Construya un Contador Geiger con Raspberry Pi – Tutorial de Sensor de Radiación Open‑Hardware

Contenido

• Manifiesto
• La Placa
• El Tubo Geiger
• Tipos de Radiación
• Tubos Geiger Soportados
• Fuentes de Prueba
• Actuadores
• De CPM a Sieverts
• Código Fuente
• Esquemático
• Participe
• Compre
• Enlaces y Documentación

NOTA: Todos los ejemplos de código en este tutorial usan la biblioteca arduPi. Puede ver la documentación y descargar la biblioteca desde el repositorio.

Manifiesto

El propósito de la Placa Sensor de Radiación para Raspberry Pi es permitir a individuos en Japón –y en cualquier otro lugar– medir niveles de radiación ambiental de forma independiente, tras el incidente nuclear de Fukushima en marzo de 2011. Al emparejar una Raspberry Pi asequible y fácil de usar con una placa sensor open‑hardware, los usuarios pueden obtener lecturas en tiempo real de ubicaciones específicas en lugar de depender únicamente de avisos externos. El primer lote se envió gratis al Tokyo Hackerspace y otros grupos locales para apoyar esfuerzos comunitarios.

Tanto el diseño hardware de la placa como su firmware se publican bajo la GPL, reflejando nuestro compromiso con los principios open‑source y la transparencia científica.

— El Equipo Libelium, Abril 2011

La Placa

La placa se divide en dos secciones funcionales: una fuente de alimentación de alto voltaje (400–1000 V) para el tubo Geiger‑Müller y un circuito de acondicionamiento de señal que convierte los pulsos eléctricos del tubo en un formato adecuado para un microcontrolador.

Una vez alimentado, el tubo emite un breve pulso de corriente por cada evento ionizante detectado. El microcontrolador cuenta estos pulsos; contando durante 10 segundos y multiplicando por 6 se obtienen cuentas por minuto (CPM). Según la hoja de datos del tubo, el CPM se divide entonces por el factor de conversión (360 para el tubo estándar) para obtener una tasa de dosis en microSieverts por hora (µSv/h).

Dependiendo del tubo específico, puede necesitar ajustar el factor de conversión. Pruebe diferentes valores y reporte qué calibración produce los resultados más precisos.

La electrónica de la placa puede desglosarse en cinco componentes:

1. Fuente de alimentación de alto voltaje

   Este módulo usa un multiplicador de voltaje impulsado por oscilador que comprende diodos, transistores, resistencias y capacitores (ver esquemático). Genera 500 V para el tubo, con diodos zener opcionales en serie para aumentar la salida si se requiere mayor voltaje.

2. Circuito de adaptación de salida

   Un transistor NPN traduce el pulso del tubo Geiger en una señal lógica limpia que dispara una interrupción del microcontrolador. El mismo transistor también impulsa un altavoz piezoeléctrico e indicador LED para retroalimentación audible y visual.

3. Altavoz piezoeléctrico e indicador LED

   Están conectados al circuito de adaptación; cada pulso detectado hace parpadear el LED y el altavoz emite un clic.

4. Pantalla LCD

   La LCD 16×2 se interconecta vía bus paralelo de 4 bits (RS, EN, RW y cuatro líneas de datos). Muestra el CPM y la tasa de dosis en tiempo real.

5. Barra de LEDs

   Una barra de cinco LEDs (tres verdes, dos rojos) proporciona una indicación visual rápida de la intensidad de radiación. Cada LED se controla desde un pin digital a través de una resistencia en serie.

Conectando la Placa de Radiación a Raspberry Pi

La placa se conecta a la Raspberry Pi a través de una interfaz estándar de shield Arduino. La alimentación se suministra desde el pin 5 V de la Pi, y el conteo de pulsos ocurre en el pin GPIO 2 de la Pi, configurado como entrada de interrupción.

El Tubo Geiger

Un tubo Geiger‑Müller contiene un gas inerte a baja presión (≈0.1 atm) –comúnmente neón– con un vapor orgánico o halógeno delgado. El cátodo del tubo es la pared metálica, mientras que el ánodo es un alambre fino que recorre el centro. Se aplica un alto potencial (~500 V) entre estos electrodos, creando un fuerte campo eléctrico.

Cuando radiación ionizante entra en el tubo, ioniza el gas, produciendo electrones libres e iones positivos. Los electrones son acelerados hacia el ánodo, iniciando una avalancha de ionizaciones adicionales. Esta cascada produce un pulso corto de alta corriente que es detectado por el circuito de salida.

Tipos de Radiación

• Alfa

  Partículas alfa (núcleos de helio, carga +2) son densas y no penetran más de unos milímetros de aire o una hoja de papel. Suponen riesgo externo mínimo pero pueden ser peligrosas si se ingieren, dañando tejidos desde dentro. Muchos contadores Geiger detectan radiación alfa solo a través de ventanas finas de mica.

• Beta

  Partículas beta (electrones, carga –1) son más ligeras y penetran unos milímetros de aluminio. Pueden ser peligrosas al ingerirse y son detectadas por muchos tubos Geiger, dependiendo del grosor de la pared y presencia de ventana.

• Gamma

  Rayos gamma son fotones de alta energía que pueden atravesar prácticamente cualquier material. Solo se blindan eficazmente con sustancias de alto peso atómico como el plomo. La radiación gamma es ubicua en fuentes cósmicas y es detectada por virtualmente todos los contadores Geiger.

Para detalles técnicos adicionales, vea el tutorial Contador Geiger – Placa Sensor de Radiación para Raspberry Pi.

Enlaces y Documentación

• Biblioteca arduPi en GitHub – Código fuente y documentación
• Esquemático de Placa PDF – Dibujos eléctricos detallados
• README del Proyecto – Instrucciones de instalación y consejos de calibración