Tutoriel Compteur Geiger - Carte de capteur de rayonnement pour Raspberry Pi

Contenu

• Manifeste
• Le Conseil
• Le tube Geiger
• Types de rayonnement
• Tubes Geiger pris en charge
• Sources de test
• Actionneurs
• Du CPM aux Sieverts
• Code source
• Schéma
• Participer
• Acheter
• Liens et documentation

REMARQUE :tous les exemples de code de ce didacticiel utilisent la bibliothèque arduPi. Vous pouvez voir la documentation et télécharger la bibliothèque ici.

Manifeste

La principale finalité de la carte de capteur de rayonnement pour Raspberry Pi est d'aider les Japonais à mesurer les niveaux de rayonnement dans leur vie quotidienne après le malheureux tremblement de terre et tsunami qui ont frappé le Japon en mars 2011 et provoqué les fuites de rayonnement nucléaire à Fukushima. Nous voulons donner la chance de mesurer par eux-mêmes ces niveaux au lieu de nous fier aux avis généraux qui sont diffusés. L'utilisation de cette carte de capteur avec la plate-forme Raspberry Pi abordable et facile à utiliser aide les gens à obtenir des valeurs de rayonnement à partir d'endroits spécifiques.

En tant que techniciens, nous nous sentons responsables de fournir notre soutien dans les domaines où nous pouvons contribuer. En conséquence, le premier lot a été expédié au Japon sans frais pour le Tokyo Hackerspace et d'autres groupes de travail.

La conception de la carte est open hardware et le code source est publié sous GPL.

L'équipe Libelium. Avril 2011.

Le Conseil

La carte de rayonnement a deux parties principales, le circuit d'alimentation et le circuit de signal.

La partie puissance sert à fournir la tension nécessaire au tube (400V – 1000V ) et le circuit de signal est utilisé pour adapter les impulsions émises par le tube et le connecter à l'entrée du microcontrôleur.

Une fois le tube alimenté, nous pouvons recevoir les impulsions dans le microcontrôleur et les compter, puis avec un calcul simple, nous pouvons obtenir la valeur du rayonnement.

Le code que nous utilisons pour la carte compte les impulsions pendant 10 secondes, puis nous multiplions le nombre d'impulsions par 6, nous obtenons donc le nombre d'impulsions par minute (cpm) , ensuite, selon la documentation des tubes on divise cpm par le facteur de conversion du tube (360 par défaut) et on a la valeur du rayonnement en µSV/h .

Selon le tube que vous utilisez, vous devrez peut-être modifier le calcul, vous devriez essayer avec différentes valeurs et nous commenter si la valeur fonctionne mieux.

L'électronique utilisée dans le panneau de rayonnement pourrait être divisée en cinq parties :

1. Alimentation haute tension

   Pour l'alimentation haute tension, nous utilisons un circuit basé sur un oscillateur connecté à un multiplicateur de tension composé de diodes, de transistors, de résistances et de condensateurs (voir schéma pour plus de détails). Avec ce circuit on obtient une puissance de 500V dans le tube. Nous avons ajouté une gamme de diodes Zener connectées en série qui peuvent être utilisées si nous avons besoin de plus de 500V pour alimenter le tube. Nous ajouterons autant de volts à la sortie que de volts dans les diodes Zener que nous ajoutons.

2. Circuit d'adaptation pour la sortie Geiger

   Le circuit d'adaptation pour la sortie est basé sur un transistor NPN, ce transistor déclenchera la broche d'interruption dans le microcontrôleur, ce transistor active/désactive également le haut-parleur piézo et l'indicateur LED générant le signal audio/visuel.

3. Haut-parleur piézo et indicateur LED

   Le haut-parleur piézo et l'indicateur LED sont connectés au circuit d'adaptation, de sorte que la LED clignote à chaque impulsion et le haut-parleur sonne à chaque impulsion.

4. Écran LCD

   L'écran LCD est connecté au microcontrôleur en utilisant le mode 4 bits (4 lignes de données en plus des lignes de contrôle RS, Enable et RW).

5. Barre LED

   La barre LED est composée de cinq LED standard, 3 vertes et 2 rouges. Ces leds sont connectées aux broches numériques du microcontrôleur avec une résistance série.

Connexion de la carte Radiation au Raspberry Pi

La carte est connectée à Raspberry Pi via le pont de connexion Raspberry Pi à Arduino Shield

Si la carte est connectée au Raspberry Pi, l'alimentation est prise à partir de la broche 5V. Les impulsions peuvent être comptées à l'aide de l'interruption sur la broche numérique 2.

Le tube Geiger

Un tube Geiger-Müller se compose d'un tube rempli d'un gaz inerte à basse pression (~ 0,1 Atm) tel que l'hélium, le néon ou l'argon (généralement du néon), dans certains cas dans un mélange de Penning, et une vapeur organique ou un gaz halogène . Le tube contient des électrodes entre lesquelles il existe une différence de potentiel de plusieurs centaines de volts (~ 500 V), mais aucun courant ne circule. Les parois du tube sont soit entièrement métalliques, soit leur surface intérieure est revêtue d'un conducteur pour former la cathode tandis que l'anode est un fil passant au centre du tube.

Lorsque le rayonnement ionisant traverse le tube, certaines molécules de gaz sont ionisées , créant des ions chargés positivement et des électrons. Le fort champ électrique créé par les électrodes du tube accélère les ions vers la cathode et les électrons vers l'anode. Les paires d'ions gagnent suffisamment d'énergie pour ioniser d'autres molécules de gaz lors de collisions en cours de route, créant une avalanche de particules chargées.

Cela se traduit par une impulsion de courant courte et intense qui passe (ou cascade) de l'électrode négative à l'électrode positive et est mesuré ou compté.

Types de rayonnement

• Alpha :

  Le rayonnement alpha est constitué de particules chargées positivement (+2) émises par le noyau d'un atome en cours de désintégration. Ces particules sont également très denses, ce qui, avec leur forte charge positive, les empêche de pénétrer plus d'un pouce d'air ou une feuille de papier. Pour cette raison, les particules alpha ne constituent pas un danger grave pour la santé, sauf lorsqu'elles sont émises de l'intérieur du corps à la suite d'une ingestion, par exemple, lorsque leur énergie élevée représente un danger extrême pour les tissus vivants sensibles. Une forme faible de rayonnement ionisant détectable sur certains modèles de compteurs Geiger, généralement ceux qui intègrent une fine fenêtre en mica à une extrémité du tube Geiger-Mueller.

• Bêta :

  Le rayonnement bêta est constitué de particules chargées négativement (-1) émises par un atome en cours de désintégration. Ces particules sont relativement légères et peuvent pénétrer un peu mieux qu'une particule Alpha, mais toujours seulement à travers quelques millimètres d'aluminium au mieux. En cas d'ingestion, le rayonnement bêta peut être dangereux pour les tissus vivants. Forme relativement faible de rayonnement ionisant détectable sur de nombreux compteurs Geiger, dépendant généralement de l'épaisseur de la paroi du tube Geiger-Mueller ou de l'existence d'une fenêtre à l'extrémité du tube.

• Gamma :

  Le rayonnement gamma représente un extrême du spectre électromagnétique, en particulier le rayonnement ayant la fréquence la plus élevée et la longueur d'onde la plus courte. (Ce même spectre comprend également les rayons X, la lumière ultraviolette, la lumière visible, les rayons infrarouges, les micro-ondes et les ondes radio, répertoriés par ordre de fréquence décroissante et de longueur d'onde croissante des rayons gamma.) Les rayons gamma peuvent traverser pratiquement n'importe quoi, et ne sont efficacement protégés ou absorbés que par des matériaux de poids atomique élevé tels que le plomb. Les rayons gamma sont produits naturellement par le soleil et d'autres corps dans l'espace extra-atmosphérique, leur transmission à la terre étant connue sous le nom de « rayonnement cosmique ». Un type de rayonnement ionisant très puissant et potentiellement très dangereux détectable sur pratiquement tous les compteurs Geiger.

Pour plus de détails : Compteur Geiger - Tutoriel de la carte de capteur de rayonnement pour Raspberry Pi