Bangun Penghitung Geiger Raspberry Pi – Tutorial Sensor Radiasi Open-Hardware

Daftar Isi

• Manifesto
• Papan
• Tabung Geiger
• Jenis radiasi
• Tabung Geiger yang didukung
• Pengujian Sumber
Aktuator
• Dari CPM ke Sieverts
• Kode Sumber
• Skematik
• Partisipasi
• Beli
• Tautan dan Dokumentasi

CATATAN: Semua contoh kode dalam tutorial ini menggunakan perpustakaan arduPi. Anda dapat melihat dokumentasi dan mengunduh perpustakaan dari repositori.

Manifesto

Tujuan Papan Sensor Radiasi untuk Raspberry Pi adalah untuk memungkinkan individu di Jepang—dan di mana saja—untuk mengukur tingkat radiasi lingkungan secara independen, setelah insiden nuklir Fukushima pada Maret 2011. Dengan memadukan Raspberry Pi yang terjangkau dan ramah pengguna dengan papan sensor open-hardware, pengguna dapat mendapatkan pembacaan waktu nyata dari lokasi tertentu alih-alih mengandalkan nasihat eksternal sepenuhnya. Batch pertama dikirim gratis ke Tokyo Hackerspace dan kelompok lokal lainnya untuk mendukung upaya komunitas.

Desain hardware papan dan firmware-nya dirilis di bawah GPL, mencerminkan komitmen kami terhadap prinsip open-source dan transparansi ilmiah.

— Tim Libelium, April 2011

Papan

Papan dibagi menjadi dua bagian fungsional: suplai daya tegangan tinggi (400–1000 V) untuk tabung Geiger-Müller dan rangkaian kondisi sinyal yang mengubah pulsa listrik tabung menjadi format yang cocok untuk mikrokontroler.

Setelah diberi daya, tabung menghasilkan pulsa arus singkat untuk setiap peristiwa ionisasi yang terdeteksi. Mikrokontroler menghitung pulsa ini; menghitung selama 10 detik dan mengalikan dengan 6 menghasilkan hitungan per menit (CPM). Menurut datasheet tabung, CPM kemudian dibagi dengan faktor konversi (360 untuk tabung standar) untuk mendapatkan tingkat dosis dalam mikroSievert per jam (µSv/h).

Bergantung pada tabung spesifik, Anda mungkin perlu menyesuaikan faktor konversi. Coba nilai yang berbeda dan laporkan kalibrasi mana yang menghasilkan hasil paling akurat.

Elektronika papan dapat dipecah menjadi lima komponen:

1. Suplai daya tegangan tinggi

   Modul ini menggunakan pengali tegangan yang didorong osilator yang terdiri dari dioda, transistor, resistor, dan kapasitor (lihat skematik). Ini menghasilkan 500 V untuk tabung, dengan opsi dioda zener secara seri untuk meningkatkan output jika tegangan lebih tinggi diperlukan.

2. Rangkaian adaptasi output

   Transistor NPN menterjemahkan pulsa tabung Geiger menjadi sinyal logika bersih yang memicu interupsi mikrokontroler. Transistor yang sama juga mengemudi speaker piezo dan indikator LED untuk umpan balik visual dan dengar.

3. Speaker piezo dan indikator LED

   Keduanya terhubung ke rangkaian adaptasi; setiap pulsa terdeteksi menyebabkan LED berkedip dan speaker mengeluarkan klik.

4. Layar LCD

   Layar 16×2 dihubungkan melalui bus paralel 4-bit (RS, EN, RW, dan empat garis data). Ini menampilkan CPM dan tingkat dosis waktu nyata.

5. Bar LED

   Bar lima LED (tiga hijau, dua merah) memberikan indikator visual cepat dari intensitas radiasi. Setiap LED diemudi dari pin digital melalui resistor seri.

Menghubungkan Papan Radiasi ke Raspberry Pi

Papan terhubung ke Raspberry Pi melalui antarmuka shield Arduino standar. Daya disuplai dari pin 5 V Pi, dan penghitungan pulsa terjadi pada pin GPIO 2 Pi, yang dikonfigurasi sebagai input interupsi.

Tabung Geiger

Tabung Geiger-Müller mengandung gas inerte tekanan rendah (≈0.1 atm)—biasanya neon—dengan uap organik atau halogen tipis. Katoda tabung adalah dinding logamnya, sementara anoda adalah kawat tipis yang berjalan di tengah. Potensi tinggi (~500 V) diterapkan antara elektroda ini, menciptakan medan listrik yang kuat.

Ketika radiasi ionisasi memasuki tabung, ionisasi gas, menghasilkan elektron bebas dan ion positif. Elektron dipercepat menuju anoda, memulai lawin ionisasi lebih lanjut. Kaskade ini menghasilkan pulsa arus tinggi singkat yang terdeteksi oleh rangkaian output.

Jenis Radiasi

• Alpha

  Partikel alfa (intensium helium, muatan +2) padat dan tidak dapat menembus lebih dari beberapa milimeter udara atau lembaran kertas. Mereka berisiko minimal secara eksternal tetapi dapat berbahaya jika ditelan, karena mereka merusak jaringan dari dalam. Banyak penghitung Geiger hanya mendeteksi radiasi alfa melalui jendela mica tipis.

• Beta

  Partikel beta (elektron, muatan –1) lebih ringan dan menembus beberapa milimeter aluminium. Mereka dapat berbahaya jika ditelan dan terdeteksi oleh banyak tabung Geiger, bergantung pada ketebalan dinding dan kehadiran jendela.

• Gamma

  Sinar gamma adalah foton energi tinggi yang dapat menembus hampir semua materi. Mereka efektif hanya dilindungi oleh zat berat atom seperti timbal. Radiasi gamma ada di mana-mana di sumber kosmik dan terdeteksi oleh hampir semua penghitung Geiger.

Untuk detail teknis lebih lanjut, lihat Geiger Counter – Radiation Sensor Board for Raspberry Pi tutorial.

Tautan dan Dokumentasi

• arduPi Library on GitHub – Kode sumber dan dokumentasi
• Board Schematic PDF – Gambar listrik terperinci
• Project README – Instruksi pemasangan dan tips kalibrasi