Radioatividade do filamento da Magnétron

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O objetivo deste ensaio é detectar radioatividade no filamento da válvula magnétron usada para gerar as micro-ondas dos fornos.

 Escrito e desenvolvido por Léo Corradini




Para aumentar a eficiência da emissão de elétrons, tório é adicionado no tungstênio (1 ou 2% de óxido de tório) para formar o chamado filamento de tungstênio toriado. 




Usei o contador Geiger com um totalizador de pulsos que permite medir valores baixos de radioatividade porque podemos fazer medidas de longa duração.




Esse contador é constituído por uma válvula Geiger-Müller modelo LND712.
A eletrônica do contador gera os 500V necessários para polarizar a válvula Geiger, ela também tem um condicionador de pulsos que são totalizados por um contador de 6 dígitos, tudo alimentado por 4,5V e com um baixo consumo de 3,5mA.

https://potassio-40.blogspot.com.br/2017/11/contador-geiger-muller.html

Fiz três ensaios de longa duração, um com o filamento e mais dois de referência, radiação de fundo e do cloreto de potássio. 

- No ensaio da radiação de fundo, nada foi colocado na frente da janela da válvula Geiger.
Esse ensaio teve duração de 1440 minutos, o totalizador indicou 31334 pulsos, resultando uma média de 21,76 CPM (contagens por minuto) que é um valor típico para a radiação de fundo.

A radiação de fundo é o resultado da radioatividade natural do ambiente, ela é composta basicamente pela radiação do radônio e carbono-14 presentes na atmosfera, também por múons produzidos na alta atmosfera e outros elementos radioativos que contaminam todos os materiais a nossa volta.




- No segundo ensaio, o filamento da magnétron foi posicionado o mais próximo possível da janela da válvula Geiger.




Esse ensaio teve duração de 1442 minutos, o totalizador indicou 40185 pulsos, resultando uma média de 27,87 CPM.

- No terceiro ensaio, foi usado 127g de cloreto de potássio, o potássio tem 0,0117 % de um isótopo natural radioativo, Potássio-40.
Esse ensaio teve duração de 1440 minutos, o totalizador indicou 56661 pulsos, resultando uma média de 39,35 CPM.




O valor um pouco maior do segundo teste demonstra que a janela da válvula Geiger foi exposta a um objeto radioativo, a radioatividade extra do filamento somou-se àquela vinda do ambiente.

Assim, temos uma evidência que o filamento da magnétron é radioativo.


Um pouco de tecnologia:

O coração do forno de micro-ondas é um tipo de válvula eletrônica chamada Magnétron.
O interior da Magnétron é uma joia do ponto de vista da construção mecânica.

Nela existe uma câmara com baixíssima pressão, praticamente um vácuo. 
Composta basicamente por um cátodo central, um filamento em forma de espiral, circundado por um ânodo com várias cavidades. 
Tudo permeado por um campo magnético gerado por dois ímãs.

O ânodo é feito todo em cobre, montado em um dissipador de calor em forma de aletas por onde se faz passar uma corrente de ar para retirar a grande quantidade de calor gerada nele.

Entre o cátodo e o ânodo é aplicada uma tensão de alguns milhares de Volts e o filamento é aquecido por uma corrente da ordem de uma dezena de ampères.

Então, o filamento começa a emitir elétrons na direção do ânodo.
Mas os elétrons não fazem esse percurso em linha reta. 
Sob efeito do campo magnético, os elétrons saem circundando o filamento até atingirem o ânodo.

Esse movimento circular, combinado com as cavidades do ânodo, precisamente desenhadas, gera ondas eletromagnéticas com 2,45 GHz. 

A radiação é enviada através de uma antena, montada no corpo da válvula, até o interior do forno.
Quando a água recebe essa emissão eletromagnética começa a se aquecer por conta das oscilações de suas moléculas.

A assimetria da molécula da água cria um dipolo elétrico que tende a se alinhar com a orientação do campo elétrico alternado.
Assim, ela oscila em resposta às mudanças de polaridade do campo de alta frequência, isso gera atrito intermolecular que é transformado em energia térmica.

Uma animação do comportamento da água no campo elétrico alternado:

https://www.youtube.com/watch?v=hJBw5woiU9k

Essa radiação é semelhante àquela produzida por nossos roteadores de redes sem fio, porém com uma potência muito mais alta e uma frequência bem definida (2,45GHz).

É comum encontrar textos afirmando que a frequência de ressonância da molécula da água é 2,45GHz, porém isso não é verdade.

A água pode vibrar de várias formas e cada forma tem sua frequência própria de ressonância que muda também em função dos isótopos que constituem a molécula. 

https://www.youtube.com/watch?v=izL-hgNqd_0

No geral, essas frequências estão acima de 1THz, portanto na faixa do infravermelho (300GHz a 400THz).

A assimetria da molécula da água cria um dipolo elétrico que tende a se alinhar com a orientação do campo elétrico alternado.
Assim, ela oscila em resposta às mudanças de polaridade do campo de alta frequência, isso gera atrito intermolecular que é transformado em energia térmica.

Se 2,45GHz fosse uma das frequências de ressonância da molécula da água, a radiação seria absorvida já na superfície do alimento. 
É exatamente isso o que acontece num forno comum, onde as radiações geradas são predominantemente na região do infravermelho.

Existem basicamente duas condições na operação do forno que podem afetar severamente a magnétron:

- Pouca água em seu interior. 

Nessa condição parte da radiação emitida retorna e sobreaquece a antena.

- Metal no interior do forno. 

Também faz a radiação retornar para a antena, que além de sobreaquecer, pode surgir forte faiscamento no interior da válvula.

A magnétron é robusta, mas essas condições estressantes reduzem a vida útil dela.

Existe um capacitor de filtro montado entre os terminais do filamento e a carcaça externa da magnétron que pode apresentar baixa isolação elétrica quando da ocorrência das faíscas.
O que pode abreviar rapidamente a vida da válvula.

Portanto, é prudente evitar tais condições no uso do forno.

Segurança do operador:

A radiação é interrompida quando o forno é desligado ou a porta é aberta.

O aterramento da carcaça do forno é importante no sentido de prevenir choques elétricos.

Se ocorrer uma baixa isolação entre qualquer um dos componentes elétricos internos do forno com a carcaça, ela poderia ficar energizada e poderia dar choques elétricos ao tocarmos nas partes metálicas do forno.

O fio terra do forno estando corretamente ligado a um sistema de terra, evita esse perigo.
Em geral, as partes elétricas dos fornos são bem montadas, e dificilmente isso acontece.

Mas se acontecer de a carcaça do forno não estar aterrada poderemos sofrer um choque elétrico bastante perigoso.

A radiação gerada pela magnétron fica estrategicamente confinada em uma verdadeira Gaiola de Faraday. 
Essa gaiola é feita de metal, que forma uma blindagem muito eficiente no sentido de bloquear o vazamento de radiação eletromagnética.

Assim, o ponto fraco da gaiola é a porta que deve permanecer bem encostada no batente. 
Qualquer folga, pode ser causadora de vazamento de radiação.

Por segurança, existem duas chaves elétricas, montadas nos trincos da porta, que interrompem a emissão de radiação se a porta não estiver bem encostada no batente.

Podemos verificar essa folga, de uma forma simples, usando uma folha de papel sulfite comum A4 com gramatura 75 g/m². 
Colocamos o papel encostado no batente e fechamos a porta, dai puxamos o papel.
Faça isso na parte de baixo e na parte de cima.

Se o papel sair facilmente, com mínimo esforço, é sinal que podem existir frestas perigosas. 
Então, é hora de enviá-lo para uma assistência técnica. 

Algumas pessoas acreditam que os fornos de micro-ondas também produzem radioatividade e tornam os alimentos radioativos, isso não é verdade.
Por seu lado, o tório do filamento fica confinado no interior da magnétron e não contamina os alimentos. 






Comentários

  1. E EU SEMPRE DESMONTEI A MAGNETRON..

    ResponderExcluir
  2. Amigo que tal se vc analisar uma vareta de solda toriada para solda tig... seria muito interessante para todos sabermos o quanto ela é radioativa.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. A liga da vareta é semelhante a do filamento.
      Sua radioatividade, por ser mais forte, pode ser facilmente detectada usando-se um dispositivo mais simples que o contador Geiger, uma câmara de ionização, veja o projeto aqui:
      https://potassio-40.blogspot.com.br/2017/11/a-camara-de-ionizacao-e-uma-das-formas.html

      Veja também um pequeno vídeo mostrando a câmara de ionização detectando a radioatividade dessa vareta de solda:
      https://www.youtube.com/watch?v=qDCXfQRX8T8

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