Redes de sensores inalámbricos para controlar los niveles de radiación

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Manifiesto

La creación de la Junta de Sensores de Radiación ha estado motivada por la catástrofe nuclear de Fukushima tras el desafortunado terremoto y tsunami que asolaron Japón. Queremos ayudar a las autoridades y fuerzas de seguridad a medir los niveles de radiación de las zonas afectadas sin comprometer la vida de los trabajadores. Por este motivo hemos creado un contador Geiger autónomo alimentado por baterías que puede leer los niveles de radiación automáticamente y enviar la información en tiempo real utilizando tecnologías inalámbricas como ZigBee y GPRS.

El diseño de la placa de sensores es de hardware abierto y el código fuente se publica bajo licencia GPL.

 

El equipo Libelium. Abril de 2011.

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La idea es sencilla, cada nodo actúa como un autónomo y inalámbrico Contador Geiger. Mide el número de recuentos por minuto detectados por el tubo Geiger y envía este valor mediante los protocolos ZigBee y GPRS al punto de control. El sistema se alimenta con baterías internas de alta carga que garantizan una vida útil de años.

 

Con esta tecnología se pueden conocer las medidas de radiación en tiempo real sin comprometer la vida de los miembros de los cuerpos de seguridad, ya que no tienen que estar dentro del perímetro de seguridad para activar los contadores Geiger. La información se extrae automáticamente y se envía de forma inalámbrica al Gateway de la red.

 

Red de sensores de radiación de emergencia

Si se produce una fuga de radiación en un lugar donde no hay una red de sensores de radiación previamente instalada, se puede realizar un despliegue de emergencia en sólo un par de horas. Los cuerpos de seguridad sólo tienen que desplegar los nodos sensores sobre el terreno en determinados lugares. Los nodos sensores tomarán la energía de baterías internas de alta carga lo que garantizará que la red de control funcione durante meses. Cada uno de estos puntos enviará la información mediante un TCP/IP conexión a través del GPRS red o enviando SMS alarmas cuando los valores superan un determinado umbral.

 

Tecnología

 

Hay dos usos diferentes de la placa de sensores de radiación. El primero se explica en un artículo diferente, el segundo se trata aquí.

 

• Contador Geiger USB: Puede ser utilizado como un contador Geiger personal siendo alimentado por una conexión USB a través de la placa Arduino. Es una manera barata y fácil para los usuarios personales para controlar objetos específicos y ciertos lugares cerca de casa. Más información aquí.

 

• Contador Geiger inalámbrico y autónomo: Este es el uso descrito en el presente artículo utilizando la función Waspmote plataforma. La idea de esta tecnología es doble, por un lado esta tecnología permite monitorizar como procedimiento de prevención los alrededores de una central nuclear junto con las ciudades más cercanas de forma autónoma sin necesidad de intervención humana, y por otro lado nos permite desplegar rápidamente puntos de control de emergencia cuando se produce una fuga radiactiva.

 

El nodo sensor está compuesto por:

• Waspmote (unidad básica)
• Placa del sensor de radiación + tubo Geiger
• Radio ZigBee
• Radio GPRS
• Módulo GPS
• Batería (6600mA. Batería de litio recargable)

 

 

Funcionamiento de la red de sensores de radiación

Waspmote tiene un comportamiento cíclico. Duerme la mayor parte del tiempo para ahorrar batería. A intervalos específicos se despierta y durante 1 minuto lee los impulsos que se están generando en el Tubo Geiger calculando los recuentos por minuto. Después compara este valor con los umbrales de alarma ya predefinidos. Si se encuentran valores normales se envían utilizando la radio ZigBee a Meshliumde la red y los valores almacenados en un Internet base de datos.

Si los valores están por encima del umbral de seguridad definidos, además de ser enviados a través de la red ZigBee también son transmitidos directamente al cuerpo de seguridad por un Alarma SMS con el GPRS radio o evento enviado directamente a Internet a través de un socket TCP/IP.

Junto con el valor extraído del contador Geiger, Waspmote añade también el GPS información (latitud, longitud) para dar el localización exacta de la fuente de radiación.

Tipos de radiación

En las centrales nucleares se generan tres tipos de partículas radiactivas: alfa, beta y gamma.

Alfa:
La radiación alfa consiste en partículas con carga positiva (+2) emitidas por el núcleo de un átomo en proceso de desintegración. Estas partículas son también muy densas, lo que, unido a su fuerte carga positiva, les impide penetrar más de un centímetro de aire o una hoja de papel. Por ello, las partículas alfa no suponen un grave peligro para la salud, excepto cuando se emiten desde el interior del cuerpo como resultado de su ingestión, por ejemplo, cuando su alta energía supone un peligro extremo para los tejidos vivos sensibles.
Forma débil de radiación ionizante detectable en algunos modelos de contadores Geiger, normalmente los que incorporan una fina ventana de mica en un extremo del tubo Geiger-Mueller.

Beta:
La radiación beta consiste en partículas cargadas negativamente (-1) emitidas por un átomo en proceso de desintegración. Estas partículas son relativamente ligeras y pueden penetrar algo mejor que una partícula Alfa, aunque sólo a través de unos pocos milímetros de aluminio en el mejor de los casos. Si se ingiere, la radiación Beta puede ser peligrosa para los tejidos vivos. Una forma relativamente débil de radiación ionizante detectable en muchos contadores Geiger, generalmente dependiente del grosor de la pared del tubo Geiger-Mueller o de la existencia de una ventana en el extremo del tubo.

Gamma:
La radiación gamma representa un extremo del espectro electromagnético, en particular la radiación de mayor frecuencia y menor longitud de onda. (Ese mismo espectro incluye también los rayos X más conocidos, la luz ultravioleta, la luz visible, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio, enumeradas por orden de frecuencia decreciente y longitud de onda creciente a partir de los rayos Gamma). Los rayos gamma pueden atravesar prácticamente cualquier cosa, y sólo son protegidos o absorbidos eficazmente por materiales de alto peso atómico, como el plomo. Los rayos gamma son producidos de forma natural por el sol y otros cuerpos del espacio exterior, y su transmisión a la tierra se conoce como "radiación cósmica". Se trata de un tipo de radiación ionizante muy potente y potencialmente muy peligrosa, detectable en prácticamente todos los contadores Geiger.

Radiación de fondo:
Ciertos minerales que forman parte de la tierra y que contienen los elementos radiactivos Uranio y/o Torio también emiten rayos Gamma. Esto, junto con la radiación cósmica (rayos Gamma que provienen del sol y otras estrellas), se combinan para producir el "recuento de fondo" de un contador Geiger. Este recuento suele oscilar entre 15 y 60 recuentos por minuto, pero varía en función de la ubicación en la Tierra, la altitud y la eficacia del contador Geiger. El recuento de fondo siempre debe tenerse en cuenta o "restarse" de la lectura global derivada de una fuente radiactiva específica.

La radiación de fondo común va de 0,041μSv/h a 0,081μSv/h (3650 - 7200μSv/año).

Fuentes: Wikipedia, Blacksmith Institute, Geigercounters.com

 

En el vídeo se prueba la placa de sensores utilizando Vaselina de vidrio que previamente ha sido altamente cargado mediante luz ultravioleta. Este nivel de radiactividad dura sólo un par de minutos, pero es suficiente para ver cómo se detectan las partículas Beta y Gamma irradiadas.

Partículas detectadas por la tarjeta del sensor de radiación

El tubo Geiger integrado en la placa de sensores de radiación es sensible a Beta y Gamma partículas ya que pueden detectarse de forma ommnidireccional. Esto significa que no importa la orientación del sensor Geiger respecto a la fuente de radiactividad, sólo la distancia. Por ello aseguramos que la colocación de los nodos en los lugares adecuados es la clave para detectar una posible fuga de la Central Nuclear.

De cuentas por minuto a criados

La unidad de medida de los Tubos Geiger son básicamente el número de impulsos generados. Esto significa que en un segundo tendremos "n" recuentos (recuentos por segundo - cps) y en 1 minuto los recuentos por minuto (cpm). Este valor es común para todos los Tubos Geiger, sin embargo, no es un valor energético sino sólo el número de pulsos. Para obtener el valor real energía irradiada y la cantidad que absorbido por un cuerpo necesitamos obtener cuántos Sieverts por hora están produciendo estos pulsos.

La fórmula que pasa de cpm a Sieverts depende sobre todo del tubo Geiger: el tamaño, la forma, el material, la sensibilidad, el tiempo muerto, el tipo de partícula medida, etc. Normalmente se puede extraer un factor de conversión de las tablas proporcionadas por el fabricante en el proceso de calibración:

 

cpm * factor de conversión = μSv/h

Por ejemplo, el factor de conversión para el tubo LDN-712 es 0,00233 y para el SBM-20 es 0,00277. Esto significa que la detección de 120cpm tendrá el siguiente valor en función del tubo utilizado.

 

• LDN-712 : 120 * 0,00233 = 0,27μSv/h
• SBM-20 : 120 * 0,00277 = 0,33μSv/h

 

Comprar

La primera serie ya está agotado ya que se ha enviado directamente y sin coste alguno a algunos grupos de trabajo de Japón. Si está interesado, haga el pedido anticipado lo antes posible para garantizar la disponibilidad en el segundo lote.

Puedes adquirir sólo la placa del sensor de radiación para integrar tus propios tubos Geiger o comprarla en un paquete "listo para usar" junto con el tubo Geiger ya soldado.

 

• Placa del sensor de radiación
• Placa del sensor de radiación + Tubo Geiger

 

Por favor, Contacto si está interesado en la placa del sensor de radiación para el Waspmote plataforma.