#152 - Detectando a radiação Gama do Amerício-241 com o fotodiodo BPW34

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O objetivo desta postagem é mostrar a eletrônica necessária para que o fotodiodo PIN BPW34 detecte a radiação Gama emitida pelo Amerício-241 e outras fontes.



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. 



O gráfico, retirado do datasheet da Vishay, mostra a sensibilidade relativa/comprimento de onda. Podemos ver que o BPW34 é mais sensível na região do infravermelho. 

Mas, isso não impede de usá-lo para detectar fótons de frequência mais alta. 

O invólucro de acrílico e a blindagem de alumínio podem reduzir a sensibilidade à radiação Beta
As partículas Alfa (núcleos de Hélio) são totalmente barradas.

Apesar dele estar blindado com o alumínio, a luz ambiente pode entrar e interferir no funcionamento do detector Gama. Então, apliquei fita isolante líquida sobre o fotodiodo BPW34.





O circuito completo é composto por três estágios: 





- Primeiro estágio:  pré-amplificador de alta impedância de entrada que polariza e amplifica o fraco sinal produzido no fotodiodo. 




Ele é extremamente sensível a campos elétricos, então deve ser blindado com papel de alumínio ligado ao comum do circuito através da garra jacaré.



- Segundo estádio: amplificador que multiplica a amplitude dos pulsos por 1500.

- Terceiro estágio: comparador de tensão que melhora a rejeição à ruídos elétricos internos e externos ao circuito e também enquadra e aumenta a largura dos pulsos de saída. 



Neste placa, estão montados os estágios amplificador e comparador, liguei um LED vermelho na saída do comparador.

Assim, é possível ver um lampejo quando o fotodiodo detecta um fóton de radiação Gama.

É necessário calibrar o ponto de funcionamento do comparador que é feito 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 ajustar o trimpot até que o LED apague.

Esse ajuste é crítico e define a sensibilidade do conjunto. 

O vídeo mostra os lampejos do LED quando o Am-
241 é aproximado do fotodiodo.
https://www.youtube.com/watch?v=7Y6rbQmqpL0

Cada piscada do LED corresponde a um evento de radiação gama detectado.
Apesar da relativa baixa energia (59,54 keV), a radiação gama do Amerício 241 é facilmente detectada pelo fotodiodo BPW34.

O Amerício-241 é um emissor Alfa e Gama com meia-vida de 432,6 anos, convertendo-se em Neptúnio-237 com meia vida 2,14 milhões de anos.
Porém, a emissão Gama é de baixa energia (59,54 keV).

A quantidade de Am-241 existente na amostra usada no ensaio é muito pequena, (~0,3 µg), mas gera uma bom número de emissões (29,6 kBq).

Veja um ensaio usando filme fotográfico:

Gamagrafia
https://potassio-40.blogspot.com/2019/01/radiacao-gama-do-americio-241.html

Este detector também foi usado com sucesso para detectar a radiação Gama emitida pelo Potássio que é muito mais energética (1,5 MeV).
Porém, a probabilidade de detecção é menor porque o Potássio gera menos eventos de fótons Gama.

Potássio-40 - Filme Fotográfico
https://potassio-40.blogspot.com/2017/11/tambem-e-possivel-detectar.html

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