Desarrollé y ensamblé un
contador Geiger , un dispositivo capaz de detectar radiaciones ionizantes y advertir sobre niveles peligrosos de radiación en el medio ambiente con clics familiares. ¡También se puede usar para buscar minerales y determinar si se encuentra mineral de uranio en la piedra que encontraste!
En Internet puede encontrar muchos kits e instrucciones listos para armar un contador Geiger, pero quería hacer algo único, y desarrollé una pantalla GUI con controles táctiles y una hermosa pantalla de información en la pantalla.
Paso 1: teoría básica
El principio de funcionamiento del contador Geiger es simple. Un tubo de pared delgada con gas a baja presión en el interior (tubo Geiger-Muller) está expuesto a una corriente de alto voltaje. El campo eléctrico generado no es suficiente para la ruptura dieléctrica, por lo que la corriente no fluye a través del tubo, hasta que el fotón de radiación ionizante lo atraviesa.
Cuando la radiación beta o gamma pasa a través del tubo, puede ionizar parte de las moléculas de gas en el interior, lo que conduce a la aparición de electrones libres e iones positivos. Las partículas comienzan a moverse bajo la influencia de un campo eléctrico, y los electrones ganan la velocidad suficiente para comenzar a ionizar otras moléculas, lo que conduce a una cascada de partículas cargadas que comienzan a conducir la corriente por un corto tiempo. Este breve pulso actual puede detectarse utilizando el esquema anterior, que crea un sonido de clic o, como en este caso, transfiere información al microcontrolador, que puede realizar cálculos con estos datos.
Yo uso un tubo Geiger-Müller el SBM-20, ya que es fácil de encontrar en eBay, y es bastante sensible a la radiación beta y gamma.
Paso 2: piezas y montaje
Como cerebro del proyecto, utilicé la placa NodeMCU con el microcontrolador ESP8266. Quería tomar algo que pudiera programarse como Arduino, y que fuera lo suficientemente rápido como para representar la imagen en la pantalla sin demora.
Para el suministro de alta tensión Solía
transformador de Aliexpress - se somete al tubo 400 de GM. Tenga en cuenta que al momento del registro su tensión de salida no se enciende el multímetro para medir directamente - en gotas demasiado baja tensión de impedancia, y la lectura será inexacta. Hacer un divisor de tensión con una resistencia de no menos de 100 megaohmios secuencialmente con multímetro.
El dispositivo está alimentado por una batería 18650, a través de otro transformador que suministra un voltaje estable de 4.2 V al circuito restante.
Aquí hay una lista de todos los componentes necesarios:
- Auricular SBM-20 GM (buscar en eBay).
- Transformador de alto voltaje ( AliExpress ).
- Transformador para 4.2V ( AliExpress ).
- Placa NodeMCU esp8266 ( Amazon ).
- Pantalla táctil de 2.8 "SPI ( Amazon ).
- Batería 18650 ( Amazon ) o cualquier batería LiPo de 3.7 V (más de 500 mAh).
- Soporte de batería 18650 ( Amazon ). Este soporte resultó ser demasiado grande para el tablero, y tuve que doblar los contactos hacia adentro. Recomiendo tomar una batería LiPo más pequeña y soldar los cables del conector JST a los contactos de alimentación de la placa.
Varios componentes electrónicos:
- Resistencias a 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M Ohms. Para crear las resistencias del divisor de voltaje también se requiere 10 MW.
- Condensadores: 220 pF.
- Transistores: 2N3904.
- LED 3 mm.
- Tweeter: cualquier elemento piezoeléctrico en 12-17 mm.
- Portafusibles 6.5 x 32 (para un montaje confiable del tubo).
- Interruptor de 12 mm.
En el país en
GitHub que he presentado el esquema en PDF - vamos a ver cómo conectar todos los componentes. Lo más probable es que sea más barato pedirlos a mayoristas como DigiKey o LCSC. GitHub tiene una placa con mi pedido con LCSC para la mayoría de los componentes.
No es necesario hacer una placa, pero con ella el montaje del circuito se vuelve más fácil y más preciso. También publiqué los archivos de Gerber para el tablero en GitHub. Después de recibir el tablero terminado, hice varias correcciones en el circuito, por lo que no se necesitan puentes adicionales en el nuevo circuito, aunque no lo verifiqué.
El estuche está impreso en una impresora 3D hecha de plástico PLA, se pueden
descargar aquí . Modifiqué los archivos CAD agregando agujeros para adjuntar una nueva placa. Todo debería funcionar, aunque no lo he probado.
Paso 3: el código y la interfaz de usuario
Para crear la interfaz de pantalla, utilicé la biblioteca Adafruit GFX. El código
está publicado en GitHub .
La página principal de la interfaz muestra la dosis actual, el número de operaciones por minuto y la dosis total acumulada desde que se encendió el dispositivo. El usuario puede cambiar entre suma rápida y lenta, cambiando el intervalo para calcular sumas intermedias de 3 a 60 segundos. El chirrido y el LED se pueden encender y apagar por separado.
Hay un menú de configuraciones básicas que permite al usuario cambiar la unidad de dosis, el umbral de advertencia y el factor de calibración, que relaciona el número de operaciones por minuto y la tasa de dosis. Todos los ajustes se guardan en la EEPROM y se restauran después de reiniciar.
Paso 4: verificación y conclusión
El contador Geiger se dispara 15-30 veces por minuto a partir de la radiación de fondo natural, que es de esperar del tubo SBM-20. Una pequeña muestra de mineral de uranio se registra como moderadamente radiactivo, a alrededor de 400 clics por minuto, y una
lámpara de torio puede hacer que el contador registre 5,000 clics por minuto, si lo mantiene cerca.
El medidor consume 180 mA a 3.7 V, por lo que una batería de 2000 mAh debería durar aproximadamente 11 horas.
Planeo calibrar con precisión el tubo en una fuente estándar de cesio-137, lo que hará que las lecturas sean más precisas. Las mejoras futuras incluyen soporte WiFi y grabación de datos, ya que el ESP8266 tiene WiFi incorporado.
¡Espero que hayas encontrado interesante mi proyecto!