Независимо дали ни харесва или не, радиацията е навлязла здраво в живота ни и няма да си отиде. Трябва да се научим да живеем с това явление, което е едновременно полезно и опасно. Лъчението се проявява като невидимо и незабележимо излъчване и без специални устройства е невъзможно да се открие.

Малко история на радиацията

Рентгеновите лъчи са открити през 1895 г. Година по-късно е открита радиоактивността на урана, също във връзка с рентгеновите лъчи. Учените разбраха, че са изправени пред напълно нови, невиждани досега природни явления. Интересно е, че явлението радиация е забелязано няколко години по-рано, но не му е придадено никакво значение, въпреки че Никола Тесла и други работници от лабораторията на Едисън също са получили изгаряния от рентгенови лъчи. Увреждането на здравето се приписваше на всичко, но не и на лъчите, които живите същества никога не бяха срещали в такива дози. В самото начало на 20-ти век започват да се появяват статии за вредното въздействие на радиацията върху животните. На това също не се придаваше никакво значение до сензационната история с „радиевите момичета” – работнички във фабрика, произвеждаща светещи часовници. Те просто намокрят четките с върха на езика си. Ужасната съдба на някои от тях дори не беше публикувана по етични причини и остана изпитание само за здравите нерви на лекарите.

През 1939 г. физикът Лизе Майтнер, който заедно с Ото Хан и Фриц Щрасман принадлежи към хората, които първи в света са разделили ядрото на урана, неволно изтърва възможността за верижна реакция и от този момент започна верижна реакция на идеи за създаване на бомба, а именно бомба, а не изобщо „мирен атом“, за който кръвожадните политици от 20-ти век, разбира се, не биха дали нито стотинка. Тези, които бяха „запознати“ вече знаеха до какво ще доведе това и надпреварата в атомното въоръжаване започна.

Как се появи броячът на Гайгер-Мюлер?

Немският физик Ханс Гайгер, който е работил в лабораторията на Ернст Ръдърфорд, през 1908 г. предлага принципа на работа на брояча на „заредени частици“ като по-нататъшно развитие на вече известната йонизационна камера, която представлява електрически кондензатор, пълен с газ при ниска температура. налягане. Използван е от Пиер Кюри през 1895 г. за изследване на електрическите свойства на газовете. Гайгер имаше идеята да го използва за откриване на йонизиращо лъчение именно защото тези лъчения имаха пряк ефект върху степента на йонизация на газа.

През 1928 г. Валтер Мюлер, под ръководството на Гайгер, създава няколко вида радиационни броячи, предназначени да регистрират различни йонизиращи частици. Създаването на броячи беше много спешна необходимост, без която беше невъзможно да се продължи изследването на радиоактивните материали, тъй като физиката като експериментална наука е немислима без измервателни уреди. Гайгер и Мюлер целенасочено работят за създаването на броячи, които са чувствителни към всеки от откритите видове радиация: α, β и γ (неутроните са открити едва през 1932 г.).

Броячът на Geiger-Muller се оказа прост, надежден, евтин и практичен детектор на радиация. Въпреки че не е най-точният инструмент за изследване на специфични видове частици или радиация, той е изключително подходящ като инструмент за общо измерване на интензитета на йонизиращото лъчение. И в комбинация с други детектори, той се използва от физиците за прецизни измервания по време на експерименти.

Йонизиращо лъчение

За да разберете по-добре работата на брояча на Гайгер-Мюлер, е полезно да имате разбиране за йонизиращото лъчение като цяло. По дефиниция те включват всичко, което може да причини йонизация на вещество в нормалното му състояние. Това изисква определено количество енергия. Например радиовълните или дори ултравиолетовата светлина не са йонизиращи лъчения. Границата започва с „твърд ултравиолет“, известен също като „мек рентгенов лъч“. Този тип е фотонно излъчване. Високоенергийните фотони обикновено се наричат ​​гама кванти.

Ернст Ръдърфорд е първият, който разделя йонизиращото лъчение на три вида. Това беше направено в експериментална настройка с помощта на магнитно поле във вакуум. По-късно се оказа, че това е:

α - ядра на хелиеви атоми
β - електрони с висока енергия
γ - гама кванти (фотони)

По-късно са открити неутроните. Алфа частиците лесно се блокират дори от обикновена хартия, бета частиците имат малко по-голяма проникваща способност, а гама лъчите имат най-голяма проникваща способност. Най-опасни са неутроните (на разстояние до много десетки метри във въздуха!). Поради тяхната електрическа неутралност те не взаимодействат с електронните обвивки на молекулите на веществото. Но след като попаднат в атомното ядро, вероятността от което е доста висока, те водят до неговата нестабилност и разпадане, като по правило се образуват радиоактивни изотопи. А те, от своя страна, разлагайки се, сами образуват целия „букет” от йонизиращо лъчение. Най-лошото е, че сам облъчен обект или жив организъм се превръща в източник на радиация за много часове и дни.

Конструкцията на брояча на Гайгер-Мюлер и принципа на неговото действие

Газоразрядният брояч на Geiger-Muller обикновено се прави под формата на запечатана тръба, стъкло или метал, от която се извежда въздухът и вместо това се добавя инертен газ (неон или аргон или смес от двете) под ниско налягане , с примес на халогени или алкохол. По оста на тръбата е опъната тънка тел, а коаксиално с нея е разположен метален цилиндър. И тръбата, и телта са електроди: тръбата е катод, а телта е анод. Минус от източник на постоянно напрежение е свързан към катода, а плюс от източник на постоянно напрежение е свързан към анода чрез голямо постоянно съпротивление. Електрически се получава делител на напрежение, в чиято средна точка (мястото на съпротивлението и анода на измервателния уред) напрежението е почти равно на напрежението на източника. Това обикновено е няколкостотин волта.

Когато йонизираща частица лети през тръбата, атомите на инертния газ, които вече са в електрическо поле с висок интензитет, изпитват сблъсъци с тази частица. Енергията, отделена от частицата по време на сблъсък, е достатъчна, за да отдели електрони от газови атоми. Получените вторични електрони сами са способни да образуват нови сблъсъци и по този начин се получава цяла лавина от електрони и йони. Под въздействието на електрическо поле електроните се ускоряват към анода, а положително заредените газови йони се ускоряват към катода на тръбата. Така възниква електрически ток. Но тъй като енергията на частицата вече е изразходвана за сблъсъци, напълно или частично (частицата е прелетяла през тръбата), доставката на йонизирани газови атоми също приключва, което е желателно и се осигурява с някои допълнителни мерки, за които ще говорим относно при анализиране на параметрите на броячите.

Когато заредена частица навлезе в брояч на Гайгер-Мюлер, поради получения ток, съпротивлението на тръбата пада, а с него и напрежението в средната точка на делителя на напрежението, което беше обсъдено по-горе. Тогава съпротивлението на тръбата, поради увеличаване на нейното съпротивление, се възстановява и напрежението отново става същото. Така получаваме импулс с отрицателно напрежение. Чрез преброяване на импулсите можем да оценим броя на преминаващите частици. Силата на електрическото поле е особено висока в близост до анода поради малкия му размер, което прави брояча по-чувствителен.

Конструкции на броячи на Гайгер-Мюлер

Съвременните броячи на Geiger-Muller се предлагат в две основни версии: „класически“ и плоски. Класическият брояч е изработен от тънкостенна метална тръба с гофриране. Гофрираната повърхност на измервателния уред прави тръбата твърда, устойчива на външно атмосферно налягане и не позволява да се набръчка под негово въздействие. В краищата на тръбата има уплътнителни изолатори от стъкло или термореактивна пластмаса. Те също така съдържат клемни капачки за свързване към веригата на устройството. Тръбата е маркирана и покрита с издръжлив изолационен лак, без да се броят, разбира се, нейните клеми. Полярността на клемите също е посочена. Това е универсален брояч за всички видове йонизиращи лъчения, особено бета и гама.

Чувствителните към меко β-лъчение броячи са направени по различен начин. Поради малкия обхват на бета частиците, те трябва да бъдат направени плоски, със слюден прозорец, който слабо блокира бета радиацията; една от опциите за такъв брояч е радиационен сензор БЕТА-2. Всички други свойства на измервателните уреди се определят от материалите, от които са направени.

Броячите, предназначени за регистриране на гама лъчение, съдържат катод, изработен от метали с високо зарядно число, или са покрити с такива метали. Газът е изключително слабо йонизиран от гама фотони. Но гама фотоните са в състояние да избият много вторични електрони от катода, ако той е избран по подходящ начин. Броячите на Geiger-Muller за бета частици са направени с тънки прозорци за по-добро предаване на частиците, тъй като те са обикновени електрони, които току-що са получили повече енергия. Те взаимодействат много добре с материята и бързо губят тази енергия.

В случая с алфа частиците ситуацията е още по-лоша. И така, въпреки много приличната енергия от порядъка на няколко MeV, алфа частиците взаимодействат много силно с молекулите по пътя си и бързо губят енергия. Ако материята се сравни с гора, а електронът с куршум, тогава алфа частиците ще трябва да се сравнят с танк, който се разбива в гора. Въпреки това конвенционалният брояч реагира добре на α-лъчение, но само на разстояние до няколко сантиметра.

За обективна оценка на нивото на йонизиращо лъчение дозиметриУниверсалните измервателни уреди често са оборудвани с два брояча, работещи паралелно. Единият е по-чувствителен към α и β радиация, а вторият към γ лъчи. Тази схема на използване на два брояча е реализирана в дозиметър RADEX RD1008и в дозиметър-радиометър РАДЕКС МКС-1009, в който е монтиран брояча БЕТА-2И БЕТА-2М. Понякога между броячите се поставя прът или плоча от сплав, съдържаща примес на кадмий. Когато неутроните ударят такава лента, се генерира γ-лъчение, което се записва. Това се прави, за да може да се открие неутронно лъчение, към което простите броячи на Гайгер са практически нечувствителни. Друг метод е да покриете корпуса (катода) с примеси, които могат да придадат чувствителност към неутрони.

Към газа се добавят халогени (хлор, бром) за бързо гасене на изхвърлянето. Алкохолните пари също служат за същата цел, въпреки че алкохолът в този случай е краткотраен (това обикновено е характеристика на алкохола) и „отрезвеният“ измервателен уред постоянно започва да „звъни“, тоест не може да работи в предвидения режим . Това се случва някъде след като са засечени 1e9 импулси (милиард), което не е толкова много. Метрите с халогени са много по-издръжливи.

Параметри и режими на работа на броячите на Гайгер

Чувствителност на броячите на Гайгер.

Чувствителността на брояча се оценява чрез съотношението на броя на микрорентгените от референтния източник към броя на импулсите, причинени от това лъчение. Тъй като броячите на Гайгер не са проектирани да измерват енергията на частиците, точната оценка е трудна. Броячите се калибрират с помощта на референтни източници на изотопи. Трябва да се отбележи, че този параметър може да варира значително за различните видове броячи; по-долу са параметрите на най-често срещаните броячи на Geiger-Muller:

Брояч на Гайгер-Мюлер Бета-2- 160 ÷ 240 имп/µR

Брояч на Гайгер-Мюлер Бета-1- 96 ÷ 144 имп/µR

Брояч на Гайгер-Мюлер СБМ-20- 60 ÷ 75 имп/µR

Брояч на Гайгер-Мюлер СБМ-21- 6,5 ÷ 9,5 имп/µR

Брояч на Гайгер-Мюлер СБМ-10- 9,6 ÷ 10,8 имп/μR

Зона на входния прозорец или работна зона

Областта на сензора за радиация, през която летят радиоактивни частици. Тази характеристика е пряко свързана с размерите на сензора. Колкото по-голяма е площта, толкова повече частици ще улови броячът на Гайгер-Мюлер. Обикновено този параметър се посочва в квадратни сантиметри.

Брояч на Гайгер-Мюлер Бета-2- 13,8 см 2

Брояч на Гайгер-Мюлер Бета-1- 7 см 2

Това напрежение съответства приблизително на средата на работната характеристика. Работната характеристика е плоската част от зависимостта на броя на записаните импулси от напрежението, поради което се нарича още "плато". В този момент се постига най-високата работна скорост (горна граница на измерване). Типичната стойност е 400 V.

Широчина на работната характеристика на брояча.

Това е разликата между напрежението на искровото пробив и изходното напрежение на плоската част на характеристиката. Типичната стойност е 100 V.

Наклон на работната характеристика на измервателния уред.

Наклонът се измерва като процент импулси на волт. Характеризира статистическата грешка на измерванията (преброяване на броя на импулсите). Типичната стойност е 0,15%.

Допустима работна температура на измервателния уред.

За измервателни уреди с общо предназначение -50 ... +70 градуса по Целзий. Това е много важен параметър, ако измервателният уред работи в камери, канали и други места със сложно оборудване: ускорители, реактори и др.

Работен ресурс на брояча.

Общият брой импулси, които измервателният уред регистрира, преди показанията му да започнат да стават неправилни. За устройства с органични добавки самозагасването обикновено е 1e9 (десет на девета степен или един милиард). Ресурсът се отчита само ако към измервателния уред е приложено работно напрежение. Ако броячът просто се съхранява, този ресурс не се изразходва.

Брояч на мъртво време.

Това е времето (времето за възстановяване), през което броячът провежда ток, след като е бил задействан от преминаваща частица. Наличието на такова време означава, че има горна граница на честотата на импулса и това ограничава обхвата на измерване. Типичната стойност е 1e-4 s, което е десет микросекунди.

Трябва да се отбележи, че поради мъртвото време сензорът може да бъде „извън мащаба“ и да остане безшумен в най-опасния момент (например спонтанна верижна реакция в производството). Такива случаи е имало и за борба с тях се използват оловни екрани, които покриват част от сензорите на аварийните алармени системи.

Персонализиран фон на брояча.

Измерва се в дебелостенни оловни камери за оценка на качеството на измервателните уреди. Типичната стойност е 1 ... 2 импулса в минута.

Практическо приложение на броячите на Гайгер

Съветската и сега руската индустрия произвежда много видове броячи на Geiger-Muller. Ето някои често срещани марки: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, измервателни уреди от серията Gamma, крайни броячи от серията Бета"и има много други. Всички те се използват за мониторинг и измерване на радиация: в съоръжения на ядрената индустрия, в научни и образователни институции, в гражданската защита, медицината и дори в ежедневието. След аварията в Чернобил, битови дозиметри, неизвестни досега на населението дори по име, станаха много популярни. Появиха се много марки битови дозиметри. Всички те използват брояч на Гайгер-Мюлер като сензор за радиация. В битовите дозиметри се монтират една до две тръби или крайни броячи.

ЕДИНИЦИ ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА РАДИАЦИОННИ ВЕЛИЧИНИ

Дълго време мерната единица P (рентген) беше обичайна. При преминаване към системата SI обаче се появяват други единици. Рентгеновото лъчение е единица експозиционна доза, „количество радиация“, което се изразява като броя йони, произведени в сух въздух. При доза от 1 R се образуват 2,082e9 двойки йони в 1 cm3 въздух (което съответства на 1 единица заряд на SGSE). В системата SI експозиционната доза се изразява в кулони на килограм, а при рентгеновите лъчи това е свързано с уравнението:

1 C/kg = 3876 R

Погълнатата доза радиация се измерва в джаули на килограм и се нарича Грей. Това е заместител на остарелия радиатор. Мощността на абсорбираната доза се измерва в грейове за секунда. Мощността на експозиционната доза (EDR), която преди се измерваше в рентгени за секунда, сега се измерва в ампери на килограм. Еквивалентната радиационна доза, при която погълнатата доза е 1 Gy (грей), а коефициентът на качество на радиацията е 1, се нарича Sievert. Rem (биологичен еквивалент на рентгенова снимка) е стотна от сиверт, сега се счита за остаряла. Въпреки това, дори и днес всички остарели единици се използват много активно.

Основните понятия в радиационните измервания са доза и мощност. Дозата е броят на елементарните заряди в процеса на йонизация на веществото, а мощността е скоростта на образуване на дозата за единица време. А в какви мерни единици се изразява това е въпрос на вкус и удобство.

Дори минималната доза е опасна от гледна точка на дългосрочни последици за тялото. Изчисляването на опасността е съвсем просто. Например вашият дозиметър показва 300 милирентгена на час. Ако останете на това място за един ден, ще получите доза от 24 * 0,3 = 7,2 рентгена. Това е опасно и трябва да напуснете възможно най-скоро. По принцип, ако откриете дори слабо излъчване, трябва да се отдалечите от него и да го проверите дори от разстояние. Ако тя ви „последва“, можете да бъдете „поздравени“, ударени сте от неутрони. Но не всеки дозиметър може да реагира на тях.

За източници на радиация се използва величина, характеризираща броя на разпаданията за единица време; тя се нарича активност и също се измерва с много различни единици: кюри, бекерел, Ръдърфорд и някои други. Количеството активност, измерено два пъти с достатъчно разстояние във времето, ако намалее, позволява да се изчисли времето, съгласно закона за радиоактивния разпад, когато източникът стане достатъчно безопасен.

Нивото на радиоактивния фон се измерва с помощта на специален уред - дозиметър. Може да бъде закупен в специализиран магазин, но домашните занаятчии ще бъдат привлечени от друга възможност - правене на дозиметър със собствените си ръце. Домашната модификация може да бъде сглобена в няколко варианта, например от импровизирани средства или с инсталиране на измервателен уред SBM-20.

Естествено, ще бъде доста трудно да се сглоби професионален или многофункционален дозиметър. Битови преносими или индивидуални устройства регистрират бета или гама лъчение. Радиометърът е предназначен за изследване на конкретни обекти и отчитане на нивото на радионуклидите. Всъщност дозиметърът и радиометърът са две различни устройства, но битовите версии често съчетават и първото, и второто. Тънката терминология играе роля само за специалистите, поради което дори комбинираните модели се наричат ​​общо – дозиметър.

Избирайки една от предложените схеми за монтаж, потребителят ще получи просто устройство с ниска чувствителност. Все още има полза от такова устройство: то е в състояние да записва критични дози радиация, това ще покаже реална заплаха за човешкото здраве. Въпреки факта, че домашното устройство е няколко пъти по-ниско от всеки домашен дозиметър от магазина, за да защитите собствения си животдоста е използваем.

Преди да изберете една от схемите за сглобяване за себе си, прочетете общите препоръки за производство на устройството.

1. За самостоятелно сглобено устройство изберете 400 волта метра, ако преобразувателят е проектиран за 500 волта, тогава трябва да регулирате настройката на веригата за обратна връзка. Допустимо е да се избере различна конфигурация на ценерови диоди и неонови лампи в зависимост от това каква схема на дозиметъра се използва при производството.
2. Изходното напрежение на стабилизатора се измерва с волтметър с входно съпротивление 10 MΩ. Важно е да се провери дали действително е равно на 400 волта; заредените кондензатори са потенциално опасни за хората, въпреки ниската им мощност.
3. В близост до брояча в корпуса са направени няколко малки дупки за проникване на бета радиация. Достъпът до вериги с високо напрежение трябва да бъде изключен; това трябва да се вземе предвид при инсталиране на устройството в корпуса.
4. Веригата на измервателния блок се избира въз основа на входното напрежение на преобразувателя. Свързването на устройството се извършва стриктно при изключено захранване и разреден запаметяващ кондензатор.
5. При естествен радиационен фондомашен дозиметър ще произведе около 30 - 35 сигнала за 60 секунди. Превишаването на индикатора показва високо йонно лъчение.

Схема No1 - елементарна

За да проектирате детектор за откриване на бета и гама лъчение „бързо и лесно“, тази опция е идеална. Какво ще ви трябва преди строителството:

• пластмасова бутилка или по-скоро гърло с капак;
• тенекия без капак с обработени ръбове;
• обикновен тестер;
• парче стоманена и медна тел;
• транзистор kp302a или който и да е kp303.

За да сглобите, трябва да отрежете гърлото на бутилката, така че да пасне плътно в тенекиената кутия. Тясна висока кутия, като кондензирано мляко, е най-добра. В пластмасовия капак са направени два отвора, където трябва да поставите стоманена тел. Единият му ръб е огънат в примка под формата на буквата "С", така че да се държи здраво върху капака; вторият край на стоманения прът не трябва да докосва кутията. След това капакът се завинтва.

Кракът на портата KP302a се завинтва към примка от стоманена тел, а клемите на тестера са свързани към дренажа и източника. Трябва да увиете медна жица около кутията и да закрепите единия край към черния терминал. Капризният и краткотраен транзистор с полеви ефекти може да бъде заменен, например, чрез свързване на няколко други с помощта на схема на Дарлингтън, основното е, че общото усилване трябва да бъде равно на 9000.

Домашният дозиметър е готов, но е необходим калибрирайте.За да направите това, се използва лабораторен източник на радиация, като по правило единицата на неговото йонно лъчение е посочена върху него.

Схема № 2 - монтаж на измервателния уред

За да сглобите дозиметър със собствените си ръце, обикновеният ще направи. брояч SBM-20- ще трябва да го закупите в специализиран магазин за радиочасти. Анод, тънък проводник, преминава по оста през запечатаната катодна тръба. Вътрешното пространство е запълнено с газ под ниско налягане, което създава оптимална среда за електрически пробив.

Напрежението на SBM-20 е около 300 - 500 V, трябва да се регулира така, че да се предотврати произволна повреда. Когато радиоактивна частица удари, тя йонизира газа в тръбата, създавайки голям брой йони и електрони между катода и анода. По същия начин броячът се задейства за всяка частица.

Важно е да се знае! За домашно устройство е подходящ всеки измервателен уред, проектиран за 400 волта, но SBM-20 е най-подходящ, можете да закупите популярния STS-5, но той е по-малко издръжлив.

Схема на дозиметърасе състои от два блока: индикатор и мрежов токоизправител, които са събрани в пластмасови кутии и свързани с конектор. Захранването е свързано към мрежата за кратък период от време. Кондензаторът се зарежда до напрежение 600 W и е източник на енергия за устройството.

Устройството се изключва от мрежата и от индикатора и се свързва към контактите на конектора телефони с висок импеданс. Кондензаторът трябва да е с добро качество, това ще удължи времето на работа на дозиметъра. Самоделно устройство може да работи 20 минути или повече.

Технически характеристики:

• токоизправителният резистор трябва да бъде избран оптимално с мощност на разсейване до 2 W;
• кондензаторите могат да бъдат керамични или хартиени, с подходящо напрежение;
• Можете да изберете всеки брояч;
• елиминирайте възможността за докосване на контактите на резистора с ръцете си

Естественият радиационен фон ще се регистрира като редки сигнали в телефоните, липсата на звуци означава, че няма захранване.

Схема № 3 с двупроводен детектор

Можете да конструирате домашен дозиметър с двужилен детектор; за това се нуждаете от пластмасов кондензатор, пропускателен кондензатор, три резистора и едноканален амортисьор.

Самият демпфер намалява амплитудата на трептенията и се монтира зад детектора, непосредствено до захранващия кондензатор, който измерва дозата. Подходящ само за този дизайн резонансни токоизправители, но разширителите практически не се използват. Устройството ще бъде по-чувствително към радиация, но ще изисква повече време за сглобяване.

Има и други схеми как сами да направите дозиметър. Радиолюбителите са разработили и тествали много варианти, но повечето са базирани на схемите, описани по-горе.

Тук BD1 е датчик за йонизиращо лъчение - брояч на Гайгер от типа SBM20. Високото напрежение на неговия анод образува блокиращ генератор (VT1, T1 и др.). На повишаващата намотка I на трансформатора T1 периодично се появяват импулси на напрежение с честота от няколко херца (f ≈ 1/R6C5), чиято амплитуда е близка до Uimp = (U C6 - 0,5) n 1 / n 2 = (9 - 0,5) 420/8 ≈ 450 V (U C6 ≈ 9 V е захранващото напрежение на блокиращия генератор, 0,5 V е импулсното напрежение на насищане на транзистора KT3117A; n 1 и n 2 са броят на завъртанията в намотките I и II на трансформатори). Тези импулси, чрез диоди VD1 и VD2, зареждат кондензатор C1, който по този начин се превръща в източник на енергия за брояча на Geiger. Диодът VD3, затихвайки импулса на обратно напрежение върху намотка II, предотвратява превключването на блокиращия осцилатор в режим на много по-високочестотен LC осцилатор.

Когато броячът на Гайгер се възбуди от β-частица или γ-квант, в него се появява токов импулс с кратко нарастване и дълъг спад. Съответно на анода му се появява импулс на напрежение със същата форма. Амплитудата му е най-малко 50 V.

Целта на единичния вибратор, направен на елементи DD1.1 и DD1.2, е да преобразува импулса, взет от анода на брояча на Гайгер, в "правоъгълен" импулс на цифров стандарт с времетраене timp ≈ 0,7 R4 C3 = 0,7 10 6 0 ,01 10 -6 = 7 ms. При формирането му резисторът R2 играе важна роля - той ограничава тока в защитните диоди на микросхемата до стойност, при която „нулевото“ напрежение на входа 8 на DD1.1 остава в рамките на .

Този 7-милисекунден „единичен” импулс постъпва на вход 6 на мултивибратора, направен на елементи DD1.3 и DD1.4, и създава необходимите условия за неговото самовъзбуждане. Мултивибраторът се възбужда с честота F ≈ 1/2 0,7 R7 C7 = 1/2 0,7 51 10 3 0,01 10 -6 = 1400 Hz, а пиезо емитер, свързан към неговите изходи във фаза, трансформира това възбуждане в кратко акустично щракване.

Печатната платка на индикатора е изработена от двустранно фолио фибростъкло ламинат с дебелина 1,5 мм. На фиг. a показва неговата монтажна страна, а на фиг. b - конфигурация на фолиото под частите (нулево фолио).

Почти всички резистори в индикатора са MLT-0.125 (R1 - KIM-0.125). Кондензатори: C1 - K73-9; S2 - КД-26; SZ, S7 и S8 -KM-6 или K10-17-2b; C4 и C6 - K50-40 или K50-35; C5 - K53-30. Черните квадратчета на фиг. b показва връзките на техните "заземени" клеми с нулевото фолио; черни квадрати със светла точка в центъра - връзки с нулевото фолио на някои фрагменти от печатната схема и щифт 7 на микросхемата.

Глюкомерът SBM20 се фиксира в желаната позиция с помощта на контактни стойки, които могат да бъдат направени например от кламери. Те се притискат към клемите на измервателния уред и се запояват към печатната платка (за здравина - от двете страни).

За да избегнете прегряване, което може да възникне при запояване на дебела стоманена тел, се препоръчва използването на добър поток.

Трансформатор T1 е навит върху пръстеновидно ядро ​​M3000NM (никел-манганов ферит) със стандартен размер K16 x 10 x 4,5 mm (външен диаметър x вътрешен диаметър x височина). Острите ръбове на сърцевината се заглаждат с шкурка и се покриват с електрически и механично здрава изолация, например, увита с тънка Mylar или флуоропластична лента.
Първо се навива намотка I, тя съдържа 420 навивки от проводник PEV-2-0.07. Намотката се извършва почти оборот до оборот, в една посока, като между началото и края му се оставя празнина от 1...2 mm. Намотка I е покрита със слой изолация и намотка II е навита отгоре - 8 оборота тел с диаметър 0,15...0,2 mm във всяка изолация - и намотка III - 3 оборота от същия проводник. Намотки II и III трябва да бъдат разпределени в сърцевината възможно най-равномерно. Разположението на намотките и техните клеми трябва да съответства на конструкцията на печатната платка, а тяхното фазиране - посочено на електрическата схема (синфазните краища на намотките - влизащи в отвора на сърцевината от едната страна - са обозначени с точки ).
Произведеният трансформатор е покрит със слой хидроизолация, например обвит с тясна лента от самозалепваща PVC лента. Трансформаторът е закрепен към платката с винт M3 с помощта на две еластични (непритиснати намотки) шайби (фиг.).

Монтираната платка е монтирана на предния панел (фиг.), изработена от удароустойчив полистирол с дебелина 2 mm, към който е залепен ъглов корпус за поемане на корунд (за да се избегнат последствията от разхерметизиране, не се препоръчва поставянето на захранване захранва директно в електронната част на устройствата). На този ъгъл са залепени ленти от същия полистирол, между които е поставена печатна платка. Платката е закрепена с винт M2 към опорна стойка, залепена към предния панел.

В предния панел се изрязва отвор с диаметър 30 ​​mm за пиезо емитер ZP-1 (ZP-1 може да се залепи в така образуваното гнездо или да се фиксира в него по друг начин).
Отвън този отвор може да бъде затворен с декоративна решетка. На предния панел е разположен и превключвател тип PD9-1.
Напълно сглобеният преден панел се вкарва в тялото на устройството - кутия с подходящи размери, изработена от същия полистирол. В стената на корпуса, непосредствено до брояча на Гайгер, е необходимо да се изреже правоъгълен отвор с размери 10 x 85 mm, който, за да се избегне отслабването на контролираното излъчване (маса), може да бъде блокиран само с рядка решетка .

Материал	Дебелина, мм	Коефициент на затихване
дуралуминий
Фолио фибростъкло
Удароустойчив полистирен
PVC електрическа лента	0,25
Полиетиленово фолио	0,05
Алуминиево фолио	0,02	1,02

Относно възможните замени.
Измервателят SBM20 се предлага в три модификации, различаващи се само в дизайна на клемите. Произвежданият по-рано измервателен уред STS5 също е близък по своите характеристики до SBM20.
Пиезоизлъчвателят ZP-1 също може да бъде заменен: излъчвателят ZP-22, който има същите размери, практически не му отстъпва по нищо.
Блокиращият осцилатор може да използва всеки силициев транзистор със средна честота, който има импулсно напрежение на насищане не по-високо от 0,5 V (при колекторен ток от 1...2 A) и коефициент на усилване на тока най-малко 50.
Диодите VD1 и VD2 могат да бъдат заменени с полюс KTs111A. При всякакви други замени трябва да обърнете внимание на обратния ток на диода - той не трябва да надвишава 0,1 μA. В противен случай радиационният индикатор, загубил своята енергийна ефективност, ще се превърне в съвсем обикновено устройство.

Индикаторът преобразува краткотраен токов импулс, генериран в брояч на Гайгер под въздействието на йонизираща частица, в акустично щракване. И ако реакцията на брояча SBM20 към естествения радиационен фон е, да речем, 18...25 импулса в минута, то точно това щракване на устройството ще чуе собственикът му. Ако се доближи толкова много до източника на радиация, че интензитетът на полето на йонизиращото лъчение, например, се удвои, тогава честотата на тези щракания също ще се удвои.

В тази статия ще намерите описание на прости дозиметрични схеми на брояча SBM-20, които имат достатъчна чувствителност и регистрират най-малките стойности на бета и гама радиоактивни частици. Схемата на дозиметъра е базирана на битов радиационен сензор тип SBM-20. Прилича на метален цилиндър с диаметър 12 mm и дължина около 113 mm. При необходимост може да бъде заменен със ZP1400, ZP1320 или ZP1310.

Проста схема на дозиметър на SBM-20

Дизайнът е свързан само с една AA батерия. Както знаете, работното напрежение на сензора SBM-20 е 400 волта, така че става необходимо да се използва преобразувател на напрежение.

Усилващият преобразувател се основава на прост блокиращ осцилатор. Импулсите с високо напрежение от вторичната намотка на трансформатора се коригират от високочестотен диод.

Ако броячът SBM-20 се намира извън зоната на излъчване, и двата транзистора VT2 и VT3 са затворени. Звуковите и светлинните аларми не са активни. Веднага щом радиоактивните частици ударят брояча, газът вътре в сензора се йонизира и на изхода му се появява импулс, който преминава към транзисторния усилвател и в високоговорителя на телефона се чува щракване и светодиодът светва.

При нисък интензитет на естествената радиация LED миганията и щраканията се повтарят на всеки 1…2 секунди. Това показва само нормален радиационен фон. С увеличаване на нивото на радиоактивност щракванията ще стават по-чести и при критични стойности ще се сливат в един непрекъснат пукащ звук, а светодиодът ще свети постоянно.

Тъй като дизайнът на любителското радио има микроамперметър, чувствителността на показанията се регулира с помощта на съпротивление за настройка.

Преобразувателният трансформатор е сглобен с помощта на бронирана сърцевина с диаметър 25 mm. Намотки 1-2 и 3-4 са направени от меден проводник с диаметър 0,25 mm и съдържат съответно 45 и 15 навивки. Вторичната намотка също е от медна тел, но с диаметър 0,1 mm - 550 оборота.

Опростен дизайн на брояч на радиоактивност на SBM-20 вариант 2

Основни технически характеристики на дозиметъра:

Дозиметърът е брояч на Гайгер SBM20. Блокиращият генератор генерира високо напрежение на своя анод - от повишаващата намотка на трансформатора импулсите следват през диодите VD1, VD2 и зареждат филтърния капацитет C1. Съпротивлението R1 е натоварването на измервателния уред.

Единичният вибратор е направен на елементи DD1.1, DD1.2, SZ и R4, които преобразуват импулси, идващи от брояча на Гайгер и имащи продължителен спад в правоъгълни. Генератор на аудио честота е направен с помощта на елементи DD1.3, DD1.4, C4 и R5. Прагов усилвател, сглобен на чипа DD2.

Напрежението върху капацитета C9 зависи от честотата на повторение на импулса от брояча на Geiger; когато достигне нивото на отваряне на транзистора, включен в DD2, светодиодът HL1 светва, чиято честота на мигане ще се увеличи с увеличаването на радиационните кванти, удрящи сензора.

Трансформатор Т1 е изработен ръчно върху пръстеновидно ядро ​​M3000NM K16x10x4.5 mm. Първичната намотка съдържа 420 оборота от проводник PEV-2-0.07. Вторичната намотка се състои от 8 навивки тел с диаметър 0,15...0,2 mm; трета намотка 3 оборота със същия проводник.

Индикаторът е предназначен да сигнализира за радиоактивност. Това не е измервателен уред, който показва нивото на радиоактивност, а само предупреждава за повишаването му чрез излъчване на звуков и светлинен сигнал при всяко преминаване на радиоактивна частица през сензор - брояч на Гайгер. Тук работи броячът SBM-20.

По паспортните му данни се оказва, че при нормална естествена радиация не трябва да има повече от 15-20 скърцания - светкавици в минута. Ако устройството издава звуков сигнал и мига по-често при приближаване до определено място или обект, това означава, че това място или обект е замърсен. Преходът към постоянно скърцане показва значителен излишък. Както вече казахме, това не е измервателен уред, а индикатор, така че от него не може да се определи стойността на радиоактивното ниво. Просто разберете, че тук радиацията е по-висока, а тук е по-ниска, а тук има много.

За да работи броячът на Гайгер, постоянно напрежение от 400 V трябва да се подава към неговите клеми чрез резистор за ограничаване на тока.

Обикновено във веригите на дозиметри и индикатори за радиоактивност се използват източници, базирани на блокиращ осцилатор с един транзистор, за захранване на броячите на Geiger. Разбира се, такава схема е проста, но има и недостатъци - почти пълната липса на стабилизиране на изходното напрежение, което отива към анода на брояча на Geiger.

Но чувствителността на брояча на Гайгер директно зависи от напрежението между неговите електроди. Освен това има трудности при настройването на верига на източник на високо напрежение, тъй като изходното напрежение не се регулира по никакъв начин и ако стойността му не съответства на необходимата, е необходимо да пренавиете вторичната намотка на импулса трансформатор.

Схематична диаграма

Следователно, тук захранването на брояча на Geiger се извършва с помощта на усилваща DC/DC преобразувателна схема с широчинно-импулсна модулация, която осигурява регулиране на изходното напрежение и поддържането му стабилно, на чип MC34063 с трансформаторен изход. Почти по стандартната схема на включването му.

Интересното е, че микросхемата ще поддържа стабилно изходно напрежение от 400V дори при значителна промяна в захранващото напрежение. Ето защо тази схема на индикатор за радиоактивност може да се захранва с всяко постоянно напрежение в диапазона от 5 до 15 V. Тоест, източникът на захранване може да бъде USB порт на персонален компютър или зарядно устройство за мобилни телефони и 13V напрежение от гнездото на запалката на автомобила.

Ориз. 1. Принципна схема на радиоактивен индикатор-сигнализатор на базата на сензор SBM20.

В този случай чувствителността към радиация няма да се промени, което е особено важно в полеви или работни условия.

Принципът на работа на MC34063 е описан многократно в различна литература и няма смисъл да се спираме на него тук. Позволете ми да ви напомня, че стабилизирането се извършва чрез прилагане на намалено напрежение чрез резистивен делител от изхода към входа за сравнение на микросхемата (към щифт 5). И стойността на изходното напрежение зависи от съотношението на рамената на този делител на напрежението. Тук разделителят се формира от резистори R3 и R1. И изходното напрежение от 400V се задава чрез подрязващ резистор R1.

Напрежение от 400 V се подава към брояча на Geiger U1 през резистора за ограничаване на тока R5. Този резистор е необходим, защото в режим на готовност съпротивлението на брояча на Гайгер клони към безкрайност. Но когато заредена частица премине през него, настъпва кратък пробив, при който съпротивлението му е ниско.

Натоварването на Geiger брояча U1 е резистор R6. В режим на готовност напрежението върху него е ниско, всъщност на ниво логическа нула. Но когато заредена частица преминава през U1, напрежението се увеличава рязко и степента на неговото увеличение е ограничена само от диода VD2, който не му позволява да се увеличи над захранващото напрежение, плюс директен спад през този диод.

По принцип няма нужда от диод VD2, тъй като микросхемите или аналозите от серията CD40 имат такива диоди, свързани между входовете и захранващата шина. Така че VD2 е тук за всеки случай.

Импулсите на брояча на Гайгер са много къси. Ако се приложат директно към излъчвател на звук (има такива схеми), звуците ще бъдат много кратки, като единични щраквания и не всички ще се чуват достатъчно добре. Що се отнася до светодиода, неговото мигане в този случай изобщо няма да се забележи.

За да може информацията да се възприема по-добре от човешките сетива, продължителността на импулса трябва да бъде разтегната и увеличена до определен оптимален размер. Това се прави тук от микросхемата D1 от типа CD4001, на която са направени два единични вибратора.

Първият еднократен удар върху елементите D1.1 и D1.2 работи за озвучаване на работата на брояча на Гайгер. Когато се появи импулс в U1, той се изпраща към щифт 1 на D1.1 и веригата при D1.1 и D1.2 генерира импулс, чиято продължителност се определя от RC веригата R7-C4. Този импулс е много по-дълъг от входния.

Еднократното действие върху елементи D1.3 и D1.4 работи по подобен начин. Но той формира десет пъти по-дълъг импулс, тъй като инерцията на човешкото зрение е много по-голяма от тази на слуха. Продължителността на този импулс се задава от RC веригата C5-R8. Импулсът пристига на VT2, в колекторната верига на който е включен индикаторен светодиод HL1 тип AL307 (това може да бъде почти всеки индикаторен светодиод).

Трансформатор T1 е навит на феритен пръстен с външен диаметър 28 mm (възможно е повече или по-малко, някъде от 20 до 30 mm). Първичната намотка е 20 оборота от проводник PEV 0,43. Вторичната намотка е 400 оборота от проводник PEV 0.12. Първо се навива вторичната намотка, след това върху нея се навива първичната намотка.

Поставете тънка флуоропластична изолация между намотките (например, развита от проводника MGTF).

Настройвам

Регулирането се изисква само за източник на напрежение 400V.

Поставете R1 в горна позиция според диаграмата. Включете захранването. Ако източникът не работи веднага, сменете клемите на една от намотките на трансформатора.

След това свържете мултиметъра към външните клеми на резистора R1 и завъртете неговия плъзгач, за да зададете напрежението на 2,65 V. Ако имате волтметър с високо съпротивление, можете да измерите напрежението директно на изхода, на NW, трябва да е 400V.

Солонин В. RK-2016-03.