Contatore a scintillazione

Su un principio totalmente diverso si basa il funzionamento del contatore a scintillazione, inventato solo nel 1947 ma che richiama molto da vicino il primo rivelatore di particelle Alpha, lo spintariscopio di Crookes. Anche in questo caso, infatti, si trasforma l'energia della particella incidente in radiazione luminosa, solo che essa non viene osservata otticamente ma utilizzata per produrre un segnale elettrico ottenendo una sensibilità notevolmente superiore: ciò perché molto spesso le scintillazioni sono troppo deboli per essere percepite ad occhio.
Un contatore a scintillazione è costituito da due elementi, lo scintillatore, nel quale avviene la conversione del quanto Gamma in radiazione luminosa, ed il fotomoltiplicatore.
Il fotomoltiplicatore è costituito da un insieme di elettrodi di forma parabolica disposti sfalsati uno a uno di fronte all'altro e caricati con una tensione positiva progressivamente crescente. Sul primo (fotocatodo) giungono gli impulsi luminosi prodotti nel scintillatore, i quali ne estraggono, per effetto fotoelettrico, degli elettroni. Questi rimbalzano da un elettrodo al successivo per effetto del potenziale crescente e ad ogni urto provocano l'estrazione di altri elettroni in modo che sull'ultimo si raccolga una carica elettronica un milione di volte circa superiore a quella prodotto sul primo elettrodo.
In oltre c'è anche da notare che l'intensità dell'impulso di corrente in uscita è indicativa dell'energia della particella incidente (naturalmente se questa si arresta entro lo scintillatore): infatti la moltiplicazione degli elettroni è rigorosamente proporzionale al numero di fotoelettroni originari e questi a loro volta dipendono dalla luce di scintillazione collegata all'energia assorbita.

Il contatore Geiger Muller e la sua storia

Il contatore Geiger Muller rappresenta uno degli strumenti di rivelazione delle particelle di uso più comune, sia perché si presta altrettanto bene per le radiazioni Alpha, Beta, Gamma, sia perché esso è sensibile anche a bassi valori di ionizzazione. Infatti il tubo di Geiger-Muller è caratterizzato da un fattore di moltiplicazione molto elevato rispetto all'effetto ionizzante primario, pur non esistendo più proporzionalità con l'ampiezza degli impulsi per cui non è possibile distinguere la natura delle particelle incidenti dalla loro energia.
Si può cioè dire che in questo caso l'amplificazione avviene direttamente entro il tubo, a differenza dalla camera di ionizzazione che richiede invece circuiti esterni.

Il primo tipo di contatore geiger, chiamato a punta, era costituito da un cilindro metallico chiuso ad una estremità da una finestra di mica dalla quale entrava la radiazione. Dalla parte opposta vi era l'elettrodo centrale terminante a punta, isolato dal cilindro e collegato a terra attraverso una resistenza molto elevata;
il cilindro si trovava invece ad un potenziale negativo di circa 1 KV. questa tensione è di un valore per cui, quando una particella entrando produce una ionizzazione del gas interno, si ha una scarica rapida che poi viene ad estinguersi a causa della resistenza elevata posta fra la punta e la terra:
infatti non appena inizia la scarica l'elettrodo centrale è percorso da una corrente che provoca una notevole caduta sulla resistenza e riduce notevolmente la tensione entro il tubo.
 Questo tipo di contatore fu però superato, nel 1928, dal tipo a filo che si è rilevato più sensibile del precedente: in esso l'elettrodo centrale è costituito da un filo dello spessore di pochi decimi di millimetro collegato ancora a terra attraverso una resistenza elevata, mentre l'involucro cilindrico si trova ad un elevato potenziale negativo.

Come si è detto, questi contatori funzionano in regime di quasi scarica, ossia si trovano ad un potenziale V' di poco inferiore a quello che darebbe luogo ad una scarica interna.
 Quando una particella entra, produce una ionizzazione separando atomi carichi positivamente dai loro elettroni; questi sono accelerati dal campo e si dirigono verso l'elettrodo centrale con una velocità sufficiente a provocare altre ionizzazioni.

Il contatore geiger è stato impiegato ampiamente in ogni settore della fisica, spesso con particolari disposizioni che consentivano di ottenere indicazioni molto precise.

Completato VT3000

Finalmente dopo un po' di lavoro ho completato il contatore geiger con una bella custodia in legno!

 Frontale del contatore geiger

 Lato sonda del contatore

Contatore aperto!

In fase di conteggio con il programma avanzato

Aggiornamento: VT3000

Stamani ho aggiornato il mio contatore geiger VT3000 programmandolo con un programma avanzato suggeritomi da amici del forum http://radioactivity.forumcommunity.net/ .

l'aggiornamento è solo software e l'hardware rimane lo stesso, viene quindi aggiunto:

1. la funzione dosimetro;
2. la funzione orologio;
3. la funzione delle medie temporali ogni 2sec., 20sec., 2min.
4. in oltre io ho effettuato una modifica al codice inserendo il nome del contatore e cambiando i livelli di uSv per far accendere i led con meno radiazioni, i led rossi si accendono comunque con elevate radiazioni!

In questo modo sulla prima riga compaiono le medie in uSv/h a 2 secondi, 20 secondi e 2 minuti,

sulla riga inferiore invece appare la dose assorbita (dosimetro) dall'accensione del dispositivo, più a destra un orologio che mostra il tempo trascorso dall'accensione.

Il programma avanzato si trova qui:  http://www.timewasters-place.com/timewasters-geiger-counter-a-system-software-for-microcontrollers-to-measure-radiation/

Il programma base si trova qui:  http://www.cooking-hacks.com/skin/frontend/default/cooking/images/catalog/documentation/geiger_counter_arduino_radiation_sensor_board/geiger_counter.pde

Per poterli caricare all'interno di Arduino, ricordo, serve un programma apposito scaricabile gratuitamente dal sito ufficiale di Arduino http://www.arduino.cc/

Il video test del mio contatore

Ecco a voi il video test del mio contatore geiger con programma base fornito da cooking hacks con scheda base Arduino UNO rev.3 e scheda shield della libelium!!!

Ebbene si è arrivato

Si... stamani mattina è arrivato il kit per contatore geiger basato su Arduino... FINALMENTE

Il kit è davvero molto piccolo ed economico ed insieme al kit sono venuto in possesso di piccole palline di vetro all'uranio allo 0.2%!
la scheda completa del contatore ovvero quella a destra era già montata dal sito da dove l'ho comprata, invece la scheda Arduino la trovi solo ed esclusivamente già montata e mi dispiace contraddirvi non costa uno sproposito non supera i 50€! Il tubo geiger è un J305 BY.

Una cosa c'è da dirla sono rimasto davvero molto male per la dimensione della scheda Arduino, è davvero molto piccola! sta in un palmo di mano...

Ebbene si, sono radioattive !!!!
Ho montato il tutto ed ho istallato Arduino sul pc e successivamente l'ho programmato con il codice di programmazione, fornito dal sito dove ho acquistato il geiger, dopo aver fatto delle piccole verifiche di conteggio delle radiazioni di fondo sono passato a misurare la radioattività delle palline che ho comprato...

Ecco un ingrandimento della scheda di conteggio con sotto Arduino, LCD mostra i conteggi per minuti (CPM) e sotto i MicroSivert (uSV)

questo geiger è fornito di 5 led 3 verdi e 2 rossi per una indicazione visiva a varii livelli di radioattività, un buzzer per una rivelazione uditiva e il nostro LCD che mostra i valori misurati!


Questo geiger è molto sensibile e vi possono essere collegate varii tipi di tubi come la LND712 o la SBM20 oltre a quella da me in uso!

Funzionamento del contatore Geiger

Il contatore Geiger è una camera a deriva utilizzata nel limite in cui la tensione satura (ovvero in modo che la tensione prodotta dal passaggio della particella ionizzante non dipenda dall'energia rilasciata da questa - e quindi dal numero delle coppie ione-ione prodotte -).
Infatti, quando una radiazione attraversa il tubo e colpisce una delle molecole del gas, la ionizza, creando una coppia ione-elettrone. Ma in questi dispositivi la carica raccolta è indipendente dalla ionizzazione primaria: come nelle altre camere a deriva, gli ioni primari vengono accelerati a sufficienza da creare ionizzazioni secondarie, urtando con le altre molecole di gas; ma la peculiarita' del contatore geiger è che il campo elettrico è talmente intenso che anche le ionizzazioni secondarie creano a loro volta ulteriori ionizzazioni. Questo processo è detto moltiplicazione a valanga.
L'impulso elettrico risultante sarà testimone dell'avvenuto contatto con una radiazione ionizzante, e sarà contato da un circuito elettronico (i famosi “click” che si sentono). A seconda del numero di conteggi fatti in un'unità di tempo, riusciamo a capire se siamo in presenza di una sorgente radioattiva, e la sua pericolosità.
Si ricorda che il contatore Geiger non effettua una misura operativa della grandezza esposizione/kerma in aria, ma si limita a mettere in relazione il numero di conteggi con la grandezza dosimetrica. Per questo la sensibilità dello strumento varia significativamente al variare dell'energia della radiazione incidente. L'effetto negativo del tempo morto può esser corretto compensando la risposta via software. È possibile fare ciò solo se è nota la larghezza d'impulso del segnale. Viste le sue ridotte dimensioni, può essere usato anche per dosimetria personale.
La dinamica di questi rivelatori è abbastanza ridotta, a causa del tempo morto durante il quale avviene un conteggio (ordine dei millisecondi).

Parliamo del Torio

Il torio è l'elemento chimico di numero atomico 90. Il suo simbolo è Th.

Caratteristiche:
Il torio è un metallo reperibile in natura, debolmente radioattivo. In natura si trova solo come Torio 232, il suo isotopo più stabile, che decade con α. Se puro e in forma metallica, è di colore bianco argenteo che si mantiene lucido per molti mesi; però se viene contaminato con il suo ossido si annerisce lentamente all'aria diventando prima grigio e poi nero. L'ossido di torio (ThO2), detto anche toria, ha uno dei più alti punti di fusione di tutti gli ossidi (3300 °C). Quando vengono scaldati all'aria, i trucioli metallici di torio prendono fuoco e bruciano con una brillante luce bianca.

Disponibilità:
Il torio si trova in piccole quantità nella maggior parte delle rocce e dei suoli, dove è circa dieci volte più abbondante dell'uranio, ed è circa comune quanto il piombo. Il terreno contiene di solito una media di sei ppm di torio; tale elemento si rinviene anche in molti minerali di cui il più comune è la monazite, formata da fosfato di torio e terre rare, che contiene fino al 12% di ossido di torio e di cui esistono depositi consistenti in vari paesi. L'isotopo torio-232 decade molto lentamente (la sua emivita è circa tre volte l'età attuale della terra), ma la maggior parte degli altri isotopi di torio fanno parte della catena di decadimento del torio e dell'uranio, e sono molto più radioattivi: tuttavia la loro frazione rispetto all'isotopo "stabile" è trascurabile.

Utilizzato come combustibile nucleare:
Il torio, come l'uranio, può essere usato come combustibile in un reattore nucleare: anche se di per sé non è fissile, il torio-232 (232Th) assorbe neutroni termici trasmutandosi in uranio-233 (233U), che invece lo è. Perciò il torio viene considerato fertile, come l'uranio-238 (238U).

Isotopi:
In natura il torio si presenta con un unico isotopo, 232Th, che è il più stabile dei 25 isotopi conosciuti, la cui massa atomica è compresa tra 212 e 236.
232Th ha un'emivita di oltre 14 miliardi di anni, seguono in ordine di stabilità decrescente 230Th (75380 anni), 229Th (7340 anni) e 228Th (1,92 anni). Tutti gli altri rimanenti isotopi hanno emivite comprese tra i 30 mesi e 25 ore. Del torio è noto anche un metastato.

Precauzioni:
Il torio metallico polverizzato si incendia molto facilmente e deve essere maneggiato con cautela. La disintegrazione di isotopi instabili del torio produce un isotopo del radon (220Rn): il gas Radon è radioattivo e pericoloso per la salute. Perciò è fondamentale che i locali in cui è immagazzinato del torio siano ben ventilati.
L'esposizione al torio in aria può portare ad un aumento del rischio di cancro ai polmoni, al pancreas, ai reni e al sangue. L'ingestione di torio provoca danni al fegato. Il torio non ha ruoli biologici noti.