#094 - Válvula Geiger-Müller Artesanal

- agosto 22, 2018

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O objetivo deste projeto é demonstrar que é possível montar uma válvula Geiger-Müller com recursos relativamente simples.
Espero que esta montagem inspire as pessoas a fazer algo similar ou ainda melhor.

Escrito e desenvolvido por Léo Corradini.

Válvula Geiger-Müller artesanal - Ar/Butano.

Obtive sucesso em montar uma válvula Geiger artesanal funcional.
Neste primeiro protótipo, usei o ar com gás de ionização e o butano como gás de extinção.
O gás de extinção é importante porque ajuda a evitar uma cascata de elétrons ininterrupta, tornando a válvula insensível ao próximo evento de radiação ionizante.
Usei 6 mL de gás butano.

A base do projeto é um pote de acrílico de 30mL com tampa de polietileno.

O cátodo é de latão com 0,15mm de espessura o ânodo é de aço inox com 0,45mm de diâmetro dobrado para diminuir o efeito das pontas em alta tensão.
Vedei os fios e a tampa com cola epóxi.

Esse protótipo é, em princípio, sensível ás partículas Beta que conseguirem atravessar a parede de acrílico e a tampa de polietileno.
A radiação Gama tem pouca probabilidade de ionizar diretamente o gás de enchimento da válvula.
Mas, os fótons de radiação Gama podem deslocar elétrons do metal e esses, por sua vez, tem uma probabilidade muito maior de gerar uma cascata dentro da válvula.

As partículas Alfa terão dificuldade para atravessar a parede de acrílico e a tampa de polietileno.
Em um protótipo futuro, usarei uma janela de mica bem fina na expectativa de detectar as Alfa também.

A eletrônica foi montada usando a mesma plataforma do circuito dos outros projetos deste blog alimentada por uma fonte portátil ajustada para 5 volts.

Porém, acrescentei um multiplicador de tensão Cockcroft-Walton com oito estágios (16 diodos UF4007 e 16 capacitores de 10nF 2kV) que permitiu, usando um resistor de 8,2 ohms em série com dois trimpots de 20 ohms no emissor do transistor BUW84, uma saída de tensão variando de 1200 até 4450 volts.
O primeiro capacitor do multiplicador é ligado diretamente no coletor do BUW84.

Na saída de alta, acrescentei um filtro RC com um resistor de 10M e um capacitor de 1nF 6kV.
O resistor derivador de sinal e o resistor de polarização também são de 10 M, o capacitor acoplador dos pulsos é de 100pF 6kV.
A porta do disparador schmitt trigger foi polarizada com o mesmo valor de resistor (220k).

A tensão de funcionamento depende essencialmente da geometria e da pressão interna da válvula Geiger.
Neste protótipo, baixei a pressão para -35 cm Hg (na escala do manômetro), os pulsos começaram a aparecer com 3176 volts.

Para medir a tensão usei um voltímetro com 1,6Gohm de resistência interna ligado no primeiro estágio do multiplicador, depois é só multiplicar o valor lido por oito.
Quanto mais baixa a pressão, menor a tensão de funcionamento.

Para baixar a pressão no interior da válvula usei uma seringa de 20mL acoplada a uma torneira de três vias.
Além da seringa, a torneira é ligada a um manômetro analógico (tubo de Bourdon) com escala de 0 a -76 cm Hg e uma agulha fina acoplada a uma mangueira fina.

Para injetar o butano, baixei a pressão no interior da válvula e acoplei uma seringa de 10mL na torneira com os 6mL de butano, o gás foi sugado ao se abrir a torneira.

Para encher a seringa, basta acoplar na torneira e pressionar com muito cuidado.

Para ter acesso pneumático ao interior da válvula colei na traseira sobre um furo de 2mm um septo de silicone, também colado com cola epóxi, por onde se pode transpassar a agulha.

No ensaio do vídeo, usei uma fonte de radiação mais robusta que consistiu em alguns gramas de nitrato de uranila.

Acredito que os eventos de radiação de fundo são, em sua maioria, Múons produzidos na alta atmosfera.

Certamente, existem muitas possibilidades de melhorias do invólucro e da mistura de gases, para se ter uma válvula funcional, inclusive mais durável e repetitiva.

Este projeto foi o caminho mais curto para demonstrar que é possível montar uma válvula artesanal.

Veja o vídeo mostrando o funcionamento desta válvula: