#004 - Potássio-40 - Câmara de ionização

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A câmara de ionização é uma das formas tradicionais para detectar e medir a radioatividade.

 Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

Então, imaginei que poderia usá-la para detectar a radiação do Potássio-40.
A figura (Wikipédia) mostra o funcionamento básico desse dispositivo.

Desenvolvi uma câmara usando um fio de Cobre estanhado montado isolado no centro de uma lata e fechando na face frontal com uma folha de Alumínio.




Esse esquema é mais parecido com o de um contador Geiger–Müller, porém usei uma tensão de polarização dos eletrodos bem mais baixa (12V) e ar à pressão atmosférica.
Nessas condições, a câmara comporta-se como um medidor proporcional de radiação.

Para medir a fraquíssima corrente produzida pelo fluxo dos íons produzido pela também fraquíssima radiação do Potássio-40, usei um arranjo constituído por um voltímetro digital (funcionando aqui como um nanoamperímetro) ligado ao coletor de um transistor Darlington.
A configuração Darlington é composta por dois ou mais transistores comuns ligados em cascata em um circuito integrado, seu mérito é ter um altíssimo ganho de corrente.
Essa configuração foi inventada por Sidney Darlington em 1953.
O uso desse tipo de transistor junto com o nanoamperímetro permitiu medir correntes ainda menores, na casa dos femtoampères, sem a necessidade de usar um amplificador operacional.
O conjunto do medidor é composto por dois compartimentos eletricamente blindados. 
Em um deles fica a câmara de ionização, no outro, montei todo o circuito do femtoamperímetro. 
O uso de um voltímetro digital modular tornou a montagem bem compacta e mais imune a ruídos elétricos externos.



O circuito amplificador é de uma simplicidade franciscana, mas tem uma altíssima sensibilidade.

A escala do voltímetro digital é de +/- 199,9mV, ele está ligado em paralelo com um resistor de 10Mohm que o transforma em um nanoamperímetro com faixa de +/- 19,99nA -> (0,1999V/10Mohm).
O transistor Darlington tem ganho de 25000(*), então a escala do indicador corresponde a +/- 0,8pA -> (19,99nA/25000).
Assim, uma indicação de 199,9mV no display corresponde a 800fA na base do transistor.
A resolução do display corresponde a 0,4fA -> (800fA/1999), ou seja, cada contagem do display é igual a uma corrente de 0,4fA na câmara.
Antes das medidas temos que deixar os circuitos ligados por cerca de meia hora para que haja estabilização térmica.
Um pequeno valor de corrente é esperado no display, resultado de fuga no circuito integrado e também consequência da radiação de fundo.

Nas fotos, temos a radiação de fundo mais a fuga igual a 4,8mV ou 19,2fA -> (0,4fA x 48) e com o Cloreto de Potássio um valor de 5,4mV ou 21,6fA -> (0,4fA x 54) na câmara.
 

Como 1 ampère corresponde a um fluxo de 6,242 x 10^18 elétrons por segundo, então 1 femtoampère (10^-15 ampère) equivale a um fluxo de 6242 elétrons por segundo.
A radioatividade do Cloreto de Potássio, nesse experimento, causou a liberação de aprox. 15000 elétrons/segundo -> ((21,6fA-19,2fA)x6242) dentro da câmara.

Usando um voltímetro digital menor.






(*) O ganho de 25000 é o valor mínimo especificado para o Darlington utilizado neste experimento (MPSW45A), isso significa que valores de ganho maiores podem ocorrer.
Assim, os valores calculados para as diversas correntes que dependem desse parâmetro, serão diferentes dos exibidos. 

Ensaio da radioatividade de uma amostra de cloreto de potássio com a câmara de ionização:


Veja também:

                        A radioatividade do Granito


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