Gibt es gute Schaltungsentwürfe für Geigerzählerprojekte mit einem Arduino?
Wenn ja, welche Geiger-Müller-Röhren sollte ich wählen, um verschiedene Arten von Strahlung zu erfassen?
Welche guten Designs gibt es für Geigerzähler mit einem Arduino?
Antworten:
Es gibt einige gute Open-Source-Designs für Geigerzähler, die billige GM-Röhren und Arduino-Boards verwenden. Welches für Sie am besten geeignet ist, hängt davon ab, was Sie erreichen möchten. Schauen wir uns zunächst an, was Sie möglicherweise erkennen möchten.
Was sind diese "Arten" von Strahlung?
( Quelle: Wikipedia )
Alphastrahlung : besteht im Wesentlichen aus Helium-4-Kernen (dh zwei Protonen und zwei Neutronen). Diese interagieren stark mit Materie, weil sie relativ schwer sind und eine positive Ladung tragen. Aufgrund ihrer Masse dringen sie jedoch normalerweise nur wenige Zentimeter Luft ein. Alpha-Partikel können durch ein einzelnes Blatt Papier in ihren Spuren gestoppt werden.
Sie werden es vielleicht nicht bemerken, aber der Sensor in den meisten Rauchmeldern verwendet eine sehr kleine Menge (~ 0,2 μg) Americium - 241 Am.
Beta-Strahlung : besteht aus hochenergetischen Elektronen. Da diese Partikel relativ leicht sind, können sie etwas weiter eindringen als Alpha-Partikel. Trotzdem kann die Betastrahlung durch ein dünnes Aluminiumblech gestoppt werden.
Das große Risiko für die menschliche Gesundheit durch Alpha- und Beta-Emitter besteht darin, dass sie aufgenommen oder eingeatmet werden. In diesen Fällen werden die Partikel in engen Kontakt mit empfindlichem lebendem Gewebe gebracht, wo die ionisierende Strahlung das Potenzial hat, verschiedene Arten von Krebs zu verursachen.
Gammastrahlung: ist elektromagnetische Strahlung mit einer höheren Frequenz und einer kürzeren Wellenlänge als Röntgenstrahlen.
Eine Möglichkeit, sich Gammastrahlung vorzustellen, ist wie eine Art "Super-Röntgen". Gammastrahlen können praktisch alles passieren. Um einen effektiven Schild zu bauen, benötigen Sie entweder sehr dicke Wände oder einen Schild aus etwas mit einem hohen Atomgewicht wie Blei.
Gammastrahlen werden auf natürliche Weise von Sonne und Sternen erzeugt - dies ist die Quelle dessen, was wir "kosmische Strahlung" nennen.
Also, welche Röhren sollten Sie wählen?
Sobald Sie entschieden haben, welche Arten von Strahlung Ihr Geigerzähler erkennen soll, wählen Sie im nächsten Schritt die Röhre aus. Im Allgemeinen handelt es sich bei allen um Hochspannungsröhren, die typischerweise bei ~ 400 V betrieben werden.
Derzeit sind die billigsten verfügbaren Röhren wahrscheinlich die russischen SI-3BG- Geiger-Müller-Röhren, die bei eBay für etwa 5 GB erhältlich sind. Diese sind nicht sehr empfindlich, aber ich habe festgestellt, dass sie für Beta- und Gammastrahlung in Ordnung sind. Es erkennt jedoch keine Alphastrahlung (was, wie bereits erwähnt, bei vielen Rauchmeldern von der Quelle im Sensor emittiert wird!)
Eine Sache, auf die Sie achten sollten, ist, dass diese Röhren alle unterschiedliche Größen haben und von etwa 20 mm lang bis über 200 mm reichen. Das ist wichtig. Wenn Sie eine Leiterplatte für Ihr Projekt entwerfen oder kaufen möchten, überprüfen Sie einfach, ob sie für den Sensor ausgelegt ist, den Sie verwenden möchten.
In der folgenden Tabelle sind die beliebtesten GM-Röhrchen mit ihren Hauptmerkmalen aufgeführt:
Folgen Sie den Links unten für weitere Daten zu jeder Röhre:
Die Wahl der Röhre hängt von Ihrem Budget, den Arten der Strahlung, die Sie erfassen möchten, und der Empfindlichkeit ab, die Sie mit Ihrem GM-Zähler erreichen möchten.
Schaltungsdesigns
OK, jetzt verstehen wir die Strahlungstypen und haben unsere Röhre ausgewählt, welche Geigerzähler-Designs es gibt, die den Arduino verwenden.
( Haftungsausschluss : Ich habe keine Verbindung zu einem der in dieser Antwort genannten Unternehmen.)
Nun, es stellt sich heraus, dass es ein paar gute Designs gibt (Google ist Ihr Freund hier), aber eines, das sich von der Masse abhebt (IMHO), ist das Geigerzähler-Strahlungssensor-Board für Arduino und Raspberry Pi von Cooking Hacks.
Dies ist ein offenes Hardware-Design, und der Code kann über eine GPL-Lizenz heruntergeladen werden.
Es ist ein relativ einfaches Design und verfügt über ein Kit, das praktisch von der Stange ist. Software kann für den Arduino und / oder den Raspberry Pi heruntergeladen werden. Wenn Sie sich für den Kauf des Kits entscheiden, versichern sie uns, dass der Schild / Hut mit dem Arduino Uno und allen Modellen des R-Pi getestet wurde.
Alternativ können Sie einfach den Schaltplan über den obigen Link herunterladen und Ihre eigene Leiterplatte entwerfen (ich glaube nicht, dass sie die Gerber- oder Eagle-Dateien zum Herunterladen anbieten).
Es ist erwähnenswert, dass die Tutorial-Seite auch all die nützliche Hintergrundtheorie enthält, die Sie benötigen, um zu verstehen, wie Geigerzähler funktionieren und wie Sie das Beste daraus machen können.
Letzte Gedanken . Wenn Sie daran gedacht haben, einen Geigerzähler ohne Verwendung eines Arduino zu bauen (Ja, ja, ich weiß. Aber es gibt vielleicht einige seltsame Leute da draußen, die diesen Weg gehen wollen!), Gibt es immer noch einige schöne Designs, die Sie spielen können mit.
Der Geigerzähler von MightyOhm ist ebenfalls Open Source und verwendet die Geiger-Müller-Röhre SBM-20. Auch hier ist es als Kit verfügbar, aber wenn man die DIY Route bevorzugen, die Design - Dateien sind zum Download zur Verfügung.
Wenn man es sich ansieht, wäre es wahrscheinlich auch relativ einfach, dieses Design an die Schnittstelle mit einem Arduino anzupassen ...
Wenn Sie ein sehr knappes Budget haben, gibt es bei Hackaday einen 15-Dollar-Geigerzähler . Hierbei wird die russische SI-3BG GM-Röhre (siehe oben) und ein modifiziertes Netzteil einer Einwegkamera verwendet.
Ich habe eines davon mit einem Freund gebaut, der gerade mit dem Studium der Elektronik angefangen hat und dieses Projekt ausprobieren wollte. Ich kann bestätigen, dass es funktioniert, aber der Preis von 15 US-Dollar ist sehr optimistisch.
(Nachdem ich diese gebaut hatte, entschied meine Freundin, dass ihr nächstes Projekt darin bestehen würde, eine bessere mit größerer Empfindlichkeit zu entwerfen, die Alpha-, Beta- und Gammastrahlung erkennen kann und die ein Arduino Uno enthält. Im Nachhinein hätte ich es wahrscheinlich tun sollen erwähnte das Design von Cooking Hacks ..!).
Gute Antwort! Viele gute Details dort. :)
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Nick Gammon