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Rivelatore e contatore di astroparticelle (raggi cosmici) a tubi Geiger

Introduzione:

Qualsiasi contatore Geiger è di per se un ottimo rilevatore di raggi cosmici, chi utilizza tali strumenti sa infatti che anche senza la presenza di elementi radioattivi si ha il movimento dell'ago dello strumento che rileva quindi una certà attività, chiamata radiazione ionizzante di fondo, tuttavia questa radioattività può provenire anche dal terreno o dall'aria.

Per essere sicuri che sia di provenienza cosmica (atmosferica) sono necessarie alcune precauzioni, una può essere quella di isolare lo strumento verso terra con del piombo in modo perlomeno di escludere la r. di fondo terrestre. La seconda è quella di utilizzare più tubi geiger in serie, come si è visto per il modello a tubi al neon. Solo le particelle più energetiche, quindi le astroparticelle, attraverseranno i tubi contemporaneamente generando l'impulso che sarà registrato dallo strumento, se poi si isolano ulteriormente i tubi col piombo si ottiene uno strumento estremamente affidabile.

Questo è quello che abbiamo qui realizzato, evitando però l'isolamento a piombo, inutile, perchè lo scopo principale di questo strumento è quello di essere utilizzato a bordo del pallone della spedizione VHANESSA con l'intento di rilevare muoni e mesoni carichi.

Ricordiamo infine che apparecchi di questo tipo, a ionizzazione, possono registrare solamente il numero di eventi/particella ma non l'energia rilasciata dalla particella, per quel tipo di misura servono altri strumenti.

 

Principio di funzionamento:

Il segnale dei tubi geiger viene prelevato ed inviato ad una scheda elettronica dove una porta logica attiva il contatore, il segnale viene inviato poi in uscita ad un cicalino oppure al computer via audio oppure ancora via usb.

Il contatore è provvisto di 3 microamperometri tipo VU meter per il controllo del funzionamento, due di questi strumenti ad ago sono utilizzati per monitorare il corretto andamento dei tubi geiger ed il terzo per il controllo del circuito di coincidenza.

Un timer con base dei tempi selezionabili di 4' 16' ed 1h dona allo strumento la funzione di scaler, così si può accendere e lasciarlo funzionare trovando i dati sul contatore digitale al termine della lettura senza preoccuparsi di doverlo fermare dopo un determinato tempo.

contatore di raggi cosmici AMD4

Nel caso specifico della spedizione storico-scientifica VHanessa, come segnale in uscita verrà utilizzato il cicalino (al posto che l'usb via p.c.) registrando gli impulsi con un telefono cellulare in formato wave e successivamente analizzando manualmente i files, questo per evitare diversi problemi pratici relativi ai p.c.(ingombro-peso-alimentazione).

 

Tecnica:

I tubi Geiger sono i noti SBM 20 di produzione russa, sono di facile reperibilità e sufficientemente sensibili ed affidabili.

Tramite due condensatori viene prelevato il segnale ed inviato a due porte a trigger di schimdt, poi ad un monostabile che allunga leggermente il segnale in modo da registrare anche impulsi brevissimi, il tempo calcolato è sufficientemente "corto" da evitare falsi segnali.

Una porta "and" funge da circuito di coincidenza, un'altra porta "and" serve invece per attivare il contacolpi per il funzionamento di scaler tramite l'integrato contatore cmos 4060, con questo si possono predisporre delle basi tempi a proprio piacimento.
Il segnale viene inviato quindi ad un buffer alimentato a 5V, questo per poter essere utilizzato anche dal convertitore TTL-USB di arduino. Le uscite previste sono infatti, 1 buzzer, 1 audio e 1 usb.

Il vantaggio di avere a disposizione l'usb permette di poter utilizzare numerosi software per contatori geiger presenti in commercio.

Per l'alimentazione dei tubi geiger è stato utilizzato il solito circuito per lampeggiatori flash di macchine fotografiche monouso, come già detto estremamente stabile e conveniente.


Scheda logica finita.

 

AMD4 astroparticles geiger counter

Test e funzionamento:

Qui sotto test relativi al funzionamento dei tubi Geiger:

 

Video relative alle prime verifiche di funzionamento (coincidenza esclusa), il telefono registra i bip:

 

Primi Risultati (coincidenza esclusa):

Dati locali del rilevamento:
latitudine, longitudine: 45.737914, 8.9006139
N45° 44.2748', E008° 54.0368'
Alt:390msl

Impostato sul campionamento a 4' rileva in media 180 impulsi quindi 45cpm, ovvero 2700cph, facendo un confronto con il modello amd3 a tubi fluorescenti (in media 300 cph) possiamo dire che quest'ultimo realizzato coi tubi geiger è molto più sensibile almeno di un fattore 10.


Come si nota dal grafico degli impulsi, l'ampiezza non è costante ma dipende dalla durata dell'impulso stesso, questo può dipendere anche dalla velocità e/o dall'intensità delle particelle.
Intensità e frequenza ci possono dare anche un' idea del flusso e dell'energia delle particelle primarie.


Giocando col software di elaborazione audio, si può ottenere un immagine spettrale della forma d'onda, da sola non dice molto ma sarà interessante il confronto con i dati rilevati alle diverse altitudini.

Il rivelatore è stato progressivamente modificato e migliorato, fino alla creazione del modello successivo chiamato AMD5.

Rivelatore AMD5 per scuole, associazioni e astrofili>>


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⚛ Rivelatore AMD4

Alcune fasi della costruzione

AMD4 astroparticles geiger counter


VICTOR HESS EXPEDITION
AMD4 utilizzato durante la spedizione VHANESSA


AMD4
Progettazione dell'hardware


sbm20
Verifiche di funzionamento dei tubi Geiger.


Muon Monitor in real time



News dal Mondo


18.08.2019 Nelle immagini di Fermi la Luna brilla più del Sole

Quando i raggi cosmici colpiscono l'atmosfera terrestre si producono sciami di particelle, molte delle quali arrivano al suolo, sulla Luna non c'è atmosfera, quindi i raggi cosmici colpiscono direttamente il suolo lunare e analogamente a quanto succede sui pianeti con atmosfera, si producono sciami di particelle, ma direttamente nella regolite (la sabbia lunare). Tra i vari tipi di particelle prodotte sono compresi i fotoni gamma che vengono riflessi anche nello spazio. Il satellite Fermi che è stato progettato per rivelare e misurare i raggi gamma può osservare la Luna in questa radiazione. Mario Nicola Mazziotta e Francesco Loparco, dell'INFN di Bari hanno analizzato la Luna in raggi gamma e hanno constatato come questa può essere utilizzata come rivelatore di raggi cosmici. La sequenza di immagini mostra la quantità di raggi gamma misurata in diversi mesi di esposizione. Nel corso di circa dieci anni, gli scienziati hanno notato che durante il ciclo solare di 11 anni la luminosità della luna in raggi gamma varia del 20%...

Fonte: NASA


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AstroRad software per contatori di muoni e contatori Geiger

 

Geiger Muller Tubes (GMT)

SBM20 (acciaio inox)
Operating V. Range (volts): 350-475
Initial voltage (volts): 260 - 320
Recomm. Operating Voltage (volts) : 400
Minimum Dead Time (at U=400V, micro sec): 250
Working range (mR/h) 0.014 - 144
Gamma Sensitivity Ra226 (cps/mR/hr): 29
Plateau Inclination : 0.1%/V
Length 108 mm
Diameter 10 mm

SBM19 (acciaio inox)
Initial Voltage 285 - 335V
Working Voltage 390 - 400V
Plateau Length 80V
Plateau Slope 0.125% / 1VInherent counter background (cps) 1.83 Pulses/s
Interelectrode Capacitance 10pF
Load Resistance 5 - 10 MOhms
Working Temperature Range -60 +70?
Length 199 mm
Diameter 22 mm

SI3BG (vetro)
Working range of dose POWER 300R/h
Sensitivity to Gamma Radiation  188-235 Pulses/s/R/h
Working Current   0.015-0.02 mA
Plateau Length/ Inclination                 80V/0.25%/V
Working Voltage 380-460V
Maximum registering range 300 Roentgen/hour
Length  55mm
Diameter 10mm

A.D.A Project
A.D.A Array
Rivelatore di muoni AMD5
Software AstroRad
Introduzione alle AstroParticelle

☄ Il libro Astroparticelle

Il libro AstroParticelle

26.09.2013 - Un viaggio scientifico tra i raggi cosmici raccontato attraverso la storia, le invenzioni i rivelatori e gli osservatori; senza trascurare gli effetti che essi producono coinvolgendo numerose discipline scientifiche tra cui astrofisica, geofisica e paleontologia.

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