Sistema per la misura ambientale radiazioni by Roberto Chirio

La pioggia radioattiva si ferma sopra la scatola stagna e permette la misurazione dei valori.

Marzo 2011

In seguito al guasto della centrale giapponese di Fukushima sale l'allarme radioattività in tutto il mondo.

Questo sistema relativamente semplice, serve per monitorare la radioattività ambientale, a parte il reperimento del tubo geiger, la realizzazione non comporta particolari difficoltà.

La lettura dei dati su PC è basata su programma CDV di David Honig, di libera distribuzione.

Per chi è appassionato di elettronica ed ha in casa un tubo geiger, può in poco tempo attivare un sistema di monitoraggio delle radiazioni e se la sonda è montata all'esterno casa, monitorare il livello di fondo.

Descrizione

- L'HV viene generata con la tecnica della carica induttore ed successiva apertura veloce, (Step-up) non avendo praticamente assorbimento in uscita è possibile sfruttare tutta la tensione di apertura generata dall'induttore ed arrivare cosi a oltre 400V. (600V a vuoto senza zener)

- Il circuito funziona con tensione alimentazione 5V, è facilmente prelevabile da una porta USB, utilizzando un cavo USB, dei 4 conduttori quelli esterni sono il 5V, da verificare con tester il positivo (cavo rosso) e il negativo (cavo nero).

- Lo schema presentato assorbe meno di 10mA quindi non carica l'uscita neanche di un notebook funzionante a batteria. Adatto quindi anche per rilevamenti sul campo.

- Il driver usato è il noto 555, in questo caso usato come oscillatore astabile bloccato, il funzionamento viene bloccato dalla chiusura del transistor Tr1 2N2222 o qualsiasi generico NPN.

- La frequenza di lavoro è di circa 2Khz, il punto di lavoro ottimale viene trovato per il minore assorbimento dal 5V appunto variando la R7

- Il partitore con 4 Zener da 100V 400mW sull'uscita serve per stabilizzare il valore di tensione, se la tensione aumenta oltre 400V il transistor va in conduzione, bloccando il 555 e di conseguenza il funzionamento dello step-up, in questa maniera avviene la stabilizzazione della tensione HV che è molto buona, migliore del 5%

- Con 400V è possibile alimentare la maggior parte dei Tubi di fabbricazione Russa tipo il SBM-20 ed molte pancake.

Utilizzando Zener da 50V o altri è possibile regolare la tensione a 450 o 500V a piacimento come richiesto dalle sonde in uso.

- Il collegamento del tubo all'esterno avviene con cavo RG58 e connettori tipo BNC o meglio PL259. Non è importante l'impedenza del cavo a 50 o 75 Ohm, ma bensì l'isolamento che deve essere maggiore di 5-600V. Importante anche curare l'isolamento dei connettori.

- Il condensatore da 1000pF 3Kv serve per bloccare l'HV, rilevare gli impulsi e portarli a un livello audio tramite il partitore R12/R11, i due diodi hanno il compito di proteggere l'ingresso PC dagli eventuali scariche atmosferiche elettrostatiche.

- Per uscita audio PC, si utilizza un normale cavetto audio schermato, da collegare all'ingresso PC meglio se su AUX, l'ingresso Microfono è sconsigliato in quanto troppo sensibile.

Realizzazione
La realizzazione del Contatore Geiger per misure ambientali comporta avere delle conoscenze di elettronica, è necessaria un'attrezzatura ed esperienza nei montaggi elettronici. Non si risponde per danni a cose e persone e per un uso improprio della realizzazione. Attenzione che in uscita è presente una tensione di 400V anche se di bassissima energia, può essere pericolosa per chi non esperto.

Ecco come si presenta il prototipo montato su una piastra millefori. Per la sezione a bassa tensione, non ci sono particolari problemi per sistemare i componenti, mentre nella sezione HV prestare attenzione alle distanze e alla disposizione dei componenti e alle saldature sulle piazzole che devono avere distanza tra di loro, lasciare almeno 1 foro libero tra due punti HV.
Induttore L1
L'induttanza da 3,3mH serve per generare gli impulsi ad alta tensione fino ad un valore di 400V di picco, è facile da trovare in quanto presente all'interno del driver di tutti i tubi neon basso consumo, risparmio energia. L'induttanza presente nelle lampade a basso consumo, può avere un valore da 1 a 4mH, in genere valori da 2 a 4 mH vanno benissimo per questa applicazione. Importante che sia una bobina impregnata con vernice e resina, questo per garantire un buon isolamento.

Tubo geiger
- SBM-20 Sonda tipo HOT DOG sensibile a Beta e Gamma - Tensione nominale : 400-450V - Sensibilità Cs137 : 800 CPM/mR/h - Anno di fabbricazione 1991 - Altre caratteristiche le trovate in rete.

- Il tutto è fissato al balcone tramite una staffa in alluminio della lunghezza di 80cm. - Si consiglia di stare il più lontano possibile dalla abitazione, in quanto molti materiali edili sono leggermente radioattivi e possono falsare la misura. - Non ci sono problemi di lunghezza del cavo RG58, importante che sia nuovo e di buona qualità per evitare dispersioni di HV. - Per comodità si può anche usare cavo TV o satellite, importante curare gli isolamenti che devono tenere oltre 400V in presenza di acqua.

- Versione con 2 x SBM20 - Le sonde sono tenute alte vicino al coperchio, per meglio leggere la pioggia che si ferma sul coperchio. - Con 2 SBM20 il valore di fondo è di 80-90 CPM. - Le sonde sono collegate in parallelo con 1 sola resistenza serie da 4M7.

Taratura

- Collegare un voltmetro ad alta impedenza (300-1000Mohm) sull'uscita e dare alimentazione a 5V.

- Il circuito non richiede particolari tarature, deve funzionare subito, la tensione deve salire fino a 400V e stabilizzarsi.

- La resistenza R7 va regolata per ottenere il minimo assorbimento dal 5V, sempre leggendo 400V con voltmetro alta impedenza.

- Collegare il cavetto audio all'ingresso AUX del PC.

In mancanza di un Voltmetro ad alta impedenza si può realizzare un ottimo strumento utilizzando un multimetro con 10M ohm impedenza di ingresso, aggiungendo il partitore per alta tensione dello schema che segue.

Versione semplificata del voltmetro HV, da collegare direttamente a un Multimetro (DMM). Sulla portata 2V, leggeremo x1000 quindi KVolt. Il trimmer cermet multigiri, serve per tarare con precisione il rapporto 1000:1.

Importante: il DDM deve avere 10Mohm di impedenza d'ingresso, alcuni di basso costo hanno solo 1Mohm.

La resistenza da 300Mohm si può acquistare ma e difficile da trovare, si può realizzare facilmente mettendo 30 resistenze da 10Mohm in serie, meglio se SMD.

- Download del programma da diversi siti:

Download cdvcounter from sourceforge.net

oppure

http://www.anythingradioactive.com/downloads/DSRB88%20instructions.bak

- A questo si apre il programma CDV Counter, che non necessita di installazione, basta fare partire il file cdvcounter.exe da 212K, può girare anche da chiavetta.

Impostare Sample time a 60s, Repeat a 999999 (Forever) e Detection threshold a un valore basso che permetta di riconoscere tutti i click, nel mio caso 10 funziona bene, ma è molto in funzione del segnale audio disponibile e se si sta utilizzando l'ingresso mic.

Sensitivity va settato sul valore della sonda in uso, per esempio, la SBM20 ha una sensibilità di 700-800 cpm/mR/h usando 2 x SBM20 mettiamo 1400 cpm/mR/h

Entrare su Options e settare Scroll Width su 1200 o valori simili, da provare, in funzione dello schermo usato, in tal caso la scala avrà una visione temporale di circa 24h

partire premendo Start e poi Graph per visualizzare il diagramma

- La configurazione pur essendo semplice, permette notevoli risultati, sempre sperando che serva solo a scopo didattico e non debba rilevare valori pericolosi. In caso di dubbi appoggiarsi ad un esperto di settore.

- Realizzando questo Geiger Counter PC, con l'ausilio di un fornetto con schermatura in piombo è pensabile di fare l'analisi degli alimenti tipo frutta e verdura. Posizionare a contatto della sonda, dopo alcune decine di minuti, se ci sono valori più alti vuol dire che gli alimenti hanno assorbito un po’ di radioattività, eventualmente contattare la USL o ARPA, per una analisi più approfondita.

Sempre utili gli appunti del Proff. Andrea Bosi su radioattività e Geiger:

http://spazioinwind.libero.it/andrea_bosi/index.htm

15 aprile 2011 valori di fondo alti, pioggia con tracce radioattive
2 aprile 2011 valori di fondo bassi, sereno, sole caldo
1 aprile 2011 valori di fondo bassi, sereno, sole caldo
29 marzo 2011 valori di fondo alti, pioggia con tracce radioattive

GEIGER COUNTER collegato a computer.

Semplice sistema per misurare la radioattività ambientale. Utilizzo del software CDV Counter

Forme d'onda
- Pilotaggio Mos-fet con 400V out e ingresso 5,0V t