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Un Geiger Portatile

Lo scopo di questo progetto è costruire un piccolo rilevatore portatile di radiazioni con la possibilità di essere collegato ad uno smartphone android. Ci sono diverse “App” disponibili sul google play store, pensate per trasformare lo smartphone in un rilevatore di radiazioni, per ottenere tutto ciò è però ovviamente necessario anche un sensore di radiazioni !
Per questo progetto abbiamo deciso di utilizzare un piccolo sensore a stato solido. Questo tipo di sensori non sono così sensibili come un normale geiger però sono piccoli e non richiedono tensioni elevate per il loro funzionamento.

Nella immagine sotto viene mostrato l’apparecchio finito. La piccola scatola blu contiene al suo interno un pò di circuiteria, una batteria da 1.5 V, un interruttore ON / OFF, un LED ed un piccolo buzzer. Sulla parte frontale c’è il sensore a stato solido RD2014 e sulla parte inferiore c’è il connettore per collegare lo smartphone.

Il sensore a stato solido è basato su di un array di diodi PIN (diodo tipo-p, intrinseco, tipo-n). Il diodo PIN è un diodo con una larga regione di materiale semiconduttore intrinseco (non drogato) contenuta tra un semiconduttore di tipo p e un semiconduttore di tipo n.
Il vantaggio di un diodo PIN è che la regione di carica spaziale esiste quasi esclusivamente all’interno della regione intrinseca, che presenta una larghezza costante (o quasi costante) indipendentemente dalla tensione applicata al diodo. La regione instrinseca può essere realizzata larga a piacere, aumentando così il volume in cui le coppie di elettrone – lacuna possono essere generate.
La generazione dei portatori di carica all’interno della regione intrinseca può avvenire grazie alla radiazione lumionsa incidente. Per queste ragioni, molti fotosensori includono almeno un diodo PIN, come i fotodiodi PIN o i fototransistor. Oltre alla radiazione luminosa i portatori di carica possono anche venire generati da radiazione gamma o da radiazione X : per questo motivo un diodo PIN può venire utilizzato anche come rilevatore a stato solido di radiazione.

Pin-Photodiode
Schema di principio di un diodo PIN

Abbiamo scelto di utilizzare un rilevatore di radiazioni che contiene un array di diodi PIN e un circuito che amplifica il segnale e genera un’uscita TTL.

pinDiode
Detector Scheme

 

Rilevatore : RD2014
Sensibilità : 1 CPS/mR/h (or 5.8 CPM/μSv/h)
Radiazione : Beta+Gamma
Tensione alimentazione range : VCC 3.0 V to 5.0 V
Corrente alimentazione : 400 μA TYP, 450 μA MAX
Livello Impulso di Output pari alla tensione di alimentazione (positivo)
Ampiezza Impulso di Output 40 μsec – 150 μsec

Hardware (Theremino Checker)

La parte hardware è basata sul “Theremino Checker”. Queso piccolo circuito viene alimentato da una batteria da 1.5 V battery e crea, per mezzo del convertitore Step-Up DC-DC MAX 1724, il voltaggio a 5 V necessario per il sensore RD2014. Il segnale dal sensore è utilizzato per pilotare due transistor : il primo ha lo scopo di produrre il segnale da inviare allo smartphone, mentre il secondo pilota il LED ed il buzzer.

L’immagine sotto mostra il rendering del circuito popolato con componenti SMD. La batteria può essere connessa direttamente sul lato posteriore del PCB. Altre informazioni dettagliate sul checker possono essere reperite al seguente link Theremino Checker.

L’immagine sotto mostra l’interno dell’apparecchio con il checker, un interruttore, ed il connettore per il cavo di collegamento dello smartphone. Il segnale per lo smartphone deve essere connesso alla linea del microfono del collegamento audio. Il pin-out dovrebbe seguire lo standard OMTP, come mostrato nella seconda immagine. Nel caso in cui lo smartphone seguisse lo standard CTIA le connessioni vanno invertite. Un condensatore (100 nF) è stato inserito nella linea mic al fine di tagliare la tensione DC che alcuni smartphone forniscono al microfono.

Software (RadMeter Android App)

Il software utilizzato è il RadMeter della Optivelox. E’ una App Android che può essere scaricata dal play store. L’applicazione consiste in tre pagine principali. La prima mostra il valore misurato del livello di radiazioni, la seconda mostra un grafico con l’andamento temporale della intensità di radiazioni, la terza mostra gli impulsi registrati dalla applicazione. Naturalmente c’è la possibilità di modificare il tipo di sensore (tubo geiger, diodo PIN, ..) al fine di adeguare l’applicazione alla sensibilità del sensore utilizzato ed ottenere un valore vicino al valore reale.

Le immagini sotto mostrano le tre pagine della App.

Sotto viene riportato un video che mostra un esempio di misura fatta con il mini-geiger ed uno  smartphone con una sorgente di test di Sr90 0.1 μCi, pura sorgente β : si vede come il sensore a stato solido sia molto sensibile alla radiazione β !

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