MĂSURAREA RADIOACTIVITĂłII CU CONTOR GEIGER MÜLLER Andrei Purdea

7/31/2019 MSURAREA RADIOACTIVITII CU CONTOR GEIGER MLLER Andrei Purdea

1/8

Cercul tiinific Studenesc: 2005-2006

CERCUL PRINCIPIILOR, Vol. I, xx-yyMIhai V. Putz etFlorin Borcan

(Editori)

7

MSURAREA RADIOACTIVITII CU CONTORGEIGERMLLER

An d r e i P u r d e a

Liceul Teoretic Bartk Bla, Profil Matematic-Informatic, str. Rusu irianu, nr. 98,

sc. B, ap. 12, Timioara, cod str. 300486

REZUMAT

Aceast lucrare conine descrierea unui contor Geiger Mller care a fost construit

folosind un microcontroller cu arhitectura RISC, microcontrollerul AtMega8[1] produs defirma Atmel, i un experiment facut cu acest aparat, care are ca scop msurareaconstantei masice de atenuare al aluminiului.

Keywords: radioactivitete, contor Geiger Mller, microcontroller, AtMega8

INTRODUCERE

Motivul iniial pentru care s-a realizat acest aparat este, c laboratorul de fizic dincadrul liceului a avut nevoie de un contor de msurare a radioactivitii. Punctul de pornirea constat dintr-un aparat descris n revista Radiotechnika[2], care a putut s semnalezeradioactivitatea prin semne acustice, dar nu stia s numere particulele emise. O soluiemodern pentru rezolvarea acestei probleme a constat n folosirea unui microcontroller.

Acum s-a pus problema alegerii potrivite, a tipului de microcontroller. Familiiledisponibile au fost familia PIC, si familia AVR. Conform descrierilor tehnice familia AVRare multe avantaje fa de familia PIC, att din punct de vedere al preului ct i al calitii.Arhitectura microcontrollerilor AVR este mult mai buna (un set de instruciuni mai bun, iun raport de 1 MIPS/MHZ). Microprocesorul ales a fost un microcontroller AVR pe 8 bii,microcontrollerul AtMega8.

n afar de un microcontroller a mai fost necesar i o metod de afiare a datelor.


2/8

A N D R E I P U R D E A

8

S-ar fi putut folosi displayuri de 7(8) segmente, sau un ecran LCD. S-a utilizat un ecranLCD cu 2 linii i 16 coloane(DEM 16215), care avea posibilitatea de a afia i texte, n acestfel aparatul poate fi folosit mult mai uor.

Figura 1. Contorul Geiger Mller

PRINCIPII IMETODE

1. Structura i funcionarea tubului Geiger MllerTubul Geiger-Mller este un tub de sticl acoperit n interior de un strat

conductor(catodul), care este umplut cu Argon sau Heliu, i are n mijloc un fir conductor,care este anodul. Pe anod i catod se aplic o tensiune destul de mare, dar nu prea mare snu nceap descrcarea electric, doar dac o radiaie ionizant este perceput de tub.

Din cauza radiaiei care apare n tub apare un curent care poate fi amplificat inumrat(nr. de impulsuri).

Figura 2. Tubul Geiger Mller

2. Structura AparatuluiAcest aparat are dou pri distincte. Prima parte este partea de tensiune mare, care

este responsabil pentru generarea tensiunii pentru funcionarea tubului, i conineamplificatorul. Cealalt parte este partea digital care este protejat de un optocuplor(optocuplorul conine un led i un fototranzistor, n acest fel circuitul este separat). Parteadigital este responsabil pentru numrarea impulsurilor i pentru scrierea datelor pe ecran.


3/8

MSURAREA RADIOACTIVITII CU CONTOR GEIGER MLLER

9

Figura 3. Structura Contorului Geiger Mller (n stnga este partea de tensiune mare, iar n dreapta este

partea digital)

2.1. Structura prii de tensiune mare

Figura 4. Partea de tensiune mare

Semnalul ce apare la ieirea timer-ului 555 este transformat n sus, apoi tensiuneaobinut mai este mrit cu un multiplicator de tensiune. Tensiunea obinut este conectatnapoi prin cteva rezistene i un poteniometru la un tranzistor care oprete timer-ul dactensiunea depete un anumit nivel, pn cnd tensiunea scade sub acest nivel.Amplificatorul controleaz difuzorul i optocuplorul.

Transformatorul folosit este luat dintr-un adaptor de 9 voli, a fost ndeprtatredresorul, si bobina secundar a fost folosit ca bobin primar , i invers.

Circuitul prii de tensiune mare a fost preluat din revista Radiotechnika, i a fostmodificat pentru c avea o rezisten intern prea mare pentru controlarea ledului dinoptocuplor.


4/8


10

2.2 Structura prii digitale

Figura 5. Partea Digital

Partea digital funcioneaz cu o alt surs de tensiune, i cu un stabilizator de 5Voli (7805). Microcontrollerul ruleaz la o frecven de 1 MHZ, cu oscilatorul intern.Pentru calcularea mediilor era nevoie de o metod de msurare a timpului. S-a folosittimer1, care este un timer pe 16 bii, integrat n microcontroller. (Microcontrollerul este

doar de 8 bii i din aceast cauz accesul la numere de 16 sau mai muli bii este fcut nmai muli pai) Timer-ul este folosit n modul CTC (Clear Timer on Compare match).

Ecranul LCD este controlat cu ajutorul a 8 linii de date i 3 linii de control(Read/Write, Register Select, Enable)

3. Meniul Principal

Figura 6. Meniul Principal (Primele dou puncte)

Cteva secunde dup pornirea aparatului apare Meniul Principal. Cu ajutorulbutoanelor 1 i 2 se poate deplasa n meniu. Cu butonul 3 se poate selecta modul demsurare dorit. Butonul 4 folosete pentru returnarea n meniul principal, sau pentrureturnarea n meniul anterior. n meniul principal apar trei metode diferite de msurare, i

posibilitatea de citire a datelor din EEPROM.


5/8


11

1) Msurare Direct (Masurare Direct) - Aceasta folosete la msurarearadioactivitii direct. Lungimea unui sample este de 2 secunde. A doua linie difer de

prima linie doar pentru c este update-at mai rar, s fie mai uoar citirea datelor de peecran.

2) Msurare START / STOP (Start/Stop) - Aici se poate apsa butonul START

(primul buton) cnd se dorete nceperea msurrii, STOP(butonul 2) cnd este gata, ibutonul RESET(butonul 3) folosete la resetarea ecranului. Prima linie conine numrulparticulelor msurate, i timpul trecut. Ultima linie conine media calculat cu datele de peprima linie. (particule pe secund).

3) Msurare pe un timp dat (Mas.pe Timp Dat) - Aceasta d posibilitatea de amsura radioactivitatea pe o durat dat. Msuratul nceteaz automat dup ce a trecuttimpul specificat. Timpul specificat este divizat n 256 de intervale egale. Datele msurate nfiecare interval mai mic sunt salvate n eeprom, i pot fi citite mai trziu, chiar dupnchiderea aparatului. Selectarea acestui mod deschide un alt meniu, n care poate fi selectatunitatea de timp (minute sau ore). Dup selectarea unitii de timp apare meniul n care

poate fi selectat numrul unitilor de timp.(numrul de minute/ore). Pentru a ncepemsurarea se apas butonul 1. Ecranul poate fi nchis sau deschis cu butoanele 2/3. Aceasta

este folositor cnd se dorete msurarea pe un interval mai mare.Pe ecran este afiat timpulnecesar terminrii msurrii, i numrul de date scrise n EEPROM pn acum.4) Afiarea datelor nregistrate (Afis.Date Inreg) - Datele salvate cu ajutorul

punctului 3 pot fi vizualizate. Cu ajutorul datelor pot fi fcute i grafice de utilizator. Primulnumr pe prima linie arat numrul de pagin. Pe fiecare pagin apar cte 4 word-uri. Se

poate deplasa ntre pagini cu ajutorul butoanelor 1 i 2.5) Suma datelor nregistrate (Suma DateInreg.) - Dac nu se dorete vizualizarea

datelor separat pe pagini, atunci poate fi vizualizaz doar suma datelor.Datele pstrate n eeprom pot fi citite i de calculator folosind un cablu special care

se conecteaz la portul paralel, cablul cu care se programeaz microcontrollerul.

EXPERIMENTUL

Scopul experimentului este msurarea constantei masice de atenuare alaluminiului. Este nevoie de un recipient de plumb de form cilindric, de o surs deradioactivitate(Stroniu 90 - Sr90), i de plci de aluminiu. Recipientul de plumb estenecesar mpotriva reflexiilor. n timpul experimentului nu trebuie micat nici recipientul,nici tubul Geiger Mller, doar plcile de aluminiu pot fi schimbate. Grosimea stratului deare poate fi considerat constant. Necunoscnd grosimea plcilor de aluminiu, s-a msuratmasa lor, i diametrul lor. (plcile au avut o form cilindric)


6/8


12

Figura 7. Experimentul

Teorie:I0 este intensitatea radiaiei radioactive fr plac de aluminiu.I este intensitatea radiaiei radioactive cnd ntre tubul Geiger irecipient, este o plac cu o lime x

xeII= 0

este constanta linear de atenuare al aluminiuluiLimea plcilor a fost calculat n felul urmtor:

S

mx

=

unde x este limea, m este masa, este densitatea i S=D2/4 unde Reste diametrul.

xmeII= 0

unde p este densitatea aluminiului, iar m este constanta masic deatenuare

=

m

n final rezult:m

I

ID

m 4

ln 02

=

Dup terminarea experimentului trebuie msurat radiaia de fond, i trebuiesczut din tote datele msurate.Desfurarea experimentului:

A fost pus sursa de radioactivitate n recipientul de plumb, prentru prevenireareflexiilor. Recipientul a fost poziionat spre tubul Geiger Mller. S-a msurat I0, dup ce au

fost puse plci de diferite limi ntre tubul Geiger Mller i recipient. S-au fcut msurri laintervale de 50 de secunde. n urmtorul pas a fost ndeprtat sursa de radioactivitate, i s-amsurat radiaia de fond, pe un timp mai ndelungat de 20 de minute. n acest timp a fostmsurat masa plcilor cu o balan analitic.


7/8


13

REZULTATE

Tabelul I.

Nr. Mas: Intensitate Intensitate

Crt. (g) (part./s) -fond(1.40) S

mx = )(

2

g

cmm m

(part./s)

II0ln

(g/cm2) (media)

0 0,000 5,902 4,502 0,000 0,000

1 2,600 1,574 0,174 3,253 0,278 11,697

2 1,300 3,256 1,856 0,886 0,139 6,372

3 1,100 3,586 2,186 0,722 0,118 6,140

4 1,000 3,524 2,124 0,751 0,107 7,023

5 0,150 5,302 3,902 0,143 0,016 8,914

8,029

Diametrul plcilor de aluminiu este de 3,45 cm.

n tabele distana de njumtire al aluminiului este 221 21cm

mg

d =

21*

00

2

dmeI

I = ( )

g

cm

dm

2

21

00.332ln

==

CONCLUZII

Dup cum se vede este o diferen destul de mare ntre valoarea msurat ivaloarea gsit n carte. Cauzele pot fi:1. Este posibil ca plcile s nu fie din aluminiu sau s nu fie curate din punctul de

vedere al compoziiei chimice2. Nu este cunoscut timpul mort al tubului Geiger Mller, contorul nu este etalonat3. Din lipsa timpului, msurrile au inut 50 de secunde. Cu msurri pe timp mai

ndelungat rezultatele ar fi fost mult mai exacte.4. Contorul este construit cu un microcontroller, deci este posibil etalonarea cu

simpla schimbare a programului, fr a modifica structura lui.


8/8


14

BIBLIOGRAFIE

1. Atmel, ATmega8, ATmega8L 8-bit AVR with 8K Bytes In-System Programmable Flashdatasheet

2. JL, Radiotehnika, 11, (1982), 538-539

MĂSURAREA RADIOACTIVITĂłII CU CONTOR GEIGER MÜLLER Andrei Purdea

Documents

Transcript of MĂSURAREA RADIOACTIVITĂłII CU CONTOR GEIGER MÜLLER Andrei Purdea