#030 - Detectando a radioatividade do Potássio com diodo PIN
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Também é possível detectar a radioatividade do Potássio usando um componente eletrônico de baixo custo chamado diodo PIN.
Escrito e desenvolvido por Léo Corradini
O fotodiodo PIN de Silício BPW34 tem uma área sensível relativamente grande (7,5 mm²) o que torna ele particularmente interessante para detectar radioatividade.
Em função dessa grande área, a probabilidade de um fóton Gama estimular a junção PN aumenta bastante.
Além disso, o diodo PIN tem uma região intermediária entre as regiões "P" e "N" chamada intrínseca, daí o nome "Diodo PIN", essa região de volume maior também aumenta as chances de interação com os fótons.
Esse diodo foi projetado para funcionar na região visível e infravermelha do espectro.
Podemos observar no gráfico sensibilidade relativa/comprimento de onda, retirado do datasheet da Vishay, que o BPW34 é mais sensível na região do infravermelho.
Mas, isso não impede de usá-lo para detectar fótons de frequência mais alta.
Quanto à radiação Alfa e Beta, a embalagem de acrílico pode reduzir muito a sensibilidade, em particular a Alfa (núcleos de Hélio).
O circuito completo é composto por quatro estágios:
- Amplificador de alta impedância de entrada que polariza e pré-amplifica o fraco sinal produzido no diodo.
- Outro estágio amplificador que multiplica o nível dos pulsos por 1500.
- Comparador de tensão que melhora a rejeição à ruídos elétricos internos e externos ao circuito e também enquadra e aumenta a largura desses pulsos.
- Contador de pulsos com um display de quatro dígitos.
Como contador de pulsos, usei um pedômetro com a entrada modificada para receber os pulsos de tensão provenientes do comparador.
Assim, é possível ver um lampejo e ouvir um estalo quando o sensor detecta um fóton de radiação Gama.
Eles também são úteis para proceder a calibração do circuito que é feita ajustando-se o nível de tensão no pino 5 do amplificador operacional.
O valor dessa tensão deve ser ligeiramente inferior a do pino 6, para tanto, atua-se no trimpot de 50k.
Na prática, é só cobrir o fotodiodo com uma folha de plástico e outra de Alumínio e ajustar o trimpot até que o LED apague e o buzzer pare de emitir estalos.
Esse ajuste é crítico e define a sensibilidade do conjunto.
Depois de calibrado podemos desligar o LED e o buzzer e conectar o contador digital na saída do comparador (pino 7).
Portanto, existem duas formas de usar o detector, vendo e ouvindo a radiação detectada e/ou totalizando os pulsos na saída do circuito.
Primeiros testes feitos com um tempo de exposição de ~24horas.
Para melhorar a sua sensibilidade temos que blindá-lo da luz ambiente e do ruído elétrico.
Ensaio 1:
Com o Cloreto de Potássio (56g) -> 142,5 pulsos/hora
Sem o KCl (ensaio em branco) -> 13,3 pulsos/hora
Ensaio 2:
Com o Cloreto de Potássio (56g) -> 143,2 pulsos/hora
Sem o KCl (ensaio em branco) -> 15,8 pulsos/hora
O pulsos apresentados nos ensaios em branco podem ser devidos à radiação ambiente/raios cósmicos e/ou ruído elétrico no circuito e, embora a blindagem, o captado do ambiente.
Neste experimento, o objetivo é registrar os fracos pulsos de tensão gerados no diodo PIN em um osciloscópio digital, quando estimulado pela radiação do Potássio-40.
Montei dentro de uma lata, para reduzir a interferência, um amplificador com um ganho de ~400 ligado a um diodo PIN (BPW34) e este envolto por cerca de 30g de Cloreto de Potássio. O sinal amplificado é levado até o osciloscópio através de um cabo coaxial e um conector BNC.
Também é possível detectar a radioatividade do Potássio usando um componente eletrônico de baixo custo chamado diodo PIN.
Escrito e desenvolvido por Léo Corradini
Em função dessa grande área, a probabilidade de um fóton Gama estimular a junção PN aumenta bastante.
Além disso, o diodo PIN tem uma região intermediária entre as regiões "P" e "N" chamada intrínseca, daí o nome "Diodo PIN", essa região de volume maior também aumenta as chances de interação com os fótons.
Esse diodo foi projetado para funcionar na região visível e infravermelha do espectro.
Podemos observar no gráfico sensibilidade relativa/comprimento de onda, retirado do datasheet da Vishay, que o BPW34 é mais sensível na região do infravermelho.
Mas, isso não impede de usá-lo para detectar fótons de frequência mais alta.
Quanto à radiação Alfa e Beta, a embalagem de acrílico pode reduzir muito a sensibilidade, em particular a Alfa (núcleos de Hélio).
O circuito completo é composto por quatro estágios:
- Amplificador de alta impedância de entrada que polariza e pré-amplifica o fraco sinal produzido no diodo.
- Outro estágio amplificador que multiplica o nível dos pulsos por 1500.
- Comparador de tensão que melhora a rejeição à ruídos elétricos internos e externos ao circuito e também enquadra e aumenta a largura desses pulsos.
- Contador de pulsos com um display de quatro dígitos.
Como contador de pulsos, usei um pedômetro com a entrada modificada para receber os pulsos de tensão provenientes do comparador.
Neste protótipo, onde estão montados os estágios amplificador e comparador, foram ligados um LED e um buzzer piezoelétrico na saída do comparador.
Assim, é possível ver um lampejo e ouvir um estalo quando o sensor detecta um fóton de radiação Gama.
Eles também são úteis para proceder a calibração do circuito que é feita ajustando-se o nível de tensão no pino 5 do amplificador operacional.
O valor dessa tensão deve ser ligeiramente inferior a do pino 6, para tanto, atua-se no trimpot de 50k.
Na prática, é só cobrir o fotodiodo com uma folha de plástico e outra de Alumínio e ajustar o trimpot até que o LED apague e o buzzer pare de emitir estalos.
Esse ajuste é crítico e define a sensibilidade do conjunto.
Depois de calibrado podemos desligar o LED e o buzzer e conectar o contador digital na saída do comparador (pino 7).
Portanto, existem duas formas de usar o detector, vendo e ouvindo a radiação detectada e/ou totalizando os pulsos na saída do circuito.
Primeiros testes feitos com um tempo de exposição de ~24horas.
Para melhorar a sua sensibilidade temos que blindá-lo da luz ambiente e do ruído elétrico.
Ensaio 1:
Com o Cloreto de Potássio (56g) -> 142,5 pulsos/hora
Sem o KCl (ensaio em branco) -> 13,3 pulsos/hora
Ensaio 2:
Com o Cloreto de Potássio (56g) -> 143,2 pulsos/hora
Sem o KCl (ensaio em branco) -> 15,8 pulsos/hora
O pulsos apresentados nos ensaios em branco podem ser devidos à radiação ambiente/raios cósmicos e/ou ruído elétrico no circuito e, embora a blindagem, o captado do ambiente.
Neste experimento, o objetivo é registrar os fracos pulsos de tensão gerados no diodo PIN em um osciloscópio digital, quando estimulado pela radiação do Potássio-40.
Montei dentro de uma lata, para reduzir a interferência, um amplificador com um ganho de ~400 ligado a um diodo PIN (BPW34) e este envolto por cerca de 30g de Cloreto de Potássio. O sinal amplificado é levado até o osciloscópio através de um cabo coaxial e um conector BNC.
Em uma varredura de 60 segundos podemos observar, em meio ao forte ruído de fundo, alguns pulsos que são fortes candidatos ao sinal por nós buscado.
Ver também:
https://potassio-40.blogspot.com.br/2017/11/no-potassio-existe-um-isotopo-natural.html
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