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Uso de microcontrolador na construção de espectrômetro gama com sensor de Nal (TI), com ênfase em analisador multicanal, para aplicação em geofísica nuclear e ambiental

2006; Brazilian Society of Geophysics; Volume: 24; Issue: 1 Linguagem: Português

10.1590/s0102-261x2006000100016

1809-4511

Nilton Silva,

Sensor Technology and Measurement Systems

Este trabalho de instrumentacao em Geofisica Nuclear teve como objetivo principal, o desenvolvimento de um prototipo de espectrometro gama com analisador multicanal, desde o amplificador espectroscopico ate seu firmware . O coracao da parte digital foi um microcontrolador de 8 bits ATMEL (AT89S8252). Todos os circuitos foram feitos e montados no Laboratorio de Instrumentacao em Geofisica Nuclear (LIGA). O software do microcontrolador foi completamente desenvolvido em linguagem ANSI-C usando o compilador Small Device C Compiler (SDCC) versao 2.4.8 que e um programa distribuido sob licenca tipo General Public License (GPL). Inicialmente, o microcontrolador foi usado para substituir todos os circuitos digitais de um classico espectrometro gama diferencial SCINTREX GAD-6. Tempos de medidas da ordem de dois dias tornaram-se possiveis e ele podia operar em ambiente nao climatizado. Apos esta fase, iniciou-se o desenvolvimento de um analisador multicanal (MCA) operando no modo analisador de altura de pulsos (PHA) com capacidade para 4096 canais, para uso em muitos tipos de deteccao nuclear. Alem disso, foi desenvolvido um sistema controle automatico de ganho, para a estabilizacao do foto-pico atraves uma fonte radioativa de 133 Ba. Os trabalhos iniciaram-se com a construcao de um amplificador de ganho controlado (AGC). Este circuito de ganho controlado e muito importante no caso de sensores cintilometricos de Nal(TI), devido a sensibilidade da valvula foto-multiplicadora (PMT) a temperatura e ao envelhecimento de alguns circuitos eletronicos do Laboratorio de Geofisica Nuclear Aplicada (LGNA), onde o prototipo opera. Duas fontes de alimentacao tipo no-break (uma de baixa tensao para alimentacao geral e outra de alta tensao para a PMT), usando a tecnica de chaveamento por modulacao de largura de pulso (PWM) foram desenvolvidas para que todo o sistema pudesse ser alimentado com baterias de 12 Volts e, se tornasse livre de quedas da rede eletrica. A calibracao em energia usando fontes padrao 137 Cs e 60 Co mostrou que o espectrometro desenvolvido tem boa linearidade e baixa deriva termica, mesmo operando na ausencia de ar condicionado. Medidas de concentracoes de K, U e Th foram feitas em amostras de vegetais e solo, etc. ABSTRACT In this work of nuclear geophysical instrumentation the main purpose was the development of a gamma-ray spectrometer prototype with multi channel analyzer, since the spectroscopic amplifier until your firmware. The heart of the digital part was an ATMEL 8 bits microcontroller (AT89S8252). All circuits were made and assembled in the Laboratory of Applied Geophysical Instrumentation (LIGA) of IAG-USP. A microcontroller software was completely developed in C ANSI language using the Small Device C Compiler version 2.4.8, that is a free software distributed under General Public License (GPL). At first, microcontroller was used to change all digital circuit of one classic SCINTREX GAD-6 differential gamma-ray spectrometer. Measurement times with order of 2 days became possible, and it could work in non climate ambient. Then, after this stage, had been started the development of a multichannel analyzer (MCA) working in pulse height analyzer mode with 4096 channels capacity, to use in many kinds of nuclear detection. Besides it, was developed an automatic gain system for photopeak stabilization, by the use of one radioactive source ( 133 Ba). This automatic gain system is very important in the case of Nal(TI) scintillometric detectors, due PMT sensitivity with temperature and aging of some laboratory electronic circuits. Two power supplies with high stability, using pulse width modulation (PWM) techniques were developed, in order to all system became free of electrical line break off. One PWM power polarizes a photo multiplier tube (PMT) with high voltage and another supplies remaining developed circuits. Calibration in energy using standards sources 137 Cs and 60 Co showed that gamma detector developed has a good linearity and low thermal drift, even working in absent of air-conditioned. Concentrations measurements of K, U and Th were made in samples of soils, vegetables, etc.