingswaarden van specifieke plaatsen te krijgen.

Als technische jongens voelen we de verantwoordelijkheid om onze ondersteuning te bieden op die gebieden waar we kunnen bijdragen. Als gevolg hiervan is de eerste batch kosteloos naar Japan verzonden naar de Tokyo Hackerspace en andere werkgroepen.

Het ontwerp van het bord is open hardware en de broncode is vrijgegeven onder GPL.

Het Libelium-team. april 2011.

Het bestuur

Het stralingsbord heeft twee hoofdonderdelen, het stroomcircuit en het signaalcircuit.

Het voedingsgedeelte wordt gebruikt om de benodigde spanning voor de buis te leveren (400V – 1000V ) en het signaalcircuit wordt gebruikt om de pulsuitgang van de buis aan te passen en aan te sluiten op de ingang van de microcontroller.

Zodra de buis is gevoed, kunnen we de pulsen in de microcontroller ontvangen en tellen, en met een eenvoudige berekening kunnen we de stralingswaarde bepalen.

De code die we voor het bord gebruiken, is het tellen van pulsen gedurende 10 seconden, daarna vermenigvuldigen we het aantal pulsen met 6, dus we krijgen het aantal pulsen per minuut (cpm) , dan delen we volgens de documentatie van de buizen cpm door de conversiefactor van de buis (standaard 360) en hebben we de waarde van straling in µSV/h .

Afhankelijk van de tube die je gebruikt, moet je misschien de berekening wijzigen. Probeer het met verschillende waarden en geef aan dat de waarde beter werkt.

De elektronica die in het stralingsbord wordt gebruikt, kan in vijf delen worden verdeeld:

1. Hoogspanningsvoeding

   Voor de hoogspanningsvoeding gebruiken we een circuit op basis van een oscillator die is aangesloten op een spanningsvermenigvuldiger gemaakt met diodes, transistors, weerstanden en condensatoren (zie schema voor detail). Met deze schakeling krijgen we een vermogen van 500V in de buis. We hebben een reeks zenerdiodes toegevoegd die in serie zijn geschakeld en die kunnen worden gebruikt als we meer dan 500V nodig hebben om de buis van stroom te voorzien. We voegen als volt toe aan de output als volt in zenerdiodes die we toevoegen.

2. Aanpassingsschakeling voor de Geiger-uitgang

   Het aanpassingscircuit voor de uitgang is gebaseerd op een NPN-transistor, deze transistor activeert de interrupt-pin in de microcontroller, deze transistor activeert/deactiveert ook de piëzo-luidspreker en LED-indicator die het audio/visuele signaal genereert.

3. Piezo-luidspreker en LED-indicator

   De piëzo-luidspreker en LED-indicator zijn aangesloten op het aanpassingscircuit, dus de LED knippert bij elke puls en de luidspreker klinkt bij elke puls.

4. LCD-scherm

   Het LCD-scherm is verbonden met de microcontroller met behulp van de 4-bit-modus (4 datalijnen naast RS, Enable en RW-besturingslijnen).

5. LED-balk

   De LED-balk is gemaakt met vijf standaard LED's, 3 groene en 2 rode. Deze leds zijn met een serieweerstand aangesloten op de digitale pinnen van de microcontroller.

Het stralingsbord aansluiten op de Raspberry Pi

Het bord is verbonden met Raspberry Pi via de Raspberry Pi naar Arduino Shield Connection Bridge

Als het bord is aangesloten op de Raspberry Pi, wordt de stroom van de 5V-pin gehaald. De pulsen kunnen worden geteld met behulp van de onderbreking op digitale pin 2.

De Geigerbuis

Een Geiger-Müller-buis bestaat uit een buis gevuld met een lagedruk (~ 0,1 Atm) inert gas zoals helium, neon of argon (meestal neon), in sommige gevallen in een Penning-mengsel en een organische damp of een halogeengas . De buis bevat elektroden waartussen een potentiaalverschil van enkele honderden volt (~500V) bestaat, maar waar geen stroom vloeit. De wanden van de buis zijn ofwel volledig van metaal of hebben hun binnenoppervlak bedekt met een geleider om de kathode te vormen, terwijl de anode een draad is die door het midden van de buis loopt.

Wanneer ioniserende straling door de buis gaat, worden sommige gasmoleculen geïoniseerd , waardoor positief geladen ionen en elektronen ontstaan. Het sterke elektrische veld dat door de elektroden van de buis wordt gecreëerd, versnelt de ionen naar de kathode en de elektronen naar de anode. De ionenparen krijgen voldoende energie om door botsingen onderweg nog meer gasmoleculen te ioniseren, waardoor een lawine van geladen deeltjes ontstaat.

Dit resulteert in een korte, intense stroomstoot die van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaat (of in cascades loopt) en wordt gemeten of geteld.

Soorten straling

• Alfa:

  Alfastraling bestaat uit positief (+2) geladen deeltjes die worden uitgezonden vanuit de kern van een atoom in verval. Deze deeltjes zijn ook erg dicht, waardoor ze door hun sterke positieve lading niet meer dan een centimeter lucht of een vel papier kunnen doordringen. Daarom vormen alfadeeltjes geen ernstig gevaar voor de gezondheid, behalve wanneer ze vanuit het lichaam worden uitgestoten als gevolg van inname, bijvoorbeeld wanneer hun hoge energie een extreem gevaar vormt voor gevoelig levend weefsel. Een zwakke vorm van ioniserende straling die kan worden gedetecteerd op sommige modellen van geigertellers, meestal die met een dun micavenster aan het ene uiteinde van de Geiger-Mueller-buis.

• Bèta:

  Bètastraling bestaat uit negatief geladen (-1) deeltjes die worden uitgezonden door een atoom in verval. Deze deeltjes zijn relatief licht en kunnen iets beter doordringen dan een alfadeeltje, maar op zijn best nog maar door een paar millimeter aluminium. Bij inslikken kan bètastraling gevaarlijk zijn voor levend weefsel. Een relatief zwakke vorm van ioniserende straling die op veel geigertellers kan worden gedetecteerd, in het algemeen afhankelijk van de dikte van de wand van de Geiger-Mueller-buis of het bestaan ​​van een venster aan het uiteinde van de buis.

• Gamma:

  Gammastraling vertegenwoordigt een uiterste van het elektromagnetische spectrum, met name die straling met de hoogste frequentie en de kortste golflengte. (Datzelfde spectrum omvat ook de meer bekende röntgenstralen, ultraviolet licht, zichtbaar licht, infrarode stralen, microgolven en radiogolven, gerangschikt in volgorde van afnemende frequentie en toenemende golflengte van gammastralen.) Gammastralen kunnen door vrijwel alles gaan, en worden alleen effectief afgeschermd of geabsorbeerd door materialen met een hoog atoomgewicht zoals lood. Gammastraling wordt op natuurlijke wijze geproduceerd door de zon en andere lichamen in de ruimte, en hun transmissie naar de aarde staat bekend als "kosmische straling". Een zeer krachtige en potentieel zeer gevaarlijke vorm van ioniserende straling die op vrijwel alle geigertellers kan worden gedetecteerd.

Voor meer informatie: Geigerteller – Stralingssensorkaart voor Raspberry Pi-tutorial