Detector de Radiação (ART2687)

O extravio ou roubo de materiais radioativos tem se tornado perigosamente frequente e um agente secreto, detetive ou mesmo um curioso do assunto deve ter recursos para fazer a sua detecção. Na prática, os materiais radioativos são detectados por meio de aparelhos denominados Medidores ou Detectores Geiger. Vamos descrever a montagem de um desses aparelhos, apenas alertando que a obtenção da válvula Geiger usada no projeto não é simples.

Eventualmente, poderá ser adquirida pelo correio de outros países com base em catálogos ou mesmo trazida por alguém que viaje. De qualquer forma, o leitor não deve iniciar a montagem sem este componente.

Uma alternativa econômica, no entanto de muito menor sensibilidade, consiste em substituir a válvula por uma lâmpada neon, no entanto não se trata de solução que leve a um aparelho de bom desempenho.

O circuito é totalmente alimentado por pilhas, o que o torna portátil, permitindo assim que ele seja usado em pesquisa de campo.

A localização de objetos com teor de radioatividade perigoso poderá ser facilmente indicada por este aparelho.

COMO FUNCIONA

Este circuito utiliza como componente básico uma válvula detectora do tipo Geiger- Múller que tem a aparência mostrada na figura 1.

Figura 1 – A válvula Geiger- Müller

Esta válvula tem um eletrodo central em forma de fio e externamente um segundo eletrodo que é o seu próprio invólucro.

No interior temos um gás inerte sob baixa pressão e na parte frontal uma janela de mica, através da qual as partículas emitidas pelos objetos radioativos podem passar.

Entre os dois eletrodos da válvula e' aplicada uma alta tensão contínua, entre 300 e 600 V, que é obtida de pilhas à partir de um circuito inversor.

O gás impede que a corrente circule entre os eletrodos, até o momento em que uma partícula radioativa penetra no interior da válvula.

Esta partícula ioniza o gás em sua trajetória, formando assim um rastro que é condutor de eletricidade. Produz-se então um pulso de corrente que pode ser amplificado por um transistor e ao ser aplicado num fone de ouvido produz um “clique”.

Assim, para cada partícula que entrar no tubo teremos a produção de um estalido no fone de ouvido.

Pela frequência desses estalidos, ou seja, sua quantidade, podemos saber se um material é radioativo e em que intensidade é a sua radiação.

Uma frequência de estalidos elevada indica um objeto perigoso, que de forma alguma deve ser manuseado sem cuidados especiais.

Diante de um objeto que apresente essas características, afaste-se e imediatamente chame as autoridades, que podem tomar as devidas providências no sentido de fazer uma remoção segura.

O diagrama completo do Detector Geiger é mostrado na figura 2.

Figura 2 – Diagrama do aparelho

Para obter a alta tensão contínua que alimenta a válvula, temos um oscilador com base num circuito integrado 555 e um transistor amplificador de potência.

Assim, os sinais gerados pelo oscilador são aplicados ao enrolamento de baixa tensão de um pequeno transformador, obtendo-se entre 150 e 300 V em seu secundário.

Esta alta tensão alternada passa por um dobrador de tensão com dois diodos (D1 e D2) e dois capacitores (C2 e C3), obtendo-se uma tensão contínua entre 300 e 600 V, que é o que a válvula precisa para funcionar.

Observe que a alta tensão obtida é em regime de baixíssima corrente, assim não será possível medi-la com o multímetro. A ligação de um multímetro comum neste ponto do circuito carrega-o, dando uma indicação de uma tensão muito menor do que a que realmente existe. No entanto, o leitor não deve tocar com os dedos nos terminais do transformador neste ponto, pois estará arriscado a levar um choque bastante desagradável.

A tensão retificada é aplicada a válvula. Desta forma, os pulsos obtidos são levados a um transistor amplificador Darlington e dele a um fone de ouvido.

O consumo do aparelho é algo elevado, devido às exigências do circuito inversor, de modo que a alimentação deve ser feita com pilhas médias ou grandes. Pilhas recarregáveis ou alcalinas são as melhores opções para termos uma boa autonomia.

O único ajuste e na frequência do oscilador do inversor, de modo a se obter o melhor rendimento com mínimo de gasto de energia, e assim uma condição de maior autonomia para as pilhas.

MONTAGEM

A disposição dos componentes na placa de circuito impresso é dada na figura 3.

Figura 3 – Placa para a montagem

O ponto mais importante da montagem é o manuseio e instalação da Válvula Geiger em um tubo acolchoado de PVC ou outro material. Esta válvula é extremamente delicada e não suporta qualquer tipo de batida mais forte. Da mesma forma, a janela de mica e delicada e um objeto pontiagudo pode danificar esta parte de modo irreversível.

A válvula é ligada por meio de cabo blindado ao circuito, de modo que possa ser manuseada à distância, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Ligação da válvula

Qualquer tipo de válvula com tensão de operação entre 300 e 600 Volts pode ser usada neste circuito, de modo que se trata de projeto bastante flexível em relação a este componente, que justamente é o mais difícil.

O circuito integrado deve ser instalado num soquete apropriado e o transistor Q1 precisa de um radiador de calor que consiste numa aleta de metal dobrada em U. Um pequeno aquecimento deste componente durante o funcionamento é absolutamente normal.

Equivalentes do BD135 como o BD137 e BD139 podem ser usados sem problemas.

Os diodos devem ser os indicados, que suportam a elevada tensão de pico existente neste ponto do circuito. Os capacitores C2 e CS devem ser cerâmicos com uma tensão de trabalho de pelo menos 600 V ,ou então de poliéster com a mesma tensão de trabalho ou maior.

Os demais capacitores não são críticos e C5 deve ter uma tensão de trabalho mínima de 12 V.

Os resistores são de 1/8 W com 5% ou mais de tolerância.

O transistor Q2 é um Darlington de pequena potência, mas na dificuldade de obtê-lo podem ser usados dois BC548 na ligação equivalente, ou mesmo um Darlington de média potência.

O fone de ouvido deve ter 8 ohms ou mais de impedância. Um pequeno alto-falante de 5 cm pode ser improvisado como fone, ou mesmo montado na caixa.

Para as pilhas deve ser usado suporte apropriado e observada a polaridade de sua ligação.

O transformador tem um enrolamento de 220 V e outro de 6 V, com corrente entre 100 e 300 mA. Na verdade, o secundário de baixa tensão pode ter valores entre 5 e 12 V, sem problemas para o desempenho.

P1 pode ser um trimpot para ajuste de funcionamento na própria placa, mas na sua falta pode ser usado um potenciômetro comum.

AJUSTE E USO

Para ajustar o aparelho podemos no basear na própria radiação natural. A cada instante, vindas do espaço, penetram na atmosfera partículas ionizantes denominadas raios cósmicos e a cada 30 segundos, em média, uma delas, atinge a válvula detectora.

Quando isso ocorre temos um estalido no fone.

Ajustando P1 devemos então obter uma alta tensão em D1, a qual pode ser detectada com uma lâmpada neon em série com um resistor de 1M.

De tempos em tempos deve ser ouvido um estalido no fone, que corresponde justamente à essa radiação natural.

Para usar o aparelho, basta aproximar a válvula detectora do objeto suspeito.

Se houver emissão de estalidos isso significa que o objeto é radioativo.

Antigos relógios com mostradores de rádio (elemento radioativo) podem servir de base para a comprovação de funcionamento.