- DESMONTANDO Y ESTUDIANDO EL RAM 63
- INSTALACIÓN DE UN CHIVATO SONORO PARA LOS IMPULSOS
- MEJORA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL CIRCUITO
- INSTALACIÓN DE UNA SALIDA DE SEÑAL PARA PC
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ADQUISICIÓN DEL EQUIPO
Siguiendo con mi interés didáctico por las experiencias con energía nuclear "blanda", es decir , con materiales cuyo índice de radiación es bajo y que en exposiciones cortas y ocasionales no representan ningún tipo de riesgo, me propuse conseguir un detector de centelleo, mucho más sensible que los basados en el tubo Geiger-Müller, y capaz, a diferencia de estos, de medir la energía de las partículas.
Simplificando un poco, podemos decir que el Geiger basa su acción en que las partículas radiactivas producen la ionización del gas encerrado en un recipiente y sometido a un fuerte campo eléctrico mediante dos electrodos. En esta situación, los iones primarios provocan otros nuevos al moverse y crean una avalancha incontrolada en el gas, el cual entra en estado de conducción y produce un impulso final de considerable amplitud, el cual pasará después a un contador electrónico que por diferentes métodos indicará el número de partículas captadas por unidad de tiempo.
Los detectores de centelleo, también expresado de forma simplificada, se basan en el rastro de luz que dejan las partículas radiactivas al atravesar ciertos materiales. En este caso, la luz, llamada también Luz de Cherenkof, es tan débil que sería imposible percibirla a simple vista en una habitación oscura, por ello, junto al material centelleador se dispone un tubo de vacío de comportamiento lineal, denominado fotomultiplicador, que actúa como una célula fotoeléctrica de extraordinaria sensibilidad y convierte este impulso luminoso en una señal eléctrica proporcional a la energía de la partícula que lo ha causado.
Buscando detectores de este tipo en Internet, averigué que su precio era alto, superando en muchos casos los 2.000 o 3.000 €, pero después localicé en Italia una tienda del tipo "surplus", de excedentes industriales y militares, que tenía a la venta detectores de radiactividad del tipo RAM 63, procedentes de las unidades NBQ del ejército de la antigua Alemania Oriental (DDR) y que según la breve reseña del vendedor eran del tipo de centelleo, añadiendo en la información que dicho modelo era considerado como uno de los más sensibles que pueden encontrarse en el mercado.
Las unidades se ponían a la venta por unos 120 € (más 46 € por gastos de envío a España) y se servían en su caja de madera original, de color caqui, con dos sondas (una para radiación alfa y otra para beta-gamma), un soporte para montar las sondas fijas en una mesa, un kit de herramientas básicas y algunos accesorios, como portamuestras de aluminio y plástico, pinzas y un frasco de cristal conteniendo laca para fijarlas.
El RAM 63 en su sólida caja de madera de 58x17x31 cm, con las dos sondas y demás accesorios
Realicé el pedido y a los quince días me llegó un paquete de gran tamaño y de unos 15 kg. de peso por via postal.
Al abrir la caja y pude comprobar que el RAM 63 no es realmente un instrumento de prospección de campo, ya que el conjunto de la unidad central, el cable de 1 cm. de grosor y la sonda tienen un peso considerable (sobre los 5 kg.), sino que más bien parece un instrumento para montar en un laboratorio de campaña donde estudiar las muestras de tierra o alimentos recogidas en una zona contaminada.
Con todo, la construcción es muy robusta, como corresponde a un equipo militar, pensado para trabajar en condiciones difíciles. La alimentación es a base de 5 pilas de 1,5 volts, tamaño R-20, que pueden ser sustituidas por baterías recargables Ni-Cad del mismo formato.
El RAM 63 sobre mi mesa de trabajo, con la caja de portamuestras y la sonda de alfas al lado, mientras la sonda de beta-gammas está montada en su soporte fijo
El envío se acompañaba del manual alemán fotocopiado y dos diagramas electrónicos de un tamaño superior al DIN-A3 correspondientes a la circuitería de la unidad principal de las dos sondas. Posteriormente, al desmontar la carcasa metálica para atisbar en el interior y ponerle pilas, vi también que en el fondo de la tapa había un sobre de plástico transparente, con dos pequeños croquisde la situación y numeración de cada componente electrónico.
En cuanto a los componentes en sí, son típicos de los años 65-70:transistores de germanio PNP, condensadores electrolíticos de considerable tamaño (los más grandes, sujetos con tornillos al chasis interno) y resistencias con los valores escritos en caracteres normales. La parte principal va montada en un circuito impreso de baquelita, colocado al lado de un blindaje cerrado que contiene la fuente conmutada de alta tensión.
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Los mandos son todos frontales. Si colocamos la unidad tumbada de acuerdo a la horizontalidad de los rótulos, en la parte izquierda se ve el instrumento indicador, con dos escalas: una en mr/h (milirems/hora) y la otra en Imp/min (impulsos/minuto), unidades que también parecen asociadas a Z/min·cm2 y a un factor denominado K.
A) Arriba-izquierda: vemos un conmutador de 5 posiciones rotulado como "ZEITKONSTANTE", que interpreto como "Constante de Tiempo", y nos da el "valor medio" en tiempo, del número de impulsos detectados. Sus valores sonF (igual a 0), 0.1 , 1 , 3 y 10 segundos.
B) Arriba-derecha:conmutador MESSBEREICH de 6 posiciones que efectúa 3 funciones distintas:
1) Por una parte es el interruptor OFF-ON del aparato. La posición AUS es OFF y el resto son ON
2) La posición ABGLEICH es la de ajuste inicial, que debe ser efectuado de vez en cuando para compensar el desgaste de las pilas o cuando se cambian por otras nuevas, mediante el potenciómetro tambien llamado ABGLEICH situado abajo-izquierda del panel, hasta que la aguja del indicador se sitúe soble la marca roja en forma de triángulo del dial.
3) Las cuatro siguientes posiciones, K=100, K=10, K=1 y K=0.1 son las escalas de sensibilidad del detector, y tienen que ver con el factor K del indicador. A este respecto, ya a falta de una interpretación posterior una vez traducido parte del manual, deduzco que K=0.1 equivale a la escala de 0.025 milirems/h, es decir, 25 microrems/h. Siendo las tres restantes de 250 microrems/h, 2,5 milirems/h y 25 milirems/h.
C) Abajo-izquierda, como ya he dicho en el párrafo anterior, es el mando tipo potenciómetro ABGLEICH, que permite efectuar el ajuste de nivel de baterías del RAM 63.
Ajuste previo mediante el potenciómetro "ABGLEICH"
D) Abajo-derecha, rotulado como LITCH (que significa LUZ), es un simple interruptor de una bombillita de bajo consumo que ilumina el dial internamente. AUS es OFF y EIN es ON.
Lamentablemente, revisando el listado original que indicaba la dotación de cada caja observé que faltaban algunas cosas, como un pequeño hornillo -de momento, de utilidad desconocida- que funcionaba con pastillas de alcohol (las cuales sí estaban en una bolsa sellada) y sobre todo dos muestras radiactivas calibradas: 1 microcurie de Plutonio-239 (emisor de alfas), y 5 microcuries de Cesio-137 (emisor de gammas).
Por los pocos datos que en un principio deduje del texto en alemán pude averiguar que las primeras versiones de este detector aparecieron en 1964, manteniéndose en servicio hasta 1989, año en que cayó el Muro de Berlín y desapareció la DDR y que también figura en el último cuño del responsable de la revisión de mantenimiento.
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PRIMERA PRUEBA
Una vez saciada mi curiosidad por ver el interior del aparato, limpié un poco los portapilas, cargué las 5 pilas correspondientes y al darle el interruptor, el aparato arrancó a la primera. Al ajustar el conmutador de sensibilidad a K=0.1, correspondiente a la escala de 25 microrem/hora, pude observar como la aguja se movía cada pocos segundos, bien por la radiación de fondo natural o por la procedente de los rayos cósmicos que nos llegan del espacio exterior.
Al acercarle una muestra de mineral de uranio Autunita, la aguja se fue inmediatamente a fondo de escala, subí las escala del conmutador a K=10 y pude leer una media de 620 microrems a pocos centímetros de distancia de la sonda.
Primeramente había utilizado la de beta-gamma, por lo cual esta lectura correspondía a la radiación combinada de los dos tipos. Después coloqué el tapón de aluminio frente a la ventana de captacióny el valor bajó a 250, que eran indudablemente sólo gammas, por ser la única radiación capaz de penetrar a través de la carcasa. Por tanto, a diferencia 620 - 250 = 370 correspondía a la beta.
Con la sonda de alfas pude observar por primera vez el limitado alcance y penetración de esta partícula, ya que con la misma Autunita encerrada en un contenedor de plástico pero pegada a la ventana apenas daba señal detectable, que se disparaba hasta los 400 microrrems con sólo quitar la tapa, igualmente de plástico. Observé como sólo colocar la mano o una simple hoja de papel detenía las alfas en su mayor parte.
Medida de radiación beta-gamma y gamma de la Autunita, un mineral de Uranio abundante en España y Francia
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El detector es sin duda muy sensible, ya que incluso, en la cocina de mi casa, pude medir perfectamente la débil radiactividad de la piedra de granito (que como se sabe contiene un porcentaje de uranio relativamente alto), dando unos 3-5 microrrems de beta-gammas por encima de la radiación ambiente.
Medida de la radiación de la piedra de granito de mi cocina
Sin embargo, para mi gusto el RAM 63 tenía un pequeño problema, y es que no lleva testigo acústico de señal y los impulsos sólo pueden verse a través del movimiento de la aguja. La idea fue entonces desarmar el chasis interno para comprobar qué posibilidades había de incorporárselo. Por otra parte, también quería colocarle una salida de señal que permitiera conectar el equipo a un PC, con vistas a futuras experiencias.
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DESMONTANDO Y ESTUDIANDO EL RAM 63
En primer lugar comencé por estudiar el circuito que venía en dos grandes hojas desplegables, y en el que noté algunas disposiciones extrañas. Por ejemplo, al ser los transistores PNP, el negativo (-) corresponde a la tensión de alimentación y el positivo (+) está conectado a masa. Sin embargo, el circuito es muy enrevesado en este aspecto. El conmutador de escala de sensibilidades que también efectúa la función de interruptor OFF-ON, interrumpe no el negativo, que sería lo lógico, si no la unión del positivo con el chasis, es decir, con la masa, aunque algunas líneas se saltan este interruptor y se pierden en la maraña de idas y venidas de contactos entre el otro conmutador, los distintos módulos del circuito y hasta el conector que va a las sondas.
A este respecto, para que exista contacto con masa y por lo tanto arranque el detector, es necesario que esté conectado el cable y la sonda, ya que la unión principal se efectúa dentro del propio tubo metálico de la sonda, a través del grueso cable que la une a la caja principal.
Esquema de la unidad principal del RAM 63 ( hacer "click" sobre él para agrandar)
En este circuito podemos distinguir varias partes:
1) En primer lugar el amplificador de señal, con tres transistores del tipo OC833, que son equivalentes de los conocidos AF116. Los dos primeros son amplificadores de señal en montaje clásico inversor, y en tercero es un reductor de impedancia, para poder atacar con su salida el siguiente módulo.
Módulo amplificador y adaptador de impedancia
En este circuito me sorprendió un detalle, y es que las dos sondas no van conectadas en el mismo paso amplificador. El beta-gamma va conectado al primer paso y el alfa se lo salta iendo directamente al segundo. En un principio pensé que era a causa de que la señal del primero era más pequeña, pero, como explicaré luego, resulta que la circuitería de las dos sondas es igualmente diferente, y esto debe motivar la diferencia de señal.
En todo caso, este módulo permite regular la sensibilidad de las dos sondas de manera independiente; la de beta-gammas mediante R1, en la base del T1, y la de alfas mediante R6, que es en realidad la resistencia de carga de colector del transistor situado dentro de la sonda.
2) El segundo módulo, marcado como "Diskriminator + Differnziergüed", es decir "Discriminador + Diferenciador", es un típico schmitt-trigger que convierte la señal amplificada en un breve impulso de forma cuadrada y de amplitud constante. Esto es necesario porque este detector es en realidad un contador analógico del número de impulsos, por tanto estos deben ser de la misma amplitud y duración para que su fluctuación no afecte a la medida de frecuencia.
Los impulsos de salida del schmitt tienen una amplitud de 3,8 volts y son extraordinariamente breves, tanto que con mi osciloscopio de 20 Mhz apenas puedo distinguirlos.
Módulo discriminador Schmitt y diferenciador
3) El otro módulo es el "Impulsdichternesser" o medidor de impulsos, y parece un monoestable cuya duración de impulso depende de la escala de sensibilidades que se tenga seleccionada mediante el conmutador Sch 1 (en el panel frontal, marcado como MESSBEREICH).
Módulo medidor de impulsos
El conmutador Sch 2 (en el panel, marcado como ZEITKONSTANTE) afecta a la "integración" de los impulsos finales, de manera que permite mostrar las señales instantáneas o una media de las mismas en tiempos de lectura de 0.1 , 1 , 3 y 10 segundos.
4) El módulo señalado como "Transverter-Baugruppe" es la fuente-transformador de alta tensión. Se alimenta a 4 volts a partir de la tensión de las pilas, y genera 9 volts para el módulo amplificador y el medidor de impulsos, y unos 1.400 volts como tensión primaria para alimentar los tubos fotomultiplicadores.
La alta tensión se consigue a partir de un transformador seguido de un multiplicador Crockoft-Walton de tres pasos, y tras pasar a través de una resistencia de 5.1 Mohms es estabilizada a 1.254 Voltsmediante un pequeño tubo de descarga de gas (made in CCCP), del tipo VA-H-504 A, rotulado en el esquema como Cs 101.
Módulo de fuente de alimentación conmutada
La alimentación, como ya he dicho, procede de cinco pilas R-20, de las cuales 4 de ellas se utilizan para el circuito del detector propiamente dicho, mientras que la quinta sólo sirve para encender la bombilla que ilumina el instrumento indicador. El consumo total del RAM 63 es de unos 45-50 miliamperios.
Módulo de pilas y ajuste inicial
También el módulo de alimentación tiene sus rarezas, ya que en serie con los 6 volts de las pilas hay un potenciómetro de 100 Ohms, que corresponde con el mando frontal "ABGLEICH", el cual permite efectuar el ajuste inicial ya citado.
La presencia de este rudimentario sistema evita sin duda que la circuitería tenga que ser complicada con estabilizadores de tensión adicionales, y permite además colocar baterías de Niquel-Cadmio (1.2 volts/unidad), en lugar de pilas normales (1.5 volts/unidad).
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LAS SONDAS DE CENTELLEO
A diferencia de la pequeñez de un tubo Geiger convencional, lo primero que destaca de las sondas de centelleo es su tamaño y peso considerable. La de alfas mide 23 x 5 cm. y pesa 0.5 kg, y la de beta-gammas es de 27 x 5 cm. y pesa 0.7 kg. La diferencia entre ambas está motivada por la distinta naturaleza de las partículas que han de detectar.
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La radiación alfa es muy ionizante, pero al estar formada por núcleos de Helio (dos protones + dos neutrones) tiene muy poco poder de penetración, siendo frenada por 3 ó 4 cm. de aire, por nuestra piel o por una simple hoja de papel. Ya que es muy fácil que capture un par de electrones y se convierta en un átomo de Helio normal, estable e inocuo. Por este motivo, el cristal centelleador debe tener muy poco grosor, apenas una capa de pocas micras, y suele estar fabricado, como en este caso, de sulfuro de zinc dopado con plata.
A causa del principio de funcionamiento por centelleo, la ventana frontal de la sonda ha de impedir el paso de luz externa pero no de las partícula alfa, por este motivo suele utilizarse una lámina de Mylar, cuyo grosor también es de pocas micras y no atenúa demasiado este tipo de radiación.
Todos estos problemas no existen con las beta, formadas por electrones (y a veces por positrones), cuya penetración en el aire es de varios metros, siendo variable en las sustancias sólidas no metálicas según su naturaleza. Los metales, en cambio, las detienen hasta con un mínimo espesor, por ejemplo un simple papel de aluminio de cocina.
Las gamma, a diferencia de las dos anteriores, son radiaciones electromagnéticas sin masa, de igual naturaleza que las ondas de radio, la luz o los rayos X, aunque de frecuencia muchísimo más alta y por tanto portadoras de mayor energía. Su poder de penetración es altísimo, de muchos metros, incluso en hormigón. Siendo atenuadas, aunque nunca totalmente, por espesores considerables de agua o más eficazmente por plomo.
Los cristales centelleadores para betas y gammas suelen ser de tamaño físico mucho mayor que los de las alfas (lo cual motiva en nuestro caso la diferencia de tamaño y peso de las sondas), ya que estas dos radiaciones interaccionan menos con la materia y por tanto los rastros luminosos son más débiles y fugaces.
Normalmente, para las betas se utilizan sustancias como el antraceno, y para gammas el yoduro de sodio dopado con talio. El RAM 63, a falta de traducir correctamente el texto alemán, entiendo que utiliza un "cristal" plástico fluorescente, tal vez de poliestireno dopado con p-Terpenyl, que responde tanto a betas como gammas.
La discriminación entre ambas radiaciones se efectúa aquí de manera fácil mediante una tapa-filtro removible de aluminio que se enrosca en la ventana frontal, y que naturalmente, sólo deja pasar las gammas.
Imagen, no demasiado buena, del despiece de la sonda beta-gamma copiada del manual
Leyenda: - 31 parte electrónica - 32 conector a la unidad principal - 33 conector del tubo fotomultiplicador - 34 tubo fotomultiplicador - 35 anillo separador - 36 cristal centelleador - 37 tubo de aluminio de la carcasa - 38 tubo contenedor del cristal - 39 tornillos de sujeción - 40 tapa-filtro de aluminio para gammas - 41 muestra radiactiva de gammas de Cesio 167 - 42 sujeciones del circuito impreso.
El siguiente esquema muestra los circuitos contenidos en cada una de las sondas, dándose el caso que he detectado algunos pequeños errores de dibujo que he corregido y marcado en azul:
Para empezar vemos que los dos tubos fotomultiplicadores son del mismo tipo, M12FS35, variando naturalmente el cristal centelleador: VA-S-101 para el detector alfa y VA-S-113 para el beta/gamma.
Esquema interno de las sondas alfa y beta-gamma ( "Click" para agrandar )
El tubo fotomultiplicador es un tubo de vacío especial que actúa como una célula fotoeléctrica de altísima sensibilidad, pudiendo detectar rastros de luz invisibles para el ojo humano.
Como se desprende del diagrama, vemos que tiene un fotocátodo recubierto de una sustancia especial que al recibir luz emite electrones. Estos son acelerados por el campo eléctrico (en este caso de 1.254 volts.) y van chocando sucesivamente con una serie de ánodos intermedios, llamados dínodos, que en número de 12 están conectados eléctricamente en escalones de unos 100 volts hacia un potencial de cada vez más positivo. El efecto resultante de esta disposición es que en cada choque contra un dínodo se produce la emisión de nuevos electrones secundarios que de forma proporcional multiplican el número de los incidentes. De esta manera, los pocos electrones creados por la luz del centelleo en el cátodo en la ventana de entrada se convierten en un chorro de cientos de miles y aún millones al llegar al ánodo final, de donde se recoge la señal amplificada resultante.
Vemos que en ambos circuitos la polarización del tubo es la misma, pero no el circuito amplificador asociado a la salida. En el diagrama superior, correspondiente al detector de alfas, el transistor está montado en configuración clásica de emisor común, y tiene dos salidas de señal: la invertida, desde el colector y hacia la pata 1 del conector del colector, y una directa de media impedancia a partir del emisor, aunque esta última no se utiliza para nada, ya que acaba en la pata 5 sin conexión posterior.
La regulación de la amplificación de esta etapa se efectúa, como ya se ha dicho, variando la impedancia de salida de colector (y por tanto la ganancia), mediante el potenciómetro R6 situado en el módulo amplificador de entrada de la unidad central.
En el circuito de la sonda beta-gamma, situado en la parte baja del diagrama, el transistor está conectado como seguidor de emisor y no amplifica la señal de entrada, limitándose a actuar como adaptador de impedancia, de la muy alta de salida del tubo a la de 6,2 Kohms que es conducida a su vez por la pata 4 del conector hacia la base del primer transistor amplificador de la unidad central.
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INSTALACIÓN DE UN CHIVATO SONORO PARA LOS IMPULSOS
El siguiente paso fue instalar el chivato sonoro para indicar las partículas detectadas. A este respecto, he visto muchos montajes en que los circuitos utilizados son del tipo "beeper", es decir, zumbadores electrónicos que lanzan un breve "beep" a cada impulso recibido. Sin embargo, aunque sea por estética, yo prefiero el "cri-cric" tradicional, es más clásico y menos "digital", como corresponde al RAM 63 ya su época, o tal vez sea porque el cine nos tiene acostumbrados a ese sonido asociado a la radiactividad desde los tiempos de la guerra fría.
En primer lugar y antes de decidir qué circuito usar y dónde conectarlo, me propuse comprobar si había sitio físico para colocarlo en el interior de la caja. Intenté desmontar el chasis interno y me encontré con el problema que no había manera de quitar los botones selectores de los mandos frontales.
Los tornillos se habían oxidado con el tiempo, y en alguna reparación anterior debieron romperse sus cabezas, de manera que el destornillador giraba en el agujero sin poder agarrar. Para solucionarlo no me quedó otro remedio de utilizar una broca de acero-cobalto y con el Dremel ir comiéndome uno a uno los tornillos y las tuercas internas hasta llegar al eje, siempre con todo cuidado para no afectar la guía interna de baquelita y poder sustituir más tarde los elementos deteriorados.
Desmontaje de los botones bloqueados
Después de extraer el chasis interno de su caja comprobé cómo el espacio era bastante escaso, pero en el interior del frontal pude hallar una zona de unos 3,5 cm de diámetro, situada a la derecha de los mandos "ZEITKONSTANTE" y "ABGLEICH" que me permitiría colocar un pequeño altavoz del tipo utilizado en los teléfonos de mesa "manos libres".
Con una fresa y el Dremel taladré una forma de media luna y confeccioné un soporte separador de la misma forma adaptado al altavoz, quedando instalado y sujeto como muestra la fotografía de abajo.
El mini-altavoz y su soporte separador, y sistema de fijación del mismo a la caja externa
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Aprovechando que tenía la caja desmontada, procedí también a taladrar el agujero para el conector DIN de 5 patas destinado a la salida de señal para el PC.
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A la vez, para poder controlar el volumen del chivato, cambié el interruptor LITCH, de la luz del dial, por un potenciómetro de eje metálico de 47 K. logarítmico y con interruptor, ya que no quería perder la opción de iluminar el dial.
En cuanto al la señal de origen para el sonido, indudablemente, el mejor sitio para tomarla era de la salida del circuito Schmitt, en concreto del colector del transistor T5, ya que en este punto todos los impulsos tendrían la misma amplitud, y ya estarían filtrados del posible ruido presente a la salida de los amplificadores.
Puntos de salida de señal analógica y de impulsos en el circuito impreso principal
Después de algunas pruebas, el circuito quedó como muestra el diagrama inferior:
Circuito del amplificador de audio
El circuito es un Darglinton de tres etapas con transistores de silicio PNP del tipo 2SA733 (aunque puede utilizarse cualquier equivalente BC PNP de señal) y la entrada está acoplada en continua al colector de T5 a través de un diodo 1N4148 y de una resistencia limitadora de 39 K, la cual evita que carguemos demasiado la salida de 750 Ohms de impedancia y que ello pueda afectar a la lectura del contador.
En cuanto al diodo de silicio, es necesario para sumar su umbral a las uniones P-N de las bases de los tres transistores y compensar la tensión en reposo que tiene el colector de T5 a causa de la configuración Schmitt.
El potenciómetro de volumen actúa con buena progresividad variando la tensión de colector del transistor intermedio y por lo tanto la ganancia de la señal, y el altavoz, de unos 30 Ohms de impedancia, está acoplado directamente al colector del transistor final.
La alimentación va directamente a la los - 6 voltios que proporcionan las 4 pilas R-20, saltándose por lo tanto el potenciómetro de ajuste de 100 Ohms "ABGLEICH".
La idea al probar semejante circuito era, aparte de su sencillez y tamaño reducido, el tener una amplificación notable y conseguir que los brevísismos impulsos presentes a la salida del Schmitt, inferiores al microsegundo, se "extendieran" por distorsión de su base a algunos milisegundos con que atacar el altavoz de manera audible.
Una vez montado sobe una placa perforada, encontré un sitio perfecto para sujetarlo con soportes de latón en forma de "U" entre la base de su chasis interno y los potenciómetros de ajuste, dejando a la vez espacio para algún otro pequeño circuito que necesitara instalar en el futuro.
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En cuanto al "acabado" en el panel frontal, cuya estética no quería perjudicar, quedó resuelta de forma bastante honrosa perforando la carátula de aluminio con taladros de 1 mm. en una matriz rectangular,excepto en las zonas impresas en blanco.
Taladro en forma de media luna en el frontal. Rejilla de salida de sonido sobre los dos mandos superiores.
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MEJORA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL CIRCUITO
Bien, ahora ya podía oír los típicos "cri-criks" de las partículas detectadas. El volumen sonoro era adecuado y la regulación del nuevo potenciómetro progresiva. Sin embargo, al conectar el osciloscopio para buscar el mejor punto donde tomar señal hacia el exterior, me llevé una sorpresa.
La señal a la salida de los amplificadores T1-T2-T3, como muestra el oscilograma inferior, era extraordinariamente "sucia", con un fuerte componente alterno de alta frecuencia de más de 200 mV. y un "escalón" de varios milisegundos posterior a impulso de partícula recibido, de manera que la verdadera señal, a veces inferior a 50 mV. y de una duración de 3-5 microsegundos, era casi imperceptible.
Me pregunté cómo con semejante bodrio de señal el detector podía seguir funcionando. Al parecer, esto era posible porque el Schmitt ignoraba el ruido y seleccionaba solamente los flancos bruscos de subida. A mi modo de ver una manera muy poco elegante, tal vez fortuita, de hacer andar un circuito mal diseñado.
Señal de ruido inducido por la fuente en los amplificadores
Semejante señal no podía provenir del tubo fotomultiplicador, del que como máximo esperaría ruido blanco aleatorio. Enseguida pensé en algún problema de la fuente de alimentación conmutada, especialmente en condensadores electrolíticos secos, ya que en los treinta y pico de años que seguramente tenía aquel aparato, había tiempo de sobra para que de ellos sólo quedara la carcasa.
Procedí por lo tanto a desmontar la fuente, que como ya he dicho, no solamente proporciona la alta tensión para el tubo fotomultiplicador, sino también - 9 volts destinados a alimentar los módulos de amplificación y del medidor de señal.
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Para mi sorpresa, al medir los condensadores por el método "balístico", me di cuenta de que estaban en perfecto estado, con más capacidad incluso que su valor nominal. Revisando de nuevo el circuito de salida de -9 Volts. Decidí cambiar los electrolíticos de filtro rotulados como C101 y C108, de 10 y 50 microfaradios, por otros mucho más bestias. Coloqué dos de 1.000 microfaradios y la cosa mejoró muchísismo. De 200 mV. de ruido bajó a unos 50. Y mucho más cuando uní sus positivos directamente a masa y sustituí la resistencia R105, de 100 Ohms, por una inductancia, que aún ignorando el valor, presentaba una fuerte impedancia al paso del rizado de alterna pero sólo 10 Ohms al paso de la corriente continua.
Modificaciones en los filtros del circuito de la fuente conmutada
Ahora tenía el "ruido" limitado a unos 15 milivoltios, ¡menos de una décima parte que antes! Y se había eliminado además el "escalón" posterior al impulso de activación.
Averigüé que dicho escalón lo producía el circuito monoestable del instrumento indicador, ya que variaba con las diferentes escalas de sensibilidades. Y la causa concreta era la caída de tensión que este circuito provocaba en la tensión de – 9 durante su funcionamiento normal al mover la aguja y que afectaba a su vez a la ganancia de los amplificadores, ya que ambos módulos colgaban sin separaciones de la misma rama de alimentación.
Esto era sin duda otro error de diseño que por pura casualidad no había llegado a afectar demasiado al funcionamiento normal del aparato pero sí se revelaba al observar la señal.
En este punto volví a estudiar el asunto de las tomas de masa y la extraña disposición de las idas y venidas de las líneas de alimentación, y decidí cortar por lo sano. Decididamente, el desconocido diseñador que hizo aquello tenía sus propias ideas sobre el principio básico en electrónica que aconseja a dichas líneas ser lo más cortas y concentradas posibles, para evitar caídas de tensión innecesarias y corrientes en el propio chasis que acaben causando realimentaciones y emborronando las señales más débiles.
Aspecto de la modificación efectuada en la fuente
Por otra parte, había también detectado que aún con el interruptor cerrado existía en las pilas un consumo de corriente de unos 25 microampers. El cual, aún siendo insignificante, indicaba que algo no estaba bien.
Dicho consumo variaba de forma exponencial al apagar el aparato, desde 1 mA. al principio hasta el valor estable final, y ello me dio la pista de estar causado por algún condensador electrolítico que seguía conectado y, posiblemente, quedaba con la polaridad invertida al cerrar el interruptor y separarse por tanto el positivo de masa mientras la misma tensión se mantenía a otras partes del circuito.
Corté de ahí y de allá, cambié disposiciones y eliminé en lo posible las idas y venidas de las líneas de masa, especialmente aquella larguísima que iba hasta las sondas a través del cable. Conseguí que el interruptor OFF-ON lo cortara "todo",concentrando además las líneas de alimentación en un solo terminal del chasis, y añadiendo posteriormente otro condensador de 1.000 microfaradios a la línea de – 4 volts, justo a la entrada de la fuente conmutada, para evitar el "retorno" que su consumo causaba tras el potenciómetro de ajuste "ABGLEICH"
La nueva señal de ruido debida a la alimentación era ahora de sólo 5 mV, 40 veces menos que antes, y una vez conectada la sonda, las señales de salida provocadas por las desintegraciones radiactivas de la Autunita eran ahora perfectamente visibles y "proporcionales", destacando claramente sobre el ruido blanco del fotomultiplicador, que antes ni se veía.
Nueva señal casi sin ruido, y clarísimos impulsos procedentes del mineral de Uranio, Autunita
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INSTALACIÓN DE UNA SALIDA DE SEÑAL PARA PC
A partir de aquí todo fue "coser y cantar". Tomé la señal de salida del emisor de T3, a través de una resistencia de 39 K. y la conduje con un cable coaxial hasta la pata 5 del conector DIN. La salida de impulsos del Schmitt también llega a la pata 4 de dicho conector desde el colector de T5, a través otra resistencia igual, y las tomas de alimentación de 6 volts van el negativo (-) a la pata 1 y el positivo (+) a la 2, dejando la central nº 3 como punto de masa.
Nuevo esquema modificado, con el amplificador-testigo de sonido y el conector DIN ( "Click" para agrandar )
Hasta aquí la primera toma de contacto con el RAM 63, un instrumento que estoy seguro me servirá para llevar a cabo experiencias posteriores en este apasionante campo.
Queda aún bastante información que descifrar del manual de funcionamiento, especialmente tablas y párrafos de larguísimas palabras en la lengua de Wagner que deberé dejar en manos de mi amigo Lothar, eso cuando consiga localizarlo en un intermedio de sus muchos viajes.
Queda pendiente también la realización de algunas muestras de gamma y beta-gamma, que solamente podré calibrar con la ayuda del medidor Ludum profesional de Juan Luis, un técnico inspector de instalaciones de rayos X, que cada seis meses pasa por la empresa donde trabajo para efectuar revisiones.
...En resumen, en referencia al RAM 63 ya las posibilidades que brinda, queda mucho trabajo por delante, y también muchas ganas de llevarlo a cabo. Así que este tema continuará...