Contador Geiger en funcionamiento con piezas mínimas: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Aquí está, que yo sepa, el contador Geiger de funcionamiento más simple que puede construir. Este usa un tubo Geiger SMB-20 de fabricación rusa, impulsado por un circuito elevador de alto voltaje robado de un matamoscas electrónico. Detecta partículas beta y rayos gamma, emitiendo un clic por cada partícula radiactiva o estallido de rayos gamma que detecta. Como puede ver en el video anterior, hace clic cada pocos segundos debido a la radiación de fondo, pero realmente cobra vida cuando se acercan fuentes de radiación como vidrio de uranio, mantos de linternas de torio o botones de americio de los detectores de humo. Construí este contador para ayudarme a identificar los elementos radiactivos que necesito para completar mi colección de elementos, ¡y funciona muy bien! El único inconveniente real de este contador es que no es muy ruidoso y no calcula ni muestra la cantidad de radiación que detecta en recuentos por minuto. Eso significa que no obtiene ningún punto de datos real, solo una idea general de la radiactividad basada en la cantidad de clics que escucha.

Si bien hay varios kits de contador Geiger disponibles en la red, puede construir el suyo desde cero si tiene los componentes adecuados. ¡Empecemos!

Paso 1: Contadores Geiger y radiación: cómo funciona todo

El contador Geiger (o contador Geiger-Müller) es un detector de radiación desarrollado por Hans Geiger y Walther Müller en 1928. Hoy en día, casi todo el mundo está familiarizado con los sonidos de clic que hace cuando detecta algo, a menudo considerado como el "sonido" de radiación. El corazón del dispositivo es el tubo Geiger-Müller, un cilindro de metal o vidrio lleno de gases inertes mantenidos a baja presión. Dentro del tubo hay dos electrodos, uno de los cuales se mantiene a un potencial de alto voltaje (generalmente 400-600 voltios) mientras que el otro está conectado a tierra eléctrica. Con el tubo en estado de reposo, ninguna corriente puede saltar el espacio entre los dos electrodos dentro del tubo, por lo que no fluye corriente. Sin embargo, cuando una partícula radiactiva ingresa al tubo, como una partícula beta, la partícula ioniza el gas dentro del tubo, haciéndolo conductor y permitiendo que la corriente salte entre los electrodos por un breve instante. Este breve flujo de corriente activa la parte del detector del circuito, que emite un "clic" audible. Más clics significan más radiación. Muchos contadores Geiger también tienen la capacidad de contar el número de clics y calcular recuentos por minuto, o CPM, y mostrarlo en un dial o pantalla de lectura.

Veamos el funcionamiento del contador Geiger de otra manera. El principio clave de la operación del contador Geiger es el tubo Geiger y cómo establece un alto voltaje en un electrodo. Este alto voltaje es como una ladera empinada de una montaña cubierta de nieve profunda, y todo lo que se necesita es una pequeña cantidad de energía de radiación (similar a un esquiador que baja la pendiente) para desencadenar una avalancha. La avalancha resultante lleva consigo mucha más energía que la propia partícula, suficiente energía para ser detectada por el resto del circuito contador Geiger.

Dado que probablemente ha pasado un tiempo desde que muchos de nosotros nos sentamos en un aula y aprendimos sobre la radiación, aquí hay un repaso rápido.

Materia y estructura del átomo

Toda la materia está compuesta de diminutas partículas llamadas átomos. Los átomos mismos están compuestos por partículas aún más pequeñas, a saber, protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones están agrupados en el centro del átomo; esta parte se llama núcleo. Los electrones orbitan alrededor del núcleo.

Los protones son partículas con carga positiva, los electrones tienen carga negativa y los neutrones no tienen carga y, por lo tanto, son neutrales, de ahí su nombre. En un estado neutro, cada átomo contiene el mismo número de protones y electrones. Debido a que los protones y los electrones tienen cargas iguales pero opuestas, esto le da al átomo una carga neta neutra. Sin embargo, cuando el número de protones y electrones en un átomo no es igual, el átomo se convierte en una partícula cargada llamada ión. Los contadores Geiger pueden detectar radiación ionizante, una forma de radiación que tiene la capacidad de transformar átomos neutros en iones. Los tres tipos diferentes de radiación ionizante son partículas alfa, partículas beta y rayos gamma.

Partículas Alfa

Una partícula alfa consta de dos neutrones y dos protones unidos entre sí, y es el equivalente al núcleo de un átomo de helio. La partícula se genera cuando simplemente se desprende de un núcleo atómico y sale volando. Debido a que no tiene electrones cargados negativamente para cancelar la carga positiva de los dos protones, una partícula alfa es una partícula cargada positivamente, llamada ión. Las partículas alfa son una forma de radiación ionizante, porque tienen la capacidad de robar electrones de su entorno y, al hacerlo, transforman los átomos de los que roban en iones. En dosis altas, esto puede causar daño celular. Las partículas alfa generadas por la desintegración radiactiva se mueven lentamente, tienen un tamaño relativamente grande y, debido a su carga, no pueden atravesar otras cosas fácilmente. La partícula finalmente recoge algunos electrones del medio ambiente y, al hacerlo, se convierte en un átomo de helio legítimo. Así es como se produce casi todo el helio de la tierra.

Partículas Beta

Una partícula beta es un electrón o un positrón. Un positrón es como un electrón, pero tiene una carga positiva. Las partículas Beta-menos (electrones) se emiten cuando un neutrón se desintegra en un protón, y las partículas Beta-plus (positrones) se emiten cuando un protón se desintegra en un neutrón.

Rayos gamma

Los rayos gamma son fotones de alta energía. Los rayos gamma se encuentran en el espectro electromagnético, más allá de la luz visible y ultravioleta. Tienen un alto poder de penetración y su capacidad de ionizar proviene del hecho de que pueden expulsar electrones de un átomo.

El tubo SMB-20, que usaremos para esta construcción, es un tubo común de fabricación rusa. Tiene una fina piel de metal que actúa como electrodo negativo, mientras que un alambre de metal que corre longitudinalmente a través del centro del tubo sirve como electrodo positivo. Para que el tubo detecte una partícula radiactiva o un rayo gamma, esa partícula o rayo primero debe penetrar la delgada piel metálica del tubo. Las partículas alfa generalmente no pueden hacer esto, ya que generalmente son detenidas por las paredes del tubo. Otros tubos Geiger que están diseñados para detectar estas partículas a menudo tienen una ventana especial, llamada ventana Alfa, que permite que estas partículas ingresen al tubo. La ventana generalmente está hecha de una capa muy delgada de mica, y el tubo Geiger debe estar muy cerca de la fuente Alfa para recoger las partículas antes de que sean absorbidas por el aire circundante. * Suspiro * Así que ya es suficiente sobre la radiación, vamos a construir esta cosa.

Paso 2: Reúna sus herramientas y materiales

Suministros necesarios:

• Tubo Geiger SMB-20 (disponible por alrededor de $ 20 USD en eBay)
• Circuito elevador de CC de alto voltaje, robado de un matamoscas electrónico barato. Este es el modelo específico que utilicé:
• Diodos Zener con un valor total combinado de alrededor de 400v (cuatro de 100v serían ideales)
• Resistencias con un valor total combinado de 5 megaohmios (usé cinco de 1 megaohmio)
• Transistor - tipo NPN, utilicé 2SC975
• Elemento de altavoz piezoeléctrico (robado de un microondas o un juguete electrónico ruidoso)
• 1 x pila AA
• Soporte para pilas AA
• Interruptor de encendido / apagado (utilicé el interruptor momentáneo SPST del matamoscas electrónico)
• Trozos de alambre eléctrico
• Trozo de madera de desecho, plástico u otro material no conductor para usar como sustrato para construir el circuito

Herramientas que utilicé:

• Soldador "lápiz"
• Soldadura con núcleo de colofonia de diámetro pequeño para fines eléctricos
• Pistola de pegamento caliente con barras de pegamento adecuadas
• Cortadores de alambre
• Pelacables
• Destornillador (para demoler el matamoscas electrónico)

Si bien este circuito está construido alrededor de un tubo SMB-20, que puede detectar partículas beta y rayos gamma, se puede adaptar fácilmente para usar una variedad de tubos. Simplemente verifique el rango de voltaje de operación particular y otras especificaciones de su tubo en particular y ajuste los valores de los componentes en consecuencia. Los tubos más grandes son más sensibles que los más pequeños, simplemente porque son objetivos más grandes para las partículas.

Los tubos Geiger requieren altos voltajes para funcionar, por lo que estamos usando el circuito elevador de CC de un matamoscas electrónico para aumentar los 1,5 voltios de la batería hasta aproximadamente 600 voltios (originalmente el matamoscas funcionaba con 3 voltios, emitiendo alrededor de 1200 voltios). para zapping moscas. Ejecútelo con voltajes más altos y tendrá una Taser). Al SMB-20 le gusta funcionar a 400 V, por lo que usamos diodos Zener para regular el voltaje a ese valor. Estoy usando trece zeners de 33 V, pero otras combinaciones funcionarían igual de bien, como 4 zeners de 100 V, siempre que el total de los valores de los zeners sea igual al voltaje objetivo, en este caso 400.

Las resistencias se utilizan para limitar la corriente al tubo. Al SMB-20 le gusta una resistencia de ánodo (lado positivo) de aproximadamente 5 M ohmios, por lo que estoy usando cinco resistencias de 1 M ohmios. Se puede usar cualquier combinación de resistencias siempre que sus valores sumen aproximadamente 5 M ohmios.

El elemento de altavoz piezoeléctrico y el transistor comprenden la parte del detector del circuito. El elemento de altavoz piezoeléctrico emite los ruidos de clic y los cables largos le permiten sostenerlo más cerca de su oído. He tenido buena suerte al rescatarlos de cosas como microondas, despertadores y otras cosas que emiten molestos pitidos. El que encontré tiene una bonita carcasa de plástico a su alrededor que ayuda a amplificar el sonido que proviene de él.

El transistor aumenta el volumen de los clics. Puede construir el circuito sin un transistor, pero los clics que genera el circuito no serán tan fuertes (con eso me refiero a apenas audibles). Usé un transistor 2SC975 (tipo NPN), pero muchos otros transistores probablemente funcionarían. El 2SC975 fue literalmente el primer transistor que saqué de mi pila de componentes recuperados.

En el siguiente paso, desmontaremos el matamoscas eléctrico. No se preocupe, es fácil.

Paso 3: desmonte el matamoscas

Los matamoscas electrónicos pueden diferir ligeramente en la construcción, pero como solo buscamos los componentes electrónicos en el interior, simplemente destrúyalos y sáquelos de las tripas jajaja. El matamoscas en las imágenes de arriba es en realidad ligeramente diferente al que construí en el mostrador, ya que parece que el fabricante cambió su diseño.

Comience quitando los tornillos visibles u otros sujetadores que lo mantengan unido, y esté atento a las pegatinas o cosas como la tapa de la batería que puedan ocultar sujetadores adicionales. Si la cosa aún no se abre, es posible que sea necesario hacer palanca con un destornillador a lo largo de las costuras del cuerpo de plástico del matamoscas.

Una vez que lo abra, tendrá que usar un cortador de alambre para cortar los cables en la rejilla de malla del zapper. Dos cables negros (a veces de otros colores) se originan en el mismo lugar del tablero, cada uno de los cuales conduce a una de las rejillas exteriores. Estos son los cables negativos o de "tierra" para la salida de alto voltaje. Dado que estos cables provienen del mismo lugar en la placa de circuito, y solo necesitamos uno, continúe y corte uno en la placa de circuito, dejando el cable de desecho a un lado para su uso posterior.

Debe haber un cable rojo que conduzca a la rejilla interior, y esta es la salida positiva de alto voltaje.

Los otros cables que vienen de la placa de circuito van a la caja de la batería, y el que tiene el resorte en el extremo es la conexión negativa. Bastante simple.

Si desarmas la cabeza del matamoscas, quizás para separar los componentes para su reciclaje, ten cuidado con los posibles bordes afilados en la malla metálica.

Paso 4: ¡Construya el circuito y utilícelo

Una vez que tenga sus componentes, tendrá que soldarlos para formar el circuito que se muestra en el diagrama. Pegué todo con pegamento caliente a un pedazo de plástico transparente que tenía por ahí. Esto lo convierte en un circuito robusto y confiable, y también se ve bastante bien. Existe una pequeña posibilidad de que puedas darte un golpe al tocar partes de este circuito mientras está energizado, como la conexión en el parlante piezoeléctrico, pero puedes cubrir las conexiones con pegamento caliente si hay un problema.

Una vez que finalmente tuve todos los componentes que necesitaba para construir el circuito, lo junté en una tarde. Dependiendo de los valores de los componentes que tenga, podría terminar usando menos componentes que yo. También puede usar un tubo Geiger más pequeño y hacer que el mostrador sea muy compacto. Reloj de pulsera con contador Geiger, ¿alguien?

Ahora quizás se esté preguntando, ¿para qué necesito un contador Geiger si no tengo nada radioactivo para apuntar? El contador hará clic cada pocos segundos solo por la radiación de fondo, que se compone de rayos cósmicos y demás. Pero, hay algunas fuentes de radiación que puede encontrar para usar su contador:

Americio de detectores de humo

El americio es un elemento artificial (que no se produce naturalmente) y se utiliza en detectores de humo de tipo ionización. Estos detectores de humo son muy comunes y probablemente tenga algunos en su hogar. En realidad, es bastante fácil saberlo, porque todos tienen las palabras contiene la sustancia radiactiva Am 241 moldeada en el plástico. El americio, en forma de dióxido de americio, está enchapado en un pequeño botón metálico en el interior, montado en un pequeño recinto conocido como cámara de ionización. El americio generalmente se recubre con una fina capa de oro u otro metal resistente a la corrosión. Puede abrir el detector de humo y sacar el pequeño botón; por lo general, no es muy difícil.

¿Por qué radiación en un detector de humo?

Dentro de la cámara de ionización del detector, hay dos placas de metal colocadas una frente a la otra. Unido a uno de ellos está el botón de americio, que emite un flujo constante de partículas alfa que atraviesan un pequeño espacio de aire y luego son absorbidas por la otra placa. El aire entre las dos placas se ioniza y, por lo tanto, es algo conductor. Esto permite que una pequeña corriente fluya entre las placas, y esta corriente puede ser detectada por los circuitos del detector de humo. Cuando las partículas de humo ingresan a la cámara, absorben las partículas alfa y rompen el circuito, lo que activa la alarma.

Sí, pero ¿es peligroso?

La radiación emitida es relativamente benigna, pero para estar seguro recomiendo lo siguiente:

• Mantenga el botón de americio en un lugar seguro lejos de los niños, preferiblemente en un recipiente a prueba de niños de algún tipo
• Nunca toque la cara del botón en el que está chapado el americio. Si toca accidentalmente la cara del botón, lávese las manos

Vidrio de uranio

El uranio se ha utilizado, en forma de óxido, como aditivo para el vidrio. El color más típico del vidrio de uranio es un verde amarillento pálido enfermizo, que en la década de 1920 llevó al apodo de “vidrio de vaselina” (basado en un parecido percibido con la apariencia de la vaselina tal como se formulaba y se vendía comercialmente en ese momento). Lo verá etiquetado como "Vaselina" en los mercados de pulgas y tiendas de antigüedades, y por lo general puede pedirlo con ese nombre. La cantidad de uranio en el vidrio varía desde niveles traza hasta aproximadamente el 2% en peso, aunque algunas piezas del siglo XX se fabricaron con hasta un 25% de uranio. La mayor parte del vidrio de uranio es muy poco radiactivo y no creo que sea peligroso manipularlo.

Puede confirmar el contenido de uranio del vidrio con una luz negra (luz ultravioleta), ya que todo el vidrio de uranio presenta una fluorescencia verde brillante independientemente del color que tenga el vidrio bajo la luz normal (que puede variar ampliamente). Cuanto más brillante brilla una pieza bajo luz ultravioleta, más uranio contiene. Si bien las piezas de vidrio de uranio brillan bajo la luz ultravioleta, también emiten luz propia bajo cualquier fuente de luz que contenga ultravioleta (como la luz solar). Las longitudes de onda de luz ultravioleta de alta energía golpean los átomos de uranio, empujando sus electrones a un nivel de energía más alto. Cuando los átomos de uranio vuelven a su nivel de energía normal, emiten luz en el espectro visible.

¿Por qué el uranio?

El descubrimiento y aislamiento de radio en mineral de uranio (pecblenda) por Marie Curie provocó el desarrollo de la minería de uranio para extraer el radio, que se utilizó para hacer pinturas que brillan en la oscuridad para relojes y diales de aviones. Esto dejó una cantidad prodigiosa de uranio como producto de desecho, ya que se necesitan tres toneladas de uranio para extraer un gramo de radio.

Mantos de linterna de camping de torio

El torio se utiliza en mantos de linternas de camping, en forma de dióxido de torio. Cuando se calienta por primera vez, la parte de poliéster del manto se quema, mientras que el dióxido de torio (junto con otros ingredientes) retiene la forma del manto pero se convierte en una especie de cerámica que brilla cuando se calienta. El torio ya no se usa para esta aplicación, siendo descontinuado por la mayoría de las empresas a mediados de la década de los 90, y ha sido reemplazado por otros elementos que no son radiactivos. Se usó torio porque produce mantos que brillan muy intensamente, y ese brillo no es del todo igualado por los mantos no radiactivos más nuevos. ¿Cómo saber si el manto que tienes es realmente radiactivo? Ahí es donde entra en juego el contador Geiger. Los mantos con los que me he encontrado vuelven loco al contador Geiger, mucho más que el vidrio de uranio o los botones de americio. No es tanto que el torio sea más radiactivo que el uranio o el americio, sino que hay mucho más material radiactivo en el manto de una linterna que en esas otras fuentes. Por eso es realmente extraño encontrar tanta radiación en un producto de consumo. Las mismas precauciones de seguridad que se aplican a los botones de americio se aplican también a los mantos de las linternas.

¡Gracias por leer a todos! Si les gusta este instructivo, lo inscribo en el concurso "Construya una herramienta" y realmente agradecería su voto. También me encantaría saber de usted si tiene comentarios o preguntas (o incluso consejos / sugerencias / críticas constructivas), así que no tenga miedo de dejarlos a continuación.

Un agradecimiento especial a mi amigo Lucca Rodríguez por hacer el hermoso diagrama de circuito para este instructable.