Kraksat

The radiation sensor

We’ve just obtained 7 Soviet STS-5 Geiger tubes. They are mainly susceptible to hard beta and gamma rays, and can be used to measure their levels. However, due to the presence of a metal shield, the tubes can’t measure the level of alpha radiation; thankfully, in most cases it isn’t dangerous for humans.

Tubes’ parameters:

• Starting voltage = 280…330 V
• Advised working voltage = 360…440 V
• Plateau length = at least 80 V
• Plateau slope = 0,125% / 1 V
• Maximum natural background = 27 pulses / min

• Load resistance = 5…10 MΩ
• Allowable stray capacitance of input circuits = 10 pF
• Transit capacitor = 7…10 pF
• Allowable surround temperature: -40 … +50 °C
• Weight: 6,2 g

source: gstube.com/own

The tubes are calibrated in μSv/h, probably using a 137-Cs radiation source. However, the calibration is very inaccurate, and it cannot be used for the entire range of particle energies. It is the main disadvantage of Geiger tubes.

STS-5 tubes are designed to measure particles with frequency from 0.35Hz up to 3.6kHz, dead time is at least 190 μs. Tubes can measure radiation levels from 0.14 μSv/h to 1440 μSv/h. Average outdoor background radiation in Andrychów is about 0.15 μSv/h, in Cracow about 0.21 μS/h.

High Voltage Power Supply

Geiger tubes need about 400 V DC power supply. We’ll build a boost converter from low voltage from batteries to 400 V. Due to limited amount of space in the can the boost converter must be tiny.

Tubes and boost converter must be galvanically separated from other electronic parts, as condensed vapor or high level of humidity may prove very dangerous…

The circuit of similar boost converter and amplifier is presented below, as our final circuit isn’t ready yet.

The Sensor

Our radiation sensor is going to include seven STS-5 tubes. We predict that the maximum count from one tube during the flight will be about 126, so the uncertainty of measurement is 8.7%. If we use 7 tubes, uncertainty of measurement drops to 3.4%. The tubes will be connected to a PCF8574 I/O integrated circuit, and the sensor will be connected to the microprocessor via I2C bus. Data from Geiger tubes will be displayed in real time in dedicated software.

Czujnik promieniowania

Właśnie uzyskaliśmy siedem radzieckich tub Geigera modelu STS-5. Są one przede wszystkim podatne na promieniowanie beta i gammma. Możemy ich użyć do pomiaru poziomu tego typu promieniowania. Jednakże ze względu na obecność metalowej obudowy tub nie są one w stanie mierzyć promieniowania alpha. Na szczęście w większości przypadków nie jest ono niebezpieczne dla ludzi.

Parametry tub:

• Napięcie poczatkowe = 280…330 V
• Zalecane napięcie robocze = 360…440 V
• Długość Plateau = at least 80 V
• Nachylenie Plateau = 0,125% / 1 V
• Maksymalne naturale tło = 27 pulses / min

• Zalecana rezystncja szeregowa = 5…10 MΩ
• Dopuszczalna pojemność rozproszenia obwodów wejściowych = 10 pF
• Kondensator całkujący= 7…10 pF
• Dopuszczalna temperatura otoczenia: -40 … +50 °C
• Waga: 6,2 g

• Load resistance = 5…10 MΩ
• Allowable stray capacitance of input circuits = 10 pF
• Transit capacitor = 7…10 pF
• Allowable surround temperature: -40 … +50 °C
• Weight: 6,2 g

źródło: gstube.com/own

Rury są kalibrowane w μSv/h, prawdopodobnie przy użyciu 137-Cs jako źródła promieniowania. Jednakże jest to bardzo niedokładny sposób kalibracji i nie mogą być zastosowane do pomiaru całego zakresu energii cząstek. To jest główna wada tub Geigera.

Tuby STS-5 przeznaczone są do pomiaru cząsteczek o częstotliwości od 0,35Hz do 3,6kHz. Jej czas martwy wynosi przynajmniej 190 ms. Tuby mogą mierzyć poziom promieniowania od 0,14 μSv/h do 1440 μSv/h. Średnia zewnętrznego promieniowania tła w Andrychowie wynosi około 0,15 μSv/h, w Krakowie około 0,21 μSv/h.

Źródło zasilania wysokiego napięcia

Tuby Geigera potrzebują zasilania o napięciu około 400 V DC. Będziemy budować przekształtnik podwyższający niskie napięcie pochodzące z baterii do 400 V. Ze względu na ograniczoną ilość miejsca w puszce przekształtnik musi być mały.

Tuby i przeksztłtnik muszą być galwanicznie oddzielone od reszty części elektronicznych, gdyż skondensowana para albo wysoki poziom wilgotności mogą okazać się dla nich niebezpieczne.

Obwód podobny do przekształtnika podwyższającego napięcie i wzmacniacza przedstawiony jest poniżej. Nasz końcowy jest jeszcze niegotowy.

Czujnik

Nasz czujnik promieniowania obejmuje siedem tub STS-5. Przwidujemy, że maksymalna liczna cząstek zarejestrowanych przez tubę w przeciągu lotu wynosi około 126, wtedy niepewność pomiaru wynosi 8,7%. Jeżeli użyjemy siedmiu tub niepewnośc pomiaru spadnie do 3,4%. Tuby będą podłączone do układu scalonego PCF8574 I/O, a czujnik do mikroprocesora przez I2C. Dane z tub Geigera będą wyświetlane w czasie rzeczywistym w dedykowanym oprogramowaniu.

[VLOG] #1 Pierwsze spojrzenie na misję Kraksat [EN]

[VLOG] #1 The first look at KrakSat mission