Construção de um contador Geiger-Müller para fins didáticos

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Tecnológica

Autores

Namorato Pussente, G.A. (IFSUDESTEMG) ; Cugola Coelho, B. (IFSUDESTEMG) ; Barros de Almeida Barbosa, D. (IFSUDESTEMG) ; Coimbra da Silva, M. (IFSUDESTEMG)

Resumo

O contador Geiger-Muller é um dispositivo simples de detecção de radiação que pode ser empregado no ensino de Química e Física, uma vez que quando o tema radioatividade é abordado nas escolas existe uma certa dificuldade dos alunos no aprendizado devido a invisibilidade dos fenômenos ocorridos. Tendo em vista que seu custo é relativamente alto foi proposto construção de um dispositivo captador de radiação com um custo baixo que pudesse ser utilizado para fins didáticos. O circuito montado foi introduzido a uma placa programável (ARDUINO) e este foi conectado a um software para a quantização das contagens radioativas. Para realização de testes comparativos foi utilizada uma amostra de 1 Kg de areia monazítica proveniente da Praia da Areia Preta em Guarapari – ES.

Palavras chaves

radioatividade; contador Geiger-Müller; areia monazítica

Introdução

Um dos desafios enfrentados no ensino de algumas disciplinas como física e química é a dificuldade de visualização dos fenômenos abordados em sala de aula. Um desses fenômenos é a radioatividade, que pode ser definido como a desintegração espontânea do núcleo atômico de determinados elementos com emissão de partículas ou radiação eletromagnética. Um instrumento que pode detectar essa radiação (Contador Geiger) pode, portanto, ser aplicado nas aulas com o intuito de elucidar os alunos sobre os processos que acontecem facilitando o aprendizado. Um Contador Geiger é um aparelho usado para detecção e medição de todos os tipos de radiação: alfa beta e gama. Ele consiste em um tubo que contem um gás (geralmente argônio ou hélio) e um fio metálico em seu centro, além de um circuito externo com a finalidade de amplificar o sinal gerado pela interação entre as partículas radioativas e o gás (ALLARD ET ALL, 1999). Dentro do tubo existe um fio no qual é aplicado alta tensão (Anodo).A parede do tubo se comporta como o polo negativo do processo (Catodo).Com isso um campo elétrico é gerado. Quando a radiação ionizante proveniente de uma fonte radioativa incide no tubo ela ioniza os átomos do gás. Os elétrons que são retirados destes átomos são atraídos pelo fio que está polarizado positivamente.Com isso um pulso de corrente é gerado e esta é quantizada. Um esquema resumido do funcionamento do tubo Geiger-Muller pode ser visto na figura 1 (KAKUNO, 2014).

Material e métodos

O contador consiste em duas partes principais: Um tubo Geiger contendo um gás e um circuito externo para que uma alta tensão seja gerada e os pulsos sejam contados. O tubo utilizado para este projeto foi um STS-5 que contém os gases neônio , bromo e argônio utilizado para detecção de partículas beta e gama. Sua escolha foi feita pelo seu alto custo benefício para aplicações didáticas. Contadores mais sofisticados podem ser empregados para tais fins, entretanto seu alto custo é algo que limita seu uso. Algumas características do tubo podem ser vistas na tabela 1. Além do tubo foi adquirido um kit contendo diversos componentes eletrônicos além de uma placa de circuito impressa.Com isso o próximo passo foi a realização da soldagem dos componentes na placa utilizando uma solda de estanho 63/37. Nota-se que é necessário uma certa experiência do soldador tendo em vista a natureza sensível de muitos dos componentes utilizados. Ao término da soldagem, foi realizada uma limpeza da placa com álcool isopropílico com o intuito da remoção de impurezas inerentes ao processo de montagem que podem ser prejudiciais ao funcionamento do aparelho. Após a limpeza da placa o contador foi ligado. Como esperado o buzzer apitava e o LED acendia esporadicamente devido a pequena radiação presente no ar. Após a introdução de um material contendo radiação a frequência do acendimento do LED e do apito do buzzer aumentava evidenciando a presença de radiação nas amostras. Para a quantização dessa radiação foi necessário o uso de um microcontrolador. Neste caso foi utilizado o ARDUINO-Mega2560, que é um controlador de baixo custo e que atende as necessidades do projeto.Com isso foi utilizado o software Radiation Radiation Logger que faz uma interface gráfica dos dados obtidos no ARDUINO.

Resultado e discussão

Para análise da eficiência do contador construído foi feito uma comparação com as análises do nível de radiação da areia monazítica contida na Praia da Areia preta em Guarapari – ES, de acordo com a metodologia proposta por VASCONCELOS, et.al., 2013 , onde foi utilizado um detector híper-puro de germânio (HPGe) para as medições de radiação contidas em 1 Kg de areia monazítica. A comparação dos dados obtidos com a literatura pode ser vista na tabela 2. Comparando os valores obtidos pode-se notar que o contador montado neste projeto apresenta uma precisão satisfatória em comparação ao detector HPGe. As discrepâncias podem ser atribuídas ao fato de que cada contador tem uma certa sensibilidade para diferentes isótopos radioativos além de que as condições das medições (Temperatura e umidade) não foram idênticas.

Figura 1 - Geometria Básica de um Contador Geiger - Muller


Tabela 1 : Dados operacionais - Tubo STS-5. Tabela 2 : Comparativo dos dados obtidos da areia monazítica.

Conclusões

Com as análises feitas pode-se concluir que o contador montado atende aos objetivos didáticos propostos uma vez que o custo para sua implementação é mais baixo se comparado ao preço de um contador Geiger-Muller comercial. Para outros fins, no entanto, como foram feitas poucas medições faz-se necessário um estudo mais aprofundado com outras amostras e seus tratamentos estatísticos de forma a obter um relatório mais completo sobre outras aplicações possíveis para o contador montado.

Agradecimentos

Agradeço a CNPQ pela bolsa concedida, aos técnicos do núcleo de elétrica do IFSUDESTEMG, Wallyson e Weider pelo apoio na montagem do contador e a própria instituição

Referências

309-1999: ANSI N42.3-1999 - IEEE Standard Test Procedures and Bases for Geiger-Mueller Counters.
Kakuno, Edson Massayuki. "Assembly and test of detector using Geiger Muller tube SBM19." Revista Brasileira de Ensino de Física 36.1 (2014): 1-6.
Vasconcelos DC, Reis PA, Pereira C, Oliveira AH, Santos TO, Rocha Z (2013) Modelling natural radioactivity in sand beaches of Guarapari, Espírito Santo State, Brazil. World J Nucl Sci Technol