ในบทเรียนนี้ น้องจะได้เรียนรู้วิธีประกอบและใช้งานเครื่องตรวจจับกัมมันตรังสี (Nuclear Radiation Detector) กัน

ไกเกอร์ เคาน์เตอร์ (Geiger Counter) หรือที่บางทีก็เรียกกันว่า Geiger–Mueller counter เป็นเครื่องมือที่ใช้ตรวจจับและวัดค่าการแผ่รังสีไอออไนซ์ งานของมันคือจับการปล่อยกัมมันตรังสี โดยเฉพาะอนุภาคบีตา (Beta particles) และรังสีแกมมา (Gamma rays) หลักการทำงานคร่าวๆ ก็คือในท่อจะบรรจุก๊าซเฉื่อยไว้ ซึ่งก๊าซพวกนี้จะนำไฟฟ้าได้เมื่อถูกชนด้วยอนุภาคพลังงานสูง เอาไปใช้ได้หลายงานเลย ทั้งการวัดปริมาณรังสี (Radiation dosimetry) การป้องกันทางรังสี (Radiological protection) งานฟิสิกส์ทดลอง หรือแม้แต่ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์

อุปกรณ์ที่ต้องมี:

1 x ชุด Radiation Detector system Kit 1 x ท่อ GM (GM Tube) 1 x สายไฟเลี้ยง (Power supply cable) 1 x ที่ใส่แบตเตอรี่ (Battery Holder) 3 x สายจัมเปอร์ (Jumper Wires) 4 x น็อต 1 x ฝาครอบอะคริลิก (Acrylic cover)

รายละเอียดของชุด:

• ชื่อ: Radiation Detector system
• พารามิเตอร์ของท่อ Geiger
  • เส้นผ่านศูนย์กลาง: Φ10±0.5mm
  • ความยาวรวม: 90±2mm
  • แรงดันเริ่มต้น (Starting voltage): < 350V (แนะนำ)
  • แรงดันใช้งาน (Operating voltage): 380V
  • แรงดันใช้งานสูงสุด (Extreme operating voltage): 550V
  • อุณหภูมิใช้งาน: -40 ~ 55 ℃
• ขนาดบอร์ด: 108x63x20mm

ขั้นตอนที่ 1: บัดกรีชุดไกเกอร์ เคาน์เตอร์

นี่คือวิดีโอสปีดรันการประกอบทั้งหมด ดูไว้เป็นแนวทางได้

ขั้นตอนที่ 2: ใช้งานไกเกอร์ เคาน์เตอร์กับ Arduino

ต่อสายจากขา P3 (GND, 5V, VIN) ไปยัง Arduino ที่ขา GND, 5V และ Digital 2 ตามลำดับ

จากนั้นในโปรแกรม Arduino IDE ให้เปิดไฟล์ spi_rad_logger.ino ที่น้องดาวน์โหลดมา

เคล็ดลับเล็กน้อย: เปลี่ยนคำสั่ง Serial.print(cpm) ในฟังก์ชัน void loop(){} เป็น Serial.println(cpm) เพื่อให้อ่านค่าใน Serial Monitor ได้ง่ายขึ้น

อัพโหลดโปรแกรมลงบอร์ดให้เรียบร้อย พออัพโหลดเสร็จ ให้เปิดหน้าต่าง Serial Monitor โดยคลิกที่ไอคอนแว่นขยายมุมขวาบน

เราก็จะได้ค่าการแผ่รังสีแสดงออกมาในหน่วย CPM (Counts Per Minute) ซึ่งสามารถแปลงเป็นหน่วย µSv/h ได้โดยใช้ค่า Conversion Factor 151 (สำหรับท่อ GM รุ่น M4011 นะ) โดย 151 CPM = 1 µSv/h

จัดไปวัยรุ่น! อย่าลืมตรวจสอบความถูกต้องของการต่อสาย และอ่านค่าอย่างระมัดระวังนะน้อง สู้งาน!

รายละเอียดทางเทคนิคแบบจัดเต็ม

ฮาร์ดแวร์อินเตอร์รัพต์แรงสูง (J305 เกเกอร์ทิวบ์)

เกเกอร์ทิวบ์ต้องการไฟ 400 โวลต์ ถึงจะทำงานได้!

1. โปรเจคนี้ใช้ชิลด์สำหรับสร้างไฟแรงสูงโดยเฉพาะ (เช่น RadiationD-v1.1) เพื่อแปลงไฟ 5V จาก Arduino ไปเป็น 400V อย่างปลอดภัย
2. สัญญาณเอาท์พุต: เมื่อมีรังสีมากระทบ ชิลด์จะส่งพัลส์ลอจิก LOW 5V ที่ปลอดภัยและแม่นยำมาให้ Arduino!
3. กับดักของ attachInterrupt(): ห้ามใช้ digitalRead หรือ delay() นะตัวนี้! การตรวจจับรังสีแต่ละครั้งกินเวลาแค่ 0.1 มิลลิวินาทีพอดี

// Uno ตัวนี้จะตั้งใจฟังเฉพาะที่พิน 2 สำหรับขอบสัญญาณแบบ Falling เท่านั้น!
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), countRadiationPulse, FALLING);

void countRadiationPulse() {
  radiationHits++; // เกเกอร์ทิวบ์มันคลิกแล้ววว!
}

การคำนวณซีเวิร์ต (คณิตศาสตร์ CPM)

ตัวแปร radiationHits ดิบๆ นั้นใช้ไม่ได้ ถ้ายังไม่ได้แปลงเป็นหน่วยทางฟิสิกส์

• ฟังก์ชัน loop() จะใช้ millis() กับอาร์เรย์จับเวลาแบบหนักๆ เพื่อคำนวณว่ามีการตรวจจับกี่ครั้งใน 60 วินาทีที่ผ่านมา (Counts Per Minute - CPM) พอดี
• การแปลงตามไอโซโทป: เกเกอร์ทิวบ์รุ่นต่างๆ (เช่น J305 หรือ M4011) มีค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์เฉพาะตัว (เช่น 0.00812) float microSieverts = CPM * 0.00812;
• จากนั้น Uno ก็จะส่งข้อมูล uSv/h นี้ไปแสดงผลบน จอแสดงผลตัวอักษร I2C ขนาด 16x2 แบบรัวๆ พร้อมกับสั่งให้ ออดเพียโซแบบแอคทีฟ ดัง "คลิก" ตามจังหวะการตรวจจับรังสีเป๊ะๆ!

อุปกรณ์ที่ต้องมีสำหรับการวัดนิวเคลียร์

• Arduino Uno/Nano (สถาปัตยกรรมอินเตอร์รัพต์ภายนอก INT0 แม่นยำ)
• โมดูลเซนเซอร์วัดรังสีเกเกอร์เคาน์เตอร์ (มาพร้อมทิวบ์แก้ว/โลหะและวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์ 400V สำคัญแล้ว!)
• จอแสดงผล LCD 16x2 แบบ I2C (สำหรับแสดงค่าการวัดรังสีแบบเรียลไทม์)
• ออดเพียโซแบบแอคทีฟ (เพราะเสียง "คลิก" อันเป็นเอกลักษณ์นั้นจำเป็นต้องมี ไม่งั้นมันไม่เมคเซนส์!)

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ DEEDU ซึ่งได้รับเงินสนับสนุนร่วมจากโครงการ Erasmus + ของคณะกรรมาธิการยุโรป

เนื้อหาในบทความนี้ไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองอย่างเป็นทางการของสหภาพยุโรป ข้อมูลและความคิดเห็นที่แสดงเป็นความรับผิดชอบของผู้เขียนแต่เพียงผู้เดียว