Geigerzähler – Strahlungssensorplatine für Raspberry Pi Tutorial

Inhalt

• Manifest
• Der Vorstand
• Die Geigerröhre
• Strahlungsarten
• Unterstützte Geigerrohre
• Quellen testen
• Aktoren
• Vom CPM zu Sieverts
• Quellcode
• Schema
• Mitmachen
• Kaufen
• Links und Dokumentation

HINWEIS:Alle Codebeispiele in diesem Tutorial verwenden die arduPi-Bibliothek. Hier können Sie die Dokumentation einsehen und die Bibliothek herunterladen.

Manifest

Das Hauptziel des Radiation Sensor Board für Raspberry Pi besteht darin, den Menschen in Japan zu helfen, die Strahlung in ihrem täglichen Leben zu messen, nachdem das unglückliche Erdbeben und der Tsunami Japan im März 2011 heimgesucht haben und die radioaktiven Strahlungsaustritte in Fukushima verursacht haben. Wir möchten die Möglichkeit geben, diese Werte selbst zu messen, anstatt auf die allgemeinen Ratschläge zu vertrauen, die ausgestrahlt werden. Die Verwendung dieser Sensorplatine zusammen mit der erschwinglichen und einfach zu bedienenden Raspberry Pi-Plattform hilft Menschen, Strahlungswerte von bestimmten Orten zu erhalten.

Als Techniker fühlen wir uns in der Verantwortung, unsere Unterstützung in den Bereichen zu leisten, in denen wir einen Beitrag leisten können. Infolgedessen wurde die erste Charge kostenlos an den Tokyo Hackerspace und andere Arbeitsgruppen nach Japan geliefert.

Das Design des Boards ist offene Hardware und der Quellcode ist unter GPL freigegeben.

Das Libelium-Team. April 2011.

Der Vorstand

Die Strahlungsplatine besteht aus zwei Hauptteilen, dem Stromkreis und dem Signalkreis.

Der Leistungsteil dient zur Bereitstellung der notwendigen Spannung für die Röhre (400V – 1000V ) und der Signalkreis wird verwendet, um den Pulsausgang der Röhre anzupassen und mit dem Eingang des Mikrocontrollers zu verbinden.

Sobald die Röhre mit Strom versorgt wird, können wir die Impulse im Mikrocontroller empfangen und zählen, dann können wir mit einer einfachen Berechnung den Wert der Strahlung erhalten.

Der Code, den wir für das Board verwenden, zählt 10 Sekunden lang Impulse, dann multiplizieren wir die Anzahl der Impulse mit 6, sodass wir die Anzahl der Impulse pro Minute (cpm) erhalten , dann dividieren wir gemäß der Röhrendokumentation cpm durch den Umrechnungsfaktor der Röhre (standardmäßig 360) und wir haben den Strahlungswert in µSV/h .

Abhängig von der verwendeten Röhre müssen Sie möglicherweise die Berechnung ändern. Versuchen Sie es mit anderen Werten und kommentieren Sie uns, welcher Wert besser funktioniert.

Die in der Strahlungsplatine verwendete Elektronik kann in fünf Teile unterteilt werden:

1. Hochspannungsnetzteil

   Für die Hochspannungsversorgung verwenden wir eine Schaltung, die auf einem Oszillator basiert, der mit einem Spannungsvervielfacher aus Dioden, Transistoren, Widerständen und Kondensatoren verbunden ist (siehe Schema für Details). Mit dieser Schaltung erhalten wir eine Leistung von 500V in der Röhre. Wir haben eine Reihe von in Reihe geschalteten Zenerdioden hinzugefügt, die verwendet werden können, wenn wir mehr als 500 V für die Stromversorgung der Röhre benötigen. Wir fügen dem Ausgang Volt als Volt in Zener-Dioden hinzu, die wir hinzufügen.

2. Anpassungsschaltung für den Geiger-Ausgang

   Die Anpassungsschaltung für den Ausgang basiert auf einem NPN-Transistor, dieser Transistor triggert den Interrupt-Pin im Mikrocontroller, dieser Transistor aktiviert/deaktiviert auch den Piezo-Lautsprecher und die LED-Anzeige, die das audio-visuelle Signal erzeugt.

3. Piezo-Lautsprecher und LED-Anzeige

   Der Piezo-Lautsprecher und die LED-Anzeige sind mit der Anpassungsschaltung verbunden, sodass die LED bei jedem Impuls blinkt und der Lautsprecher bei jedem Impuls ertönt.

4. LCD-Bildschirm

   Der LCD-Bildschirm wird im 4-Bit-Modus mit dem Mikrocontroller verbunden (4 Datenleitungen zusätzlich zu RS-, Enable- und RW-Steuerleitungen).

5. LED-Leiste

   Die LED-Leiste besteht aus fünf Standard-LEDs, 3 grüne und 2 rote. Diese LEDs sind über einen Vorwiderstand mit digitalen Pins des Mikrocontrollers verbunden.

Anschließen der Strahlungsplatine an Raspberry Pi

Die Platine ist über die Raspberry Pi to Arduino Shield Connection Bridge mit Raspberry Pi verbunden

Wenn das Board an Raspberry Pi angeschlossen ist, wird die Spannung vom 5V-Pin entnommen. Die Impulse können über die Unterbrechung am digitalen Pin 2 gezählt werden.

Die Geigerröhre

Ein Geiger-Müller-Rohr besteht aus einem Rohr, das mit einem Niederdruck-Inertgas (~0,1 Atm) wie Helium, Neon oder Argon (normalerweise Neon), in einigen Fällen in einer Penning-Mischung, und einem organischen Dampf oder einem Halogengas gefüllt ist . Die Röhre enthält Elektroden, zwischen denen eine Potentialdifferenz von mehreren hundert Volt (~500V) besteht, aber kein Strom fließt. Die Wände der Röhre sind entweder vollständig aus Metall oder ihre Innenfläche ist mit einem Leiter beschichtet, um die Kathode zu bilden, während die Anode ein Draht ist, der durch die Mitte der Röhre führt.

Wenn ionisierende Strahlung die Röhre passiert, werden einige der Gasmoleküle ionisiert , wodurch positiv geladene Ionen und Elektronen erzeugt werden. Das starke elektrische Feld, das von den Elektroden der Röhre erzeugt wird, beschleunigt die Ionen zur Kathode und die Elektronen zur Anode. Die Ionenpaare gewinnen durch Kollisionen auf dem Weg genügend Energie, um weitere Gasmoleküle zu ionisieren, wodurch eine Lawine geladener Teilchen entsteht.

Dies führt zu einem kurzen, intensiven Strompuls die von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode fließt (oder kaskadiert) und gemessen oder gezählt wird.

Strahlungsarten

• Alpha:

  Alphastrahlung besteht aus positiv (+2) geladenen Teilchen, die vom Kern eines Atoms im Zerfallsprozess emittiert werden. Diese Partikel sind auch sehr dicht, was sie mit ihrer starken positiven Ladung daran hindert, mehr als einen Zentimeter Luft oder ein Blatt Papier zu durchdringen. Aus diesem Grund stellen Alpha-Partikel kein ernsthaftes Gesundheitsrisiko dar, es sei denn, sie werden beim Verschlucken aus dem Körper emittiert, beispielsweise wenn ihre hohe Energie eine extreme Gefahr für empfindliches lebendes Gewebe darstellt. Eine schwache Form ionisierender Strahlung, die auf einigen Modellen von Geigerzählern nachweisbar ist, typischerweise solchen, die ein dünnes Glimmerfenster an einem Ende der Geiger-Müller-Röhre enthalten.

• Beta:

  Betastrahlung besteht aus negativ geladenen (-1) Teilchen, die von einem Atom im Zerfallsprozess emittiert werden. Diese Partikel sind relativ leicht und können etwas besser durchdringen als ein Alpha-Partikel, allerdings immer noch bestenfalls durch wenige Millimeter Aluminium. Beta-Strahlung kann bei Einnahme gefährlich für lebendes Gewebe sein. Eine relativ schwache Form ionisierender Strahlung, die auf vielen Geigerzählern nachweisbar ist, im Allgemeinen abhängig von der Dicke der Geiger-Müller-Rohrwand oder dem Vorhandensein eines Fensters am Ende der Röhre.

• Gamma:

  Gammastrahlung stellt ein Extrem des elektromagnetischen Spektrums dar, insbesondere die Strahlung mit der höchsten Frequenz und der kürzesten Wellenlänge. (Dasselbe Spektrum umfasst auch die bekannteren Röntgenstrahlen, ultraviolettes Licht, sichtbares Licht, Infrarotstrahlen, Mikrowellen und Radiowellen, aufgelistet in der Reihenfolge abnehmender Frequenz und zunehmender Wellenlänge von Gammastrahlen.) Gammastrahlen können praktisch alles durchdringen, und werden nur durch Materialien mit hohem Atomgewicht wie Blei wirksam abgeschirmt oder absorbiert. Gammastrahlen werden auf natürliche Weise von der Sonne und anderen Körpern im Weltraum erzeugt und ihre Übertragung auf die Erde wird als „kosmische Strahlung“ bezeichnet. Eine sehr starke und potenziell sehr gefährliche Art ionisierender Strahlung, die auf praktisch allen Geigerzählern nachweisbar ist.

Weitere Informationen: Geigerzähler – Radiation Sensor Board for Raspberry Pi Tutorial