Potássio-40 - Ensaio com a válvula SI-3BG

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O objetivo deste ensaio é verificar se a válvula Geiger-Müller ucraniana modelo SI-3BG é capaz de detectar a fraca radioatividade do Potássio.

 Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

Ela não tem janela de mica, seu corpo é de vidro, portanto não é sensível à radiação Alfa.



Fiz dois testes, um mediu a radiação de fundo e outro a radioatividade de 127 gramas de Cloreto de Potássio.

Médias em "Contagens Por Minuto":

- Radiação de fundo

Resultou 414 contagens em 1336 minutos -> 0,31 CPM



- 127 gramas de Cloreto de Potássio



Resultou 827 contagens em 1440 minutos -> 0,57 CPM  

Como esperado, os valores resultaram bem baixos consequência da pequena câmara de ionização dessa válvula. 



Mas, foi possível detectar a radiação do Potássio.

O Potássio é composto por três isótopos:

Potássio-39 - 93,26 % - estável
Potássio-40 - 0,0117 % - radioativo
Potássio-41 - 6,73 % - estável

A meia vida do Potássio-40 é 1,26 bilhões de anos.
Um grama de Potássio produz 30,65 desintegrações por segundo.
Sendo 88,8 % emissão de partículas Beta resultando em Cálcio-40 e 11,2 % de emissão de radiação Gama resultando em Argônio-40.

O Potássio-40 é mais radioativo que o Urânio e o Tório.

Atividade específica:

K-40 = 262000 Bq/g
U-238 = 12348 Bq/g
Th-232 = 4057 Bq/g

No entanto, a quantidade do isótopo radioativo no Potássio é pequena e seus filhos, diferentemente do Urânio e do Tório, não são radioativos.
Assim, esse sal não é perigoso por conta da radioatividade gerada pelo potássio-40 presente.
Mas, imagino que se nós vivêssemos, por absurdo, imersos em cloreto de potássio, a radiação seria perigosa.

O Cloreto de Potássio tem 52,4 % de Potássio portanto, a amostra de 127 gramas tem 66,5 gramas de Potássio que produz 2038 desintegrações por segundo.



No ensaio, a válvula conseguiu capturar, em 24 horas, 413 emissões de radiação.  



Modificações na eletrônica para o correto funcionamento da válvula ucraniana.

Alterado o valor do resistor de emissor do transistor BUW84 para permitir o ajuste de tensão para 400 volts.
Também foi alterado um dos resistores de polarização da válvula (10M) para que a corrente de avalanche fique dentro dos parâmetros do datasheet.

O circuito completo pode ser visto aqui:

Curva característica de funcionamento da válvula SI-3BG


Podemos comparar a válvula Geiger a um interruptor que se fecha toda vez que uma partícula Beta ou um fóton de radiação Gama penetra no interior de sua câmara de ionização.






Por um artifício eletrônico (capacitor de 56pF ligado aos resistores de polarização) esse fechamento gera um pulso de tensão que é amplificado e aciona um contador digital de forma a totalizar todos os eventos de radiação que a válvula detectar.

O totalizador mostra um número que é a soma de todos os eventos de radiação sejam eles Beta ou Gama.
Cada ensaio teve duração de ~24 horas, a unidade usada é CPM (Contagens Por Minuto).
Para calcular os resultados em CPM basta dividir o valor totalizado no display pelo tempo de ensaio em minutos.

o caráter aleatório do fenômeno da emissão radioativa torna medidas de curta duração um tanto erráticas.
Em função desse comportamento, médias produzidas por totalizações de longa duração dão valores mais consistentes.
Isso é particularmente importante para a medição de níveis baixos de radiação.
Assim, podemos dizer que os resultados dos ensaios são médias de ~1440 leituras.

Comentários

  1. Qual a variação de tensão que a partícula produz na junção dos 2 resistores de 10M?

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  2. Ligando a válvula direto ao + 400v e colocando a carga de 10 M para terra e deste ponto tirando o o sinal da partícula , não daria um resultado mais eficiente em medir a cc diretamente, sem acoplamento capacitivo?

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    Respostas
    1. Melhor explicando: um terminal no +400V e o o outro ligado na carga de 10M para terra.

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    2. Apesar de ser uma configuração também bastante usada, ela costuma ser mais ruidosa porque o corpo da válvula funciona como uma antena.
      Então, a montagem tem que ser toda blindada, caixa de metal, cabos blindados e uma gaiola de Faraday sobre a válvula.
      Se não, podem ocorrer contagens erráticas.

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