Construire un compteur Geiger Raspberry Pi – Tutoriel capteur radiations open-hardware

Sommaire

• Manifeste
• La Carte
• Le Tube Geiger
• Types de rayonnement
• Tubes Geiger supportés
• Sources de test
• Actionneurs
• De CPM à Sieverts
• Code Source
• Schéma
• Participer
• Acheter
• Liens et Documentation

NOTE : Tous les exemples de code dans ce tutoriel utilisent la bibliothèque arduPi. Vous pouvez consulter la documentation et télécharger la bibliothèque depuis le dépôt.

Manifeste

Le but de la Carte Capteur de Rayonnement pour Raspberry Pi est de permettre aux individus au Japon – et ailleurs – de mesurer les niveaux de rayonnement ambiant de manière indépendante, suite à l'incident nucléaire de Fukushima en mars 2011. En associant un Raspberry Pi abordable et convivial à une carte capteur open-hardware, les utilisateurs peuvent obtenir des lectures en temps réel depuis des emplacements spécifiques au lieu de se fier uniquement aux avis externes. Le premier lot a été expédié gratuitement au Tokyo Hackerspace et à d'autres groupes locaux pour soutenir les efforts communautaires.

La conception matérielle de la carte et son firmware sont publiés sous licence GPL, reflétant notre engagement envers les principes open-source et la transparence scientifique.

— L'équipe Libelium, Avril 2011

La Carte

La carte est divisée en deux sections fonctionnelles : une alimentation haute tension (400–1000 V) pour le tube Geiger-Müller et un circuit de conditionnement de signal qui convertit les impulsions électriques du tube en un format adapté à un microcontrôleur.

Une fois alimenté, le tube émet une brève impulsion de courant pour chaque événement ionisant détecté. Le microcontrôleur compte ces impulsions ; compter pendant 10 secondes et multiplier par 6 donne les comptes par minute (CPM). Selon la fiche technique du tube, le CPM est ensuite divisé par le facteur de conversion (360 pour le tube standard) pour obtenir un débit de dose en microSieverts par heure (µSv/h).

Selon le tube spécifique, vous devrez peut-être ajuster le facteur de conversion. Testez différentes valeurs et signalez quelle calibration donne les résultats les plus précis.

L'électronique de la carte se décompose en cinq composants :

1. Alimentation haute tension

   Ce module utilise un multiplicateur de tension piloté par oscillateur comprenant diodes, transistors, résistances et condensateurs (voir le schéma). Il génère 500 V pour le tube, avec des diodes zener optionnelles en série pour augmenter la sortie si une tension plus élevée est requise.

2. Circuit d'adaptation de sortie

   Un transistor NPN traduit l'impulsion du tube Geiger en un signal logique propre qui déclenche une interruption du microcontrôleur. Le même transistor pilote aussi un haut-parleur piézo et un indicateur LED pour un retour audible et visuel.

3. Haut-parleur piézo et indicateur LED

   Ils sont connectés au circuit d'adaptation ; chaque impulsion détectée fait clignoter la LED et émet un clic du haut-parleur.

4. Écran LCD

   L'écran LCD 16×2 est interfacé via un bus parallèle 4 bits (RS, EN, RW et quatre lignes de données). Il affiche le CPM et le débit de dose en temps réel.

5. Barre LED

   Une barre de cinq LEDs (trois vertes, deux rouges) fournit une jauge visuelle rapide de l'intensité du rayonnement. Chaque LED est pilotée depuis une broche numérique via une résistance série.

Connexion de la carte de rayonnement au Raspberry Pi

La carte se connecte au Raspberry Pi via une interface shield Arduino standard. L'alimentation est fournie depuis la broche 5 V du Pi, et le comptage d'impulsions se fait sur la broche GPIO 2 du Pi, configurée comme entrée d'interruption.

Le Tube Geiger

Un tube Geiger-Müller contient un gaz inerte à basse pression (≈0,1 atm) – communément du néon – avec une fine vapeur organique ou halogénée. La cathode du tube est la paroi métallique, tandis que l'anode est un fil fin longeant le centre. Un potentiel élevé (~500 V) est appliqué entre ces électrodes, créant un champ électrique fort.

Quand un rayonnement ionisant entre dans le tube, il ionise le gaz, produisant des électrons libres et des ions positifs. Les électrons sont accélérés vers l'anode, initiant une avalanche d'ionisations supplémentaires. Cette cascade produit une impulsion courte de courant élevé détectée par le circuit de sortie.

Types de Rayonnement

• Alpha

  Les particules alpha (noyaux d'hélium, charge +2) sont denses et ne peuvent pas pénétrer plus de quelques millimètres d'air ou une feuille de papier. Elles posent un risque externe minimal mais peuvent être dangereuses si ingérées, car elles endommagent les tissus de l'intérieur. De nombreux compteurs Geiger détectent le rayonnement alpha uniquement via de fines fenêtres en mica.

• Bêta

  Les particules bêta (électrons, charge –1) sont plus légères et pénètrent quelques millimètres d'aluminium. Elles peuvent être dangereuses lorsqu'elles sont ingérées et sont détectées par de nombreux tubes Geiger, selon l'épaisseur de la paroi et la présence de fenêtre.

• Gamma

  Les rayons gamma sont des photons de haute énergie qui peuvent traverser pratiquement n'importe quel matériau. Ils sont efficacement blindés uniquement par des substances à poids atomique élevé comme le plomb. Le rayonnement gamma est ubiquitaire dans les sources cosmiques et est détecté par pratiquement tous les compteurs Geiger.

Pour des détails techniques supplémentaires, voir le Tutoriel Compteur Geiger – Carte Capteur Rayonnement pour Raspberry Pi.

Liens et Documentation

• Bibliothèque arduPi sur GitHub – Code source et documentation
• Schéma de la carte PDF – Dessins électriques détaillés
• README du projet – Instructions d'installation et conseils d'étalonnage