Electrónica para fotomultiplicadores y Geiger´s


Agradecimientos: A Boticario Tux y Ángel de DTforuM, que fueron las mentes del proyecto y diseñadores de la fuente Ángel y de la placa contadora boti, yo solo me dediqué a  hacer lo que me decían. Muchísimas gracias por la horas de trabajo que dedicaron a esto, el hilo en DTforuM de muchas páginas con los detalles pueden verlos aquí:

http://www.dtforum.net/index.php?topic=54590.msg1010718994#new

 

Introducción

Desde hace un tiempo a esta parte he estado trabajando en un proyecto con un fotomultiplicador (PMT) que me han obsequiado y que no me ha dejado dormir por lo interesante que me resulta experimentar con este tipo de material.

Para los que por primera vez escuchan la palabra les voy a contar como es físicamente y para que sirve.

Los PMT son como una válvula al vacío, algo como el tubo de una TV, pero tiene una estructura interna diferente dentro, lleva una serie de placas metálicas llamadas dinodos.

Los PMT sirven para detectar fotones, es decir pequeñísimos destellos de luz, esta particularidad los hace muy interesantes porque bien sabemos que las partículas subatómicas cuando chocan con determinados compuestos o atraviesan algunos medios son capaces de liberar fotones, si recordamos la experiencia de Rutherford tenemos un ejemplo de ello, él bombardeaba con radiación alfa pan de oro y veía los destellos que esta provocaba en una pantalla de SZn., muchas radiaciones son capaces de producir este fenómeno y este tubo es capaz de detectarlo, para visualizar mejor como lo hace les recomiendo ver el siguiente video en youtube que lo muestra en una animación.

http://www.youtube.com/watch?v=YIHMtdtzQTc

Este tipo de tubos no es económico, pero tampoco es algo inalcanzable, en el siguiente vínculo puede verse en ebay oferta de los mismos.

http://search.ebay.com/search/search.dll?from=R40&_trksid=m37&satitle=Photomultiplier&category0=

Bien, como podemos hacer para utilizar estos tubos, primero debemos fabricar un recinto completamente aislado de la luz para que en su interior puedan verse esos destellos que les comenté, también debemos conseguir el material centelleante, es decir ese compuesto que al ser impactado o atravesado por la partícula emita luz, el agua puede ser ese material, pero necesita partículas de muchísima energía para emitir fotones, esa radiación lleva el nombre de Cherenkov, en la wiki pueden ver mas info sobre esto. Otro material que puede resultar interesante es el poliestireno con el agregado de algún producto que lo haga sensible a las partículas y por supuesto el SZn del que ya hablé antes. Como se recordaran las partículas alfa no pueden ser detectadas por un contador geiger común ya que son muy poco penetrantes, un papel puede detenerlas, en cambio si pueden ser detectadas por el PMT en forma indirecta, ya que veremos los destellos que ellas causan en la superficie del SZn.

Mis objetivos en este proyecto son cuantificar partículas alfa, si consigo el poliestireno centellente cuantificar otras radiaciones y como algo casi inalcanzable, detectar radiaciones de Cherenkov, amen de hacer algunas pruebas con tejidos animales frescos (por favor esos pseudoecologistas que pretenden conservar las ratas del planeta diciéndome que soy el Méngüele de esta época, por favor abstenerse de comentarios que no merecen respuesta)

Empezaré mostrando el PMT que me han regalado y el proyecto que con grandes ayudas he llevado a cavo.

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El recinto oscuro

Se trata de una caja hecha con fibrafacil, en la parte superior esta alojado el fotomultiplicador con parte de la electrónica que lleva en su zócalo. Esta caja tiene en su interior un mecanismo tipo platina que sube y baja, una especie de mesita donde va un recipiente que contiene el material centelleante, es preciso que el centelleante haga contacto físico con el PMT, por eso este mecanismo tipo platina de microscopio. Como siempre con material de reciclado se consiguió el objetivo, la bandeja de una vieja compactera reformada para poder ser accionada con un eje desde afuera fue la elegida para este menester. Por debajo de la mesita que soporta el recipiente del centelleante va una especie de cajón donde va alojada la muestra radiactiva. El interior de la caja esta pintado de negro mate pero el recipiente con el centelleante debe ir forrado con aluminio para que no escape ningún fotón. Otra característica que tiene la caja es una puerta swicheada, debido a la altísima sensibilidad que tiene el PMT, el solo hecho de ser expuesto a la luz puede estropearlo, por lo que es muy necesario que este swich corte la energía antes que por accidente dejemos el instrumento fuera de servicio.

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La electrónica

Esto fue motivo de varias pruebas, empecé con algo sencillo, la electrónica del PFDC se trata de una fuente de alta tensión tipo flyback que alcanza tensiones de alrededor de 1300-1500v con muy baja corriente, y un detector muy simple que solo detecta y da una lectura en un instrumento de la media de cuentas por minuto, esta sencilla electrónica me permitió comprobar que el pmt funcionaba a la perfección y encontrar los valores a los que empezaba a detectar. El detalle de la electrónica pueden verlo en la página del profe, ( www.cientificosaficionados.com )solo voy a agregar un par de videos en youtube donde pueden ver mediciones sobre ella y otro video en el que se aprecia el conjunto funcionando.

http://www.youtube.com/watch?v=mAdMtZWR310&feature=user

http://www.youtube.com/watch?v=IL9ucP2i0IA

Bueno cuando llegué a ese punto, un par de amigos del DTforuM me entusiasmaron para fabricarle una electrónica que pudiera realmente contar los fotones, el hecho es que hace un par de meses que estoy muy entretenido con esto.

La electrónica consta de una fuente de alta tensión diseñada por Ángel o Black Tiger realizada con materiales reciclados una fuente de PC, esta fuente llega con facilidad a los 2300v puesto que este PMT trabaja con tensiones bastante altas, en la siguiente hoja de datasheet se ven las características del mismo:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Fotomultiplicador/PMT331.pdf

El circuito de la fuente es este,

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El transformador es con núcleo de ferrite recuperado de la misma fuente de PC y tiene 10+10 espiras en primario y 800 en el secundario.

Entrega entre 160v y 2300v

Ángel ha escrito un buen documento que amplía lo que he puesto aca y les recomiendo vean

http://www.electrowork.com.ar/ElectroTiger/Fuente%20alto%20voltage.htm

La parte de la placa contadora la diseñó Héctor (Boticario Tux de DTforuM) aunque piensen que es un ingeniero electrónico, no, es un farmacéutico, que ejemplar, cada día lo admiro más, una máquina el boticario.

En principio para poder armar esta placa es necesaria una herramienta, una grabadora de pic`s que se conecta a la salida serie de la PC y permite introducir el programa en el micro, todos los datos para la construcción de esta grabadora estan en

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/browse.aspx/P%c3%bablico/Grabadora%20de%20pics

También allí mismo esta el programa necesario, icprog con un driver para poder usarlo con XP.

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Para hacer los PCB (circuitos impresos) les recomiendo ver en el foro del PFDC el siguiente hilo, donde explico detalladamente la manera de hacerlo utilizando una fotocopia y la plancha, si la de las camisas, al máximo.

http://www.cientificosaficionados.com/foros/viewtopic.php?t=7057

Una vez armada esta se puede comenzar a trabajar en la placa contadora propiamente dicha, la siguiente es una vista del PCB ya terminado

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Si bien se ve compleja con la técnica de transferencia es bastante sencillo hacerla, la lista de materiales es la siguiente:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/BOM.pdf

El PCB y la seda (disposición de los componentes en la placa)

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/PCB.pdf

El esquemático o circuito

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/esquematico.pdf

En el esquema falta el pequeño amplificador de audio, en el siguiente link lo podes encontrar como tambien el pcb, la entrada se conecta a la pata 6 de U7 en la placa contadora atravez de un capacitor de 4n7

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/browse.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/Amplificador%20de%20audio?uc=2

El display que utiliza:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/display.JPG

Y el programa que hay que cargarle a la pic

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/cesar1f.HEX

Bueno acá agrego algunas fotos de cómo queda la placa

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Aspecto de los mensajes en el display y menús de ajuste

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Un video del funcionamiento del conjunto.

  

Actualmente estoy puliendo algunos detalles, (arcos que se producen e interfieren en la lectura) pero le falta muy poco y comenzaré las pruebas con el contador.
Los tendré informados de los adelantos.

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5 comentarios en “Electrónica para fotomultiplicadores y Geiger´s

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  2. Hola que programa usaste para programar el pic?
    Me gustaría ver el código podrías subirlo en un archivo?

  3. extremamente interessante su contador…

  4. Pingback: Reciclado de grabadoras o lectoras de CD y DVD | Espacio de César

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