Či sa nám to páči alebo nie, žiarenie pevne vstúpilo do našich životov a len tak nezmizne. Musíme sa naučiť žiť s týmto fenoménom, ktorý je užitočný aj nebezpečný. Žiarenie sa prejavuje ako neviditeľné a nepostrehnuteľné žiarenie a bez špeciálnych prístrojov ich nie je možné odhaliť.

Trochu histórie radiácie

Röntgenové lúče boli objavené v roku 1895. O rok neskôr bola objavená rádioaktivita uránu aj v súvislosti s röntgenovým žiarením. Vedci si uvedomili, že ich čakajú úplne nové, dovtedy nevídané prírodné javy. Je zaujímavé, že fenomén žiarenia bol zaznamenaný o niekoľko rokov skôr, ale nepripisoval sa mu žiadny význam, hoci aj Nikola Tesla a ďalší pracovníci Edisonovho laboratória dostali popáleniny od röntgenových lúčov. Škody na zdraví sa pripisovali čomukoľvek, len nie lúčom, s ktorými sa živé bytosti v takých dávkach ešte nestretli. Na samom začiatku 20. storočia sa začali objavovať články o škodlivosti žiarenia na zvieratá. Tomu sa tiež nepripisoval žiadny význam až do senzačného príbehu s „rádiovými dievčatami“ – pracovníčkami továrne, ktorá vyrábala svietiace hodinky. Štetce namočia len špičkou jazyka. Hrozný osud niektorých z nich nebol z etických dôvodov ani zverejnený a zostal skúškou len pre pevné nervy lekárov.

V roku 1939 fyzička Lise Meitnerová, ktorá patrí spolu s Ottom Hahnom a Fritzom Strassmannom k ​​ľuďom, ktorí ako prví na svete rozdelili jadro uránu, nechtiac vyhrkla o možnosti reťazovej reakcie a od tej chvíle začala reťazová reakcia myšlienok o vytvorení bomby, konkrétne bomby, a už vôbec nie „mierového atómu“, za ktorú by krvilační politici 20. storočia, samozrejme, nedali ani cent. Tí, ktorí boli „informovaní“, už vedeli, k čomu to povedie, a začali sa preteky v atómovom zbrojení.

Ako sa objavil Geiger-Müllerov pult?

Nemecký fyzik Hans Geiger, ktorý pracoval v laboratóriu Ernsta Rutherforda, navrhol v roku 1908 princíp činnosti počítadla „nabitých častíc“ ako ďalší vývoj už známej ionizačnej komory, čo bol elektrický kondenzátor naplnený plynom pri nízkej teplote. tlak. Použil ho Pierre Curie v roku 1895 na štúdium elektrických vlastností plynov. Geigera napadlo použiť ho na detekciu ionizujúceho žiarenia práve preto, že toto žiarenie malo priamy vplyv na stupeň ionizácie plynu.

V roku 1928 Walter Müller pod vedením Geigera vytvoril niekoľko typov počítačov žiarenia určených na registráciu rôznych ionizujúcich častíc. Vytvorenie počítadiel bolo veľmi naliehavou potrebou, bez ktorej nebolo možné pokračovať v štúdiu rádioaktívnych materiálov, pretože fyzika ako experimentálna veda je nemysliteľná bez meracích prístrojov. Geiger a Müller cieľavedome pracovali na vytvorení čítačov, ktoré boli citlivé na každý z typov žiarenia, ktoré boli objavené: α, β a γ (neutróny boli objavené až v roku 1932).

Geiger-Mullerov počítač sa ukázal ako jednoduchý, spoľahlivý, lacný a praktický detektor žiarenia. Aj keď nejde o najpresnejší prístroj na štúdium konkrétnych typov častíc alebo žiarenia, je mimoriadne vhodný ako prístroj na všeobecné meranie intenzity ionizujúceho žiarenia. A v kombinácii s ďalšími detektormi ho používajú fyzici na presné merania počas experimentov.

Ionizujúce žiarenie

Pre lepšie pochopenie fungovania Geiger-Mullerovho počítača je užitočné porozumieť ionizujúcemu žiareniu vo všeobecnosti. Podľa definície medzi ne patrí všetko, čo môže spôsobiť ionizáciu látky v jej normálnom stave. To si vyžaduje určité množstvo energie. Napríklad rádiové vlny alebo dokonca ultrafialové svetlo nie sú ionizujúce žiarenie. Hranica začína „tvrdým ultrafialovým“, tiež známym ako „mäkký röntgen“. Tento typ je fotónovým typom žiarenia. Vysokoenergetické fotóny sa zvyčajne nazývajú gama kvantá.

Ernst Rutherford ako prvý rozdelil ionizujúce žiarenie do troch typov. Toto sa uskutočnilo v experimentálnom usporiadaní s použitím magnetického poľa vo vákuu. Neskôr sa ukázalo, že toto je:

α - jadrá atómov hélia
β - vysokoenergetické elektróny
γ - gama kvantá (fotóny)

Neskôr boli objavené neutróny. Častice alfa sú ľahko blokované aj obyčajným papierom, častice beta majú o niečo väčšiu prenikavú silu a gama lúče majú najvyššiu prenikavú silu. Neutróny sú najnebezpečnejšie (vo vzdialenosti až mnohých desiatok metrov vo vzduchu!). Vďaka svojej elektrickej neutralite neinteragujú s elektrónovými obalmi molekúl látky. Ale akonáhle sa dostanú do atómového jadra, ktorého pravdepodobnosť je dosť vysoká, vedú k jeho nestabilite a rozpadu, pričom sa spravidla tvoria rádioaktívne izotopy. A tie, ktoré sa zase rozkladajú, tvoria celú „kyticu“ ionizujúceho žiarenia. Najhoršie je, že ožiarený predmet alebo živý organizmus sa sám stáva zdrojom žiarenia na mnoho hodín a dní.

Konštrukcia Geiger-Mullerovho počítadla a princíp jeho fungovania

Geigerov-Mullerov plynový výboj sa zvyčajne vyrába vo forme utesnenej trubice, skla alebo kovu, z ktorej sa evakuuje vzduch a namiesto toho sa pri nízkom tlaku pridáva inertný plyn (neón alebo argón alebo zmes oboch). , s prímesou halogénov alebo alkoholu. Pozdĺž osi trubice je natiahnutý tenký drôt a koaxiálne s ním je umiestnený kovový valec. Rúrka aj drôt sú elektródy: elektrónka je katóda a drôt je anóda. Mínus zo zdroja konštantného napätia je pripojený ku katóde a plus zo zdroja konštantného napätia je pripojený k anóde cez veľký konštantný odpor. Elektricky sa získa delič napätia, v ktorého strednom bode (spojenie odporu a anódy elektromera) sa napätie takmer rovná napätiu na zdroji. Zvyčajne je to niekoľko stoviek voltov.

Keď ionizujúca častica preletí trubicou, atómy inertného plynu, už v elektrickom poli vysokej intenzity, zažívajú kolízie s touto časticou. Energia, ktorú častica vydá počas zrážky, stačí na oddelenie elektrónov od atómov plynu. Výsledné sekundárne elektróny sú samy schopné vytvárať nové zrážky, a tak sa získa celá lavína elektrónov a iónov. Vplyvom elektrického poľa sa elektróny urýchľujú smerom k anóde a kladne nabité ióny plynu sa urýchľujú smerom ku katóde elektrónky. Tak vzniká elektrický prúd. Ale keďže energia častice sa už úplne alebo čiastočne vynaložila na zrážky (častica preletela trubicou), končí sa aj prísun atómov ionizovaného plynu, čo je žiaduce a je zabezpečené niektorými dodatočnými opatreniami, o ktorých si povieme o pri analýze parametrov počítadiel.

Keď nabitá častica vstúpi do Geiger-Mullerovho počítača, v dôsledku výsledného prúdu klesne odpor trubice a s ním aj napätie v strede deliča napätia, o ktorom sme hovorili vyššie. Potom sa odpor trubice v dôsledku zvýšenia jej odporu obnoví a napätie sa opäť zmení na rovnaké. Tak dostaneme záporný napäťový impulz. Počítaním impulzov vieme odhadnúť počet prechádzajúcich častíc. Intenzita elektrického poľa je obzvlášť vysoká v blízkosti anódy kvôli jej malej veľkosti, vďaka čomu je počítadlo citlivejšie.

Návrhy Geiger-Mullerových počítadiel

Moderné počítadlá Geiger-Muller sú dostupné v dvoch hlavných verziách: „klasické“ a ploché. Klasický pult je vyrobený z tenkostennej kovovej rúrky so zvlnením. Vlnitý povrch merača robí rúrku tuhou, odolnou voči vonkajšiemu atmosférickému tlaku a nedovoľuje, aby sa pod jeho vplyvom zvrásnila. Na koncoch rúrky sú tesniace izolátory zo skla alebo termosetového plastu. Obsahujú aj krytky svoriek na pripojenie k obvodu zariadenia. Rúrka je označená a potiahnutá odolným izolačným lakom, samozrejme nepočítajúc jej koncovky. Označená je aj polarita svoriek. Ide o univerzálne počítadlo pre všetky typy ionizujúceho žiarenia, najmä beta a gama.

Čítače citlivé na mäkké β-žiarenie sa vyrábajú inak. Kvôli krátkemu dosahu beta častíc musia byť vyrobené ploché, so sľudovým oknom, ktoré slabo blokuje beta žiarenie; jednou z možností takéhoto počítadla je radiačný senzor BETA-2. Všetky ostatné vlastnosti meračov sú určené materiálmi, z ktorých sú vyrobené.

Čítače určené na záznam gama žiarenia obsahujú katódu vyrobenú z kovov s vysokým nábojovým číslom, alebo sú takýmito kovmi potiahnuté. Plyn je extrémne slabo ionizovaný gama fotónmi. Ale gama fotóny sú schopné vyradiť veľa sekundárnych elektrónov z katódy, ak je vhodne zvolená. Geiger-Mullerove počítadlá pre beta častice sú vyrobené s tenkými okienkami na lepší prenos častíc, keďže ide o obyčajné elektróny, ktoré práve dostali viac energie. Veľmi dobre interagujú s hmotou a túto energiu rýchlo strácajú.

V prípade alfa častíc je situácia ešte horšia. Takže aj napriek veľmi slušnej energii, rádovo niekoľko MeV, alfa častice veľmi silno interagujú s molekulami v ich ceste a rýchlo strácajú energiu. Ak sa hmota porovná s lesom a elektrón s guľkou, potom alfa častice budú musieť byť prirovnané k tanku rútiacemu sa lesom. Bežné počítadlo však dobre reaguje na α-žiarenie, ale len na vzdialenosť do niekoľkých centimetrov.

Na objektívne posúdenie úrovne ionizujúceho žiarenia dozimetre Elektromery na všeobecné použitie sú často vybavené dvoma paralelne pracujúcimi počítadlami. Jeden je citlivejší na žiarenie α a β a druhý na žiarenie γ. Táto schéma použitia dvoch počítadiel je implementovaná v dozimetri RADEX RD1008 a v dozimetri-rádiometri RADEKS MKS-1009, v ktorej je počítadlo inštalované BETA-2 A BETA-2M. Niekedy je medzi pulty umiestnená tyč alebo platňa zo zliatiny obsahujúcej prímes kadmia. Pri dopade neutrónov na takúto tyč vzniká γ-žiarenie, ktoré sa zaznamenáva. Robí sa to preto, aby bolo možné detekovať neutrónové žiarenie, na ktoré sú jednoduché Geigerove počítače prakticky necitlivé. Ďalšou metódou je potiahnutie krytu (katódy) nečistotami, ktoré môžu spôsobiť citlivosť na neutróny.

Na rýchle uhasenie výboja sa do plynu pridávajú halogény (chlór, bróm). Alkoholové výpary tiež slúžia na rovnaký účel, hoci alkohol je v tomto prípade krátkodobý (toto je vo všeobecnosti vlastnosť alkoholu) a „vytriezvený“ merač neustále začína „zvoniť“, to znamená, že nemôže fungovať v zamýšľanom režime. . Stáva sa to niekde po zistení impulzov 1e9 (miliarda), čo nie je až tak veľa. Oveľa odolnejšie sú merače s halogénmi.

Parametre a prevádzkové režimy Geigerových počítadiel

Citlivosť Geigerových počítačov.

Citlivosť počítadla sa odhaduje pomerom počtu mikroröntgenov z referenčného zdroja k počtu impulzov spôsobených týmto žiarením. Keďže Geigerove počítadlá nie sú určené na meranie energie častíc, presný odhad je zložitý. Počítadlá sú kalibrované pomocou referenčných izotopových zdrojov. Je potrebné poznamenať, že tento parameter sa môže značne líšiť pre rôzne typy počítadiel; nižšie sú parametre najbežnejších Geiger-Mullerových počítadiel:

Geiger-Mullerov počítač Beta-2- 160 ÷ 240 imp/µR

Geiger-Mullerov počítač Beta-1- 96 ÷ 144 imp/µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-20- 60 ÷ 75 imp/µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-21- 6,5 ÷ 9,5 imp/µR

Geiger-Mullerov počítač SBM-10- 9,6 ÷ 10,8 imp/μR

Vstupné okno alebo pracovný priestor

Oblasť snímača žiarenia, cez ktorú prelietavajú rádioaktívne častice. Táto charakteristika priamo súvisí s rozmermi snímača. Čím väčšia je plocha, tým viac častíc Geiger-Mullerov počítač zachytí. Tento parameter sa zvyčajne uvádza v centimetroch štvorcových.

Geiger-Mullerov počítač Beta-2- 13,8 cm2

Geiger-Mullerov počítač Beta-1- 7 cm2

Toto napätie zodpovedá približne stredu prevádzkovej charakteristiky. Prevádzková charakteristika je plochá časť závislosti počtu zaznamenaných impulzov od napätia, preto sa nazýva aj „plató“. V tomto bode sa dosiahne najvyššia prevádzková rýchlosť (horný limit merania). Typická hodnota je 400 V.

Šírka prevádzkovej charakteristiky počítadla.

Ide o rozdiel medzi napätím prierazu iskry a výstupným napätím na plochej časti charakteristiky. Typická hodnota je 100 V.

Sklon prevádzkovej charakteristiky merača.

Sklon sa meria ako percento impulzov na volt. Charakterizuje štatistickú chybu meraní (počítanie počtu impulzov). Typická hodnota je 0,15 %.

Prípustná prevádzková teplota merača.

Pre merače na všeobecné použitie -50 ... +70 stupňov Celzia. Toto je veľmi dôležitý parameter, ak merač pracuje v komorách, kanáloch a na iných miestach komplexných zariadení: urýchľovače, reaktory atď.

Pracovný zdroj počítadla.

Celkový počet impulzov, ktoré glukomer zaregistruje predtým, ako začnú byť jeho hodnoty nesprávne. Pre zariadenia s organickými prísadami je samozhášanie zvyčajne 1e9 (desať až deviata mocnina alebo jedna miliarda). Zdroj sa počíta iba vtedy, ak je na elektromer privedené prevádzkové napätie. Ak je počítadlo jednoducho uložené, tento zdroj sa nespotrebuje.

Počítajte mŕtvy čas.

Toto je čas (doba zotavenia), počas ktorej počítadlo vedie prúd po spustení prechádzajúcou časticou. Existencia takéhoto času znamená, že existuje horná hranica frekvencie impulzov a to obmedzuje rozsah merania. Typická hodnota je 1e-4 s, čo je desať mikrosekúnd.

Je potrebné poznamenať, že v dôsledku mŕtveho času môže byť snímač „mimo stupnice“ a zostať tichý v najnebezpečnejšom okamihu (napríklad spontánna reťazová reakcia vo výrobe). Takéto prípady sa stali a na boj proti nim sa používajú olovené obrazovky na zakrytie časti senzorov núdzových poplachových systémov.

Vlastné pozadie počítadla.

Merané v hrubostenných olovených komorách na posúdenie kvality meračov. Typická hodnota je 1 ... 2 impulzy za minútu.

Praktická aplikácia Geigerových počítadiel

Sovietsky a teraz ruský priemysel vyrába mnoho typov počítadiel Geiger-Muller. Tu sú niektoré bežné značky: STS-6, SBM-20, SI-1G, SI21G, SI22G, SI34G, merače série Gamma, koncové počítadlá série Beta“ a je ich oveľa viac. Všetky sa používajú na monitorovanie a meranie žiarenia: v zariadeniach jadrového priemyslu, vo vedeckých a vzdelávacích inštitúciách, v civilnej obrane, medicíne a dokonca aj v každodennom živote. Po havárii v Černobyle, dozimetre pre domácnosť, dovtedy neznáme obyvateľstvu ani podľa názvu, sa stali veľmi populárnymi. Objavilo sa mnoho značiek dozimetrov pre domácnosť. Všetky používajú ako snímač žiarenia Geiger-Mullerov počítač. V dozimetroch pre domácnosť sú inštalované jedna až dve trubice alebo koncové počítadlá.

JEDNOTKY MERANIE MNOŽSTVA ŽIARENIA

Dlho bola bežná jednotka merania P (röntgen). Pri prechode do sústavy SI sa však objavia ďalšie jednotky. Röntgenové žiarenie je jednotka expozičnej dávky, „množstvo žiarenia“, ktoré sa vyjadruje ako počet iónov produkovaných v suchom vzduchu. Pri dávke 1 R sa v 1 cm3 vzduchu vytvorí 2,082e9 párov iónov (čo zodpovedá 1 jednotke náboja SGSE). V systéme SI je expozičná dávka vyjadrená v coulombách na kilogram a pri röntgenových lúčoch to súvisí s rovnicou:

1 C/kg = 3876 R

Absorbovaná dávka žiarenia sa meria v jouloch na kilogram a nazýva sa Gray. Toto je náhrada za zastaranú radovú jednotku. Absorbovaný dávkový príkon sa meria v sivej farbe za sekundu. Expozičná dávka (EDR), predtým meraná v röntgenoch za sekundu, sa teraz meria v ampéroch na kilogram. Ekvivalentná dávka žiarenia, pri ktorej je absorbovaná dávka 1 Gy (sivá) a faktor kvality žiarenia je 1, sa nazýva Sievert. Rem (biologický ekvivalent röntgenového žiarenia) je stotina sievertu, ktorý sa dnes považuje za zastaraný. Napriek tomu sa aj dnes všetky zastarané jednotky veľmi aktívne používajú.

Hlavnými pojmami pri meraní žiarenia sú dávka a výkon. Dávka je počet elementárnych nábojov v procese ionizácie látky a výkon je rýchlosť tvorby dávky za jednotku času. A v akých jednotkách je to vyjadrené, je vecou vkusu a pohodlia.

Aj minimálna dávka je nebezpečná z hľadiska dlhodobých následkov pre organizmus. Výpočet nebezpečenstva je pomerne jednoduchý. Napríklad váš dozimeter ukazuje 300 miliroentgenov za hodinu. Ak zostanete na tomto mieste jeden deň, dostanete dávku 24 * 0,3 = 7,2 röntgenov. Je to nebezpečné a musíte odtiaľto čo najskôr odísť. Vo všeobecnosti platí, že ak zaznamenáte aj slabé žiarenie, musíte sa od neho vzdialiť a skontrolovať ho aj na diaľku. Ak vás „nasleduje“, môžete si „zablahoželať“, zasiahli vás neutróny. Ale nie každý dozimeter na ne dokáže reagovať.

Pre zdroje žiarenia sa používa veličina charakterizujúca počet rozpadov za jednotku času, nazýva sa aktivita a meria sa aj mnohými rôznymi jednotkami: curie, becquerel, rutherford a niektoré ďalšie. Množstvo aktivity merané dvakrát s dostatočným časovým odstupom, ak sa zníži, umožňuje podľa zákona rádioaktívneho rozpadu vypočítať čas, kedy sa zdroj stane dostatočne bezpečným.

Hladina rádioaktívneho pozadia sa meria pomocou špeciálneho prístroja – dozimetra. Dá sa kúpiť v špecializovanom obchode, ale domácich remeselníkov pritiahne iná možnosť - výroba dozimetra vlastnými rukami. Úpravu pre domácnosť je možné zostaviť v niekoľkých variantoch, napríklad z improvizovaných prostriedkov alebo s inštaláciou merača SBM-20.

Prirodzene, bude dosť ťažké zostaviť profesionálny alebo multifunkčný dozimeter. Prenosné alebo individuálne zariadenia pre domácnosť registrujú beta alebo gama žiarenie. Rádiometer je určený na štúdium špecifických objektov a čítanie hladiny rádionuklidov. V skutočnosti sú dozimeter a rádiometer dve rôzne zariadenia, ale verzie pre domácnosť často kombinujú prvé aj druhé. Jemná terminológia hrá rolu len pre špecialistov, preto sa aj kombinované modely nazývajú genericky – dozimeter.

Výberom jedného z navrhovaných obvodov na zostavenie dostane používateľ jednoduché zariadenie s nízkou citlivosťou. Takéto zariadenie má stále výhodu: je schopné zaznamenávať kritické dávky žiarenia, čo bude znamenať skutočnú hrozbu pre ľudské zdravie. Napriek tomu, že domáce zariadenie je niekoľkonásobne horšie ako akýkoľvek domáci dozimeter z obchodu, chrániť svoj vlastný život je celkom použiteľný.

Pred výberom jednej z montážnych schém pre seba si prečítajte všeobecné odporúčania na výrobu zariadenia.

1. Pre samostatne zostavené zariadenie si vyberte 400 voltové metre, ak je prevodník navrhnutý pre 500 voltov, potom musíte upraviť nastavenie obvodu spätnej väzby. Je prípustné zvoliť inú konfiguráciu zenerových diód a neónových lámp v závislosti od toho, aký obvod dozimetra sa používa pri výrobe.
2. Výstupné napätie stabilizátora sa meria voltmetrom so vstupným odporom 10 MΩ. Je dôležité skontrolovať, či sa skutočne rovná 400 voltom; nabité kondenzátory sú pre ľudí potenciálne nebezpečné, napriek ich nízkemu výkonu.
3. V blízkosti pultu je v kryte vytvorených niekoľko malých otvorov na prenikanie beta žiarenia. Musí byť vylúčený prístup k vysokonapäťovým obvodom, čo je potrebné vziať do úvahy pri inštalácii zariadenia do krytu.
4. Obvod meracej jednotky sa volí na základe vstupného napätia prevodníka. Pripojenie jednotky sa vykonáva striktne s vypnutým napájaním a vybitým akumulačným kondenzátorom.
5. O prirodzené radiačné pozadie podomácky vyrobený dozimeter vyrobí asi 30 - 35 signálov za 60 sekúnd. Prekročenie indikátora indikuje vysoké iónové žiarenie.

Schéma č.1 - elementárna

Na navrhnutie detektora na detekciu beta a gama žiarenia „rýchlo a jednoducho“ je táto možnosť ako stvorená. Čo budete potrebovať pred výstavbou:

• plastová fľaša, alebo skôr hrdlo s vekom;
• plechovka bez veka s opracovanými okrajmi;
• pravidelný tester;
• kus oceľového a medeného drôtu;
• tranzistor kp302a alebo akýkoľvek kp303.

Na zostavenie je potrebné odrezať hrdlo fľaše tak, aby tesne zapadlo do plechovky. Najlepšia je úzka vysoká plechovka, ako kondenzované mlieko. V plastovom kryte sú vytvorené dva otvory, kde je potrebné vložiť oceľový drôt. Jeden z jeho okrajov je ohnutý do slučky v tvare písmena „C“, aby bezpečne držal na veku, druhý koniec oceľovej tyče by sa nemal dotýkať plechovky. Potom sa veko naskrutkuje.

Noha brány KP302a je priskrutkovaná k slučke z oceľového drôtu a svorky testera sú pripojené k odtoku a zdroju. Musíte omotať medený drôt okolo plechovky a pripevniť jeden koniec k čiernej koncovke. Rozmarný a krátkodobý tranzistor s efektom poľa je možné nahradiť napríklad pripojením niekoľkých ďalších pomocou Darlingtonovho obvodu, hlavná vec je, že celkový zisk sa musí rovnať 9000.

Domáci dozimeter je pripravený, ale je potrebný kalibrovať. Na tento účel sa používa laboratórny zdroj žiarenia, na ktorom je spravidla uvedená jednotka jeho iónového žiarenia.

Schéma č.2 - inštalácia meradla

Na zostavenie dozimetra vlastnými rukami bude stačiť obyčajný. počítadlo SBM-20- budete si ho musieť kúpiť v špecializovanom obchode s rádiovými súčiastkami. Anóda, tenký drôt, prechádza pozdĺž osi cez utesnenú katódovú trubicu. Vnútorný priestor je naplnený plynom pri nízkom tlaku, čo vytvára optimálne prostredie pre elektrický prieraz.

Napätie SBM-20 je cca 300 - 500 V, musí byť nastavené tak, aby sa zabránilo svojvoľnému výpadku. Keď rádioaktívna častica zasiahne, ionizuje plyn v trubici, čím sa medzi katódou a anódou vytvorí veľké množstvo iónov a elektrónov. Podobne sa počítadlo spustí pre každú časticu.

Je dôležité vedieť! Pre domáce zariadenie je vhodný akýkoľvek merač navrhnutý pre 400 voltov, ale najvhodnejší je SBM-20, môžete si kúpiť populárny STS-5, ale je menej odolný.

Dozimetrický obvod pozostáva z dvoch blokov: indikátora a sieťového usmerňovača, ktoré sú zmontované v plastových boxoch a spojené konektorom. Napájací zdroj je na krátku dobu pripojený k sieti. Kondenzátor sa nabíja na napätie 600 W a je zdrojom energie pre zariadenie.

Jednotka je odpojená od siete a od indikátora a pripojená ku kontaktom konektora telefóny s vysokou impedanciou. Kondenzátor by mal byť dobrej kvality, čím sa predĺži prevádzkový čas dozimetra. Domáce zariadenie môže fungovať 20 minút alebo viac.

Technické vlastnosti:

• odpor usmerňovača by mal byť optimálne zvolený so stratou výkonu do 2 W;
• kondenzátory môžu byť keramické alebo papierové s príslušným napätím;
• Môžete si vybrať ľubovoľné počítadlo;
• eliminujte možnosť dotyku kontaktov odporu rukami

Prirodzené žiarenie pozadia bude v telefónoch zaregistrované ako zriedkavé signály, absencia zvukov znamená, že nie je napájanie.

Schéma č.3 s dvojvodičovým detektorom

Môžete si vyrobiť domáci dozimeter s dvojvodičovým detektorom, na ktorý potrebujete plastový kondenzátor, priepustný kondenzátor, tri odpory a jednokanálový tlmič.

Samotný tlmič znižuje amplitúdu kmitov a je inštalovaný za detektorom, priamo vedľa priechodného kondenzátora, ktorý meria dávku. Vhodné len pre tento dizajn rezonančné usmerňovače, ale expandéry sa prakticky nepoužívajú. Zariadenie bude citlivejšie na žiarenie, ale bude vyžadovať viac času na zostavenie.

Existujú aj iné schémy, ako si vyrobiť dozimeter sami. Rádioamatéri vyvinuli a otestovali mnoho variácií, ale väčšina je založená na obvodoch opísaných vyššie.

Tu je BD1 snímač ionizujúceho žiarenia - Geigerov počítač typu SBM20. Vysoké napätie na jeho anóde tvorí blokovací generátor (VT1, T1 atď.). Na zvyšovacom vinutí I transformátora T1 sa periodicky vyskytujú napäťové impulzy s frekvenciou niekoľkých hertzov (f ≈ 1/R6C5), ktorých amplitúda je blízka Uimp = (U C6 - 0,5) n 1 / n 2 = (9 - 0,5) 420/8 ≈ 450 V (U C6 ≈ 9 V je napájacie napätie blokovacieho generátora, 0,5 V je impulzné saturačné napätie tranzistora KT3117A; n 1 a n 2 sú počet závitov vinutia I a II transformátorov). Tieto impulzy cez diódy VD1 a VD2 nabíjajú kondenzátor C1, ktorý sa tak stáva zdrojom energie pre Geigerov počítač. Dióda VD3, tlmiaca spätný napäťový impulz na vinutí II, zabraňuje prepnutiu blokovacieho oscilátora do režimu oveľa vyššej frekvencie LC oscilátora.

Keď je Geigerov počítač vybudený β-časticou alebo γ-kvantom, objaví sa v ňom prúdový impulz s krátkym vzostupom a dlhým poklesom. V súlade s tým sa na jeho anóde objaví napäťový impulz rovnakého tvaru. Jeho amplitúda je najmenej 50 V.

Účelom jednovibrátora, vyrobeného na prvkoch DD1.1 a DD1.2, je previesť impulz odoberaný z anódy Geigerovho počítača na „obdĺžnikový“ impulz digitálneho štandardu s dobou trvania ≈ 0,7 R4 C3 = 0,7 106 0,01 10-6 = 7 ms. Pri jeho tvorbe hrá dôležitú úlohu rezistor R2 - obmedzuje prúd v ochranných diódach mikroobvodu na hodnotu, pri ktorej zostáva „nulové“ napätie na vstupe 8 DD1.1 v rozmedzí .

Tento 7-milisekundový „jediný“ impulz prichádza na vstup 6 multivibrátora, vytvorený na prvkoch DD1.3 a DD1.4, a vytvára podmienky potrebné na jeho samobudenie. Multivibrátor je budený s frekvenciou F ≈ 1/2 0,7 R7 C7 = 1/2 0,7 51 10 3 0,01 10 -6 = 1400 Hz a piezo žiarič pripojený k jeho výstupom vo fáze transformuje toto budenie na krátke akustické cvaknutie.

Plošný spoj indikátora je vyrobený z obojstrannej fóliovej sklolaminátovej fólie s hrúbkou 1,5 mm. Na obr. a ukazuje jeho montážnu stranu a na obr. b - konfigurácia fólie pod dielmi (nulová fólia).

Takmer všetky odpory v indikátore sú MLT-0,125 (R1 - KIM-0,125). Kondenzátory: C1 - K73-9; S2 - KD-26; SZ, S7 a S8 -KM-6 alebo K10-17-2b; C4 a C6 - K50-40 alebo K50-35; C5 - K53-30. Čierne štvorce na obr. b ukazuje spojenie ich „uzemnených“ svoriek s nulovou fóliou; čierne štvorce so svetlou bodkou v strede - spojenia s nulovou fóliou niektorých fragmentov plošného spoja a kolíka 7 mikroobvodu.

Merač SBM20 sa upevňuje v požadovanej polohe pomocou kontaktných stojanov, ktoré je možné vyrobiť napríklad z kancelárskych sponiek. Sú nalisované na svorky merača a prispájkované k doske plošných spojov (pre pevnosť - na oboch stranách).

Aby sa predišlo prehriatiu, ktoré môže nastať pri spájkovaní hrubého oceľového drôtu, odporúča sa použiť dobré tavidlo.

Transformátor T1 je navinutý na prstencovom jadre M3000NM (nikel-mangánový ferit) štandardnej veľkosti K16 x 10 x 4,5 mm (vonkajší priemer x vnútorný priemer x výška). Ostré hrany jadra sú vyhladené brúsnym papierom a pokryté elektricky a mechanicky pevnou izoláciou, napríklad obalené tenkou Mylarovou alebo fluoroplastovou páskou.
Vinutie I je navinuté ako prvé, obsahuje 420 závitov drôtu PEV-2-0,07. Navíjanie sa vykonáva takmer otáčanie v jednom smere, pričom medzi jeho začiatkom a koncom zostáva medzera 1...2 mm. Vinutie I je pokryté vrstvou izolácie a vinutie II je navinuté na vrchu - 8 závitov drôtu s priemerom 0,15...0,2 mm v akejkoľvek izolácii - a vinutie III - 3 závity toho istého drôtu. Vinutia II a III by mali byť rozmiestnené v jadre čo najrovnomernejšie. Umiestnenie vinutí a ich svoriek musí zodpovedať konštrukcii dosky plošných spojov a ich fázovanie - uvedené na schéme zapojenia (zapojené konce vinutí - vstupujúce do otvoru jadra na jednej strane - sú označené bodkami ).
Vyrobený transformátor je pokrytý vrstvou hydroizolácie, napríklad obalený úzkym pásikom lepiacej PVC pásky. Transformátor je pripevnený k doske skrutkou M3 pomocou dvoch elastických (nestlačiteľných vinutí) podložiek (obr.).

Namontovaná doska je namontovaná na prednom paneli (obr.), vyrobený z nárazuvzdorného polystyrénu hrúbky 2 mm, na ktorý je nalepený rohový kryt pre umiestnenie korundu (pre zamedzenie následkov odtlakovania sa neodporúča umiestňovať napájací zdroj napája priamo v elektronickej časti zariadení). Na tomto sú nalepené rohové lišty z rovnakého polystyrénu, medzi ktoré je vložená doska plošných spojov. Doska je pripevnená skrutkou M2 k nosnému stojanu nalepenému na prednom paneli.

V prednom paneli je vyrezaný otvor s priemerom 30 mm pre piezožiarič ZP-1 (do takto vytvorenej objímky je možné ZP-1 vlepiť alebo inak upevniť).
Z vonkajšej strany je možné tento otvor uzavrieť ozdobnou mriežkou. Na prednom paneli je tiež umiestnený vypínač typu PD9-1.
Kompletne zmontovaný predný panel je vložený do tela prístroja - krabica príslušných rozmerov, vyrobená z rovnakého polystyrénu. V stene puzdra priliehajúcej priamo ku Geigerovmu pultu je potrebné vyrezať obdĺžnikový otvor s rozmermi 10 x 85 mm, ktorý, aby nedochádzalo k útlmu riadeného žiarenia (stôl), je možné blokovať len riedkou mriežkou. .

Materiál	Hrúbka, mm	Faktor útlmu
duralové
Sklolaminátová fólia
Polystyrén odolný voči nárazom
PVC elektrická páska	0,25
Polyetylénová fólia	0,05
Hliníková fólia	0,02	1,02

O možných náhradách.
Merač SBM20 je dostupný v troch modifikáciách, ktoré sa líšia iba dizajnom svoriek. Predtým vyrábaný merač STS5 je svojimi charakteristikami blízky SBM20.
Piezo žiarič ZP-1 je tiež možné vymeniť: žiarič ZP-22, ktorý má rovnaké rozmery, nie je prakticky v ničom horší.
Blokovací oscilátor môže použiť akýkoľvek stredofrekvenčný kremíkový tranzistor, ktorý má pulzné saturačné napätie nie vyššie ako 0,5 V (pri kolektorovom prúde 1...2 A) a prúdové zosilnenie aspoň 50.
Diódy VD1 a VD2 je možné nahradiť pólom KTs111A. Pri akýchkoľvek iných výmenách si treba dať pozor na spätný prúd diódy - nemal by presiahnuť 0,1 μA. V opačnom prípade sa indikátor žiarenia, ktorý stratil svoju energetickú účinnosť, zmení na veľmi bežné zariadenie.

Indikátor premieňa krátkodobý prúdový impulz generovaný v Geigerovom počítači pod vplyvom ionizujúcej častice na akustické cvaknutie. A ak je odozva počítadla SBM20 na prirodzené vyžarovanie pozadia povedzme 18...25 impulzov za minútu, potom je to presne ten zvuk kliknutia zariadenia, ktorý bude počuť jeho majiteľ. Ak sa priblíži k zdroju žiarenia natoľko, že sa intenzita poľa ionizujúceho žiarenia napríklad zdvojnásobí, potom sa zdvojnásobí aj frekvencia týchto kliknutí.

V tomto článku nájdete popis jednoduchých dozimetrických obvodov na počítadle SBM-20, ktoré majú dostatočnú citlivosť a registrujú najmenšie hodnoty beta a gama rádioaktívnych častíc. Obvod dozimetra je založený na domácom snímači žiarenia typu SBM-20. Vyzerá ako kovový valec s priemerom 12 mm a dĺžkou asi 113 mm. V prípade potreby je možné ho nahradiť ZP1400, ZP1320 alebo ZP1310.

Jednoduchá schéma dozimetra na SBM-20

Konštrukcia je napojená len na jednu AA batériu. Ako viete, prevádzkové napätie snímača SBM-20 je 400 voltov, takže je potrebné použiť menič napätia.

Zosilňovací menič je založený na jednoduchom blokovacom oscilátore. Vysokonapäťové impulzy zo sekundárneho vinutia transformátora sú usmerňované vysokofrekvenčnou diódou.

Ak je počítadlo SBM-20 umiestnené mimo zóny žiarenia, oba tranzistory VT2 a VT3 sú zatvorené. Zvukové a svetelné alarmy nie sú aktívne. Akonáhle rádioaktívne častice dopadnú na pult, plyn vo vnútri senzora sa ionizuje a na jeho výstupe sa objaví impulz, ktorý prechádza do tranzistorového zosilňovača a v reproduktore telefónu sa ozve kliknutie a rozsvieti sa LED.

Pri nízkej prirodzenej intenzite žiarenia LED bliká a kliknutia sa opakujú každú 1…2 sekundy. To naznačuje len normálne žiarenie pozadia. So zvyšujúcou sa úrovňou rádioaktivity budú cvakania čoraz častejšie a pri kritických hodnotách sa zlúčia do jedného súvislého praskajúceho zvuku a LED dióda bude stále svietiť.

Keďže dizajn amatérskeho rádia má mikroampérmeter, citlivosť nameraných hodnôt sa nastavuje pomocou ladiaceho odporu.

Transformátor konvertora je zostavený pomocou pancierového jadra s priemerom 25 mm. Vinutia 1-2 a 3-4 sú vyrobené z medeného drôtu s priemerom 0,25 mm a obsahujú 45 a 15 závitov. Sekundárne vinutie je tiež vyrobené z medeného drôtu, ale s priemerom 0,1 mm - 550 závitov.

Jednoduchý dizajn počítadla rádioaktivity na SBM-20 možnosť 2

Hlavné technické vlastnosti dozimetra:

Senzorom dozimetra je Geigerov počítač SBM20. Blokovací generátor generuje vysoké napätie na svojej anóde - zo stupňovitého vinutia transformátora nasledujú impulzy cez diódy VD1, VD2 a nabíjajú kapacitu filtra C1. Odpor R1 je zaťaženie merača.

Jednovibrátor je vyrobený na prvkoch DD1.1, DD1.2, SZ a R4, ktoré premieňajú impulzy prichádzajúce z Geigerovho počítača s predĺženým spádom na pravouhlé. Generátor audio frekvencie je vyrobený pomocou prvkov DD1.3, DD1.4, C4 a R5. Prahový zosilňovač, zostavený na čipe DD2.

Napätie cez kapacitu C9 závisí od frekvencie opakovania impulzov z Geigerovho počítača; keď dosiahne úroveň otvorenia tranzistora zahrnutého v DD2, rozsvieti sa LED HL1, ktorej frekvencia blikania sa bude zvyšovať s nárastom kvanta žiarenia dopadajúceho na snímač.

Transformátor T1 je vyrobený ručne na prstencovom jadre M3000NM K16x10x4,5 mm. Primárne vinutie obsahuje 420 závitov drôtu PEV-2-0,07. Sekundárne vinutie pozostáva z 8 závitov drôtu s priemerom 0,15...0,2 mm; tretie vinutie 3 otáčky s rovnakým drôtom.

Indikátor je určený na signalizáciu rádioaktivity. Nie je to merací prístroj, ktorý ukazuje úroveň rádioaktivity, len upozorní na jej zvýšenie zvukovým a svetelným signálom pri každom prechode rádioaktívnej častice cez senzor – Geigerov počítač. Funguje tu počítadlo SBM-20.

Podľa údajov z jeho pasu sa ukazuje, že pri normálnom prirodzenom žiarení by nemalo byť viac ako 15-20 škrípaní - zábleskov za minútu. Ak zariadenie pri približovaní sa k určitému miestu alebo objektu častejšie pípa a bliká, znamená to, že toto miesto alebo predmet je kontaminovaný. Prechod na neustále škrípanie naznačuje výrazný prebytok. Ako už bolo povedané, nejde o merací prístroj, ale o indikátor, takže z neho nie je možné určiť hodnotu rádioaktívnej hladiny. Stačí zistiť, že tu je žiarenie vyššie a tu nižšie a tu je toho veľa.

Aby Geigerov čítač fungoval, musí byť na jeho svorky privedené konštantné napätie 400 V cez odpor obmedzujúci prúd.

Typicky sa v obvodoch dozimetrov a indikátorov rádioaktivity na napájanie Geigerových počítadiel používajú zdroje založené na jednotranzistorovom blokovacom oscilátore. Samozrejme, že takýto obvod je jednoduchý, ale má aj nevýhody - takmer úplný nedostatok stabilizácie výstupného napätia, ktoré ide na anódu Geigerovho počítača.

Ale citlivosť Geigerovho počítača priamo závisí od napätia medzi jeho elektródami. Okrem toho sú ťažkosti pri nastavovaní obvodu vysokonapäťového zdroja, pretože výstupné napätie nie je nijako regulované a ak jeho hodnota nezodpovedá požadovanej, je potrebné previnúť sekundárne vinutie impulzu. transformátor.

Schematický diagram

Preto je tu napájanie Geigerovho počítadla realizované pomocou boostovacieho obvodu DC/DC meniča napätia so šírkovou pulznou moduláciou, ktorý zabezpečuje reguláciu výstupného napätia a jeho stabilné udržiavanie, na čipe MC34063 s transformátorovým výstupom. Takmer podľa štandardnej schémy jeho zaradenia.

Zaujímavosťou je, že mikroobvod udrží stabilné výstupné napätie 400V aj pri výraznej zmene napájacieho napätia. To je dôvod, prečo môže byť tento obvod indikátora rádioaktivity napájaný ľubovoľným konštantným napätím v rozsahu od 5 do 15 V. To znamená, že zdrojom energie môže byť USB port osobného počítača alebo nabíjačka pre mobilné telefóny a 13V napätie zo zásuvky zapaľovača v aute.

Ryža. 1. Schematický diagram indikátora-signalizátora rádioaktivity na báze snímača SBM20.

V tomto prípade sa citlivosť na žiarenie nezmení, čo je dôležité najmä v teréne alebo v pracovných podmienkach.

Princíp fungovania MC34063 bol mnohokrát opísaný v rôznej literatúre a nemá zmysel sa ním zaoberať. Pripomínam, že stabilizácia sa vykonáva privedením zníženého napätia cez odporový delič z výstupu na vstup komparátora mikroobvodu (na kolík 5). A hodnota výstupného napätia závisí od pomeru ramien tohto deliča napätia. Tu je delič tvorený odpormi R3 a R1. A výstupné napätie 400V sa nastavuje orezávacím odporom R1.

Napätie 400 V sa privádza do Geigerovho čítača U1 cez odpor obmedzujúci prúd R5. Tento odpor je potrebný, pretože v pohotovostnom stave má odpor Geigerovho počítadla tendenciu k nekonečnu. Ale keď cez ňu prejde nabitá častica, dôjde ku krátkemu rozpadu, počas ktorého je jej odpor nízky.

Záťaž Geigerovho počítadla U1 je rezistor R6. V pohotovostnom stave je na ňom nízke napätie, vlastne na úrovni logickej nuly. Ale keď nabitá častica prechádza cez U1, napätie sa prudko zvyšuje a veľkosť jeho nárastu je obmedzená iba diódou VD2, ktorá jej neumožňuje zvýšiť nad napájacie napätie plus priamy pokles na tejto dióde.

V zásade nie je potrebná dióda VD2, pretože mikroobvody alebo analógy série CD40 majú takéto diódy pripojené medzi vstupy a napájaciu zbernicu. Takže pre každý prípad je tu VD2.

Impulzy na Geigerovom počítači sú veľmi krátke. Ak sú aplikované priamo na zvukový žiarič (takéto obvody existujú), zvuky budú veľmi krátke, ako jednotlivé kliknutia, a nie všetky budú dostatočne dobre počuteľné. Čo sa týka LED diódy, jej blikanie v tomto prípade nebude vôbec badateľné.

Aby boli informácie ľudskými zmyslami lepšie vnímané, musí sa trvanie pulzu natiahnuť a zvýšiť na určitú optimálnu veľkosť. Robí to tu mikroobvod D1 typu CD4001, na ktorom sú vyrobené dva jednovibrátory.

Prvý jednorázový na prvkoch D1.1 a D1.2 funguje na ozvučenie chodu Geigerovho počítadla. Keď dôjde k impulzu v U1, pošle sa na kolík 1 D1.1 a obvod na D1.1 a D1.2 generuje impulz, ktorého trvanie je určené obvodom RC R7-C4. Tento impulz je oveľa dlhší ako vstupný.

Podobne funguje jednorazové ovládanie prvkov D1.3 a D1.4. Ale tvorí desaťkrát dlhší impulz, pretože zotrvačnosť ľudského zraku je oveľa väčšia ako sluchu. Trvanie tohto impulzu je nastavené RC obvodom C5-R8. Impulz prichádza na VT2, v kolektorovom obvode ktorého je zapnutá indikačná LED AL307 typu HL1 (môže to byť takmer každá indikačná LED).

Transformátor T1 je navinutý na feritovom krúžku s vonkajším priemerom 28 mm (viac-menej možné, niekde od 20 do 30 mm). Primárne vinutie je 20 závitov drôtu PEV 0,43. Sekundárne vinutie je 400 závitov drôtu PEV 0,12. Najprv sa navinie sekundárne vinutie, potom sa naň navinie primárne vinutie.

Medzi vinutia položte tenkú fluoroplastovú izoláciu (napríklad odvinutú z drôtu MGTF).

Nastavenie

Úprava je potrebná len pre zdroj napätia 400V.

Nastavte R1 do hornej polohy podľa schémy. Zapnite napájanie. Ak zdroj nefunguje okamžite, vymeňte svorky jedného z vinutí transformátora.

Potom pripojte multimeter k vonkajším svorkám rezistora R1 a otáčaním posúvača nastavte napätie na 2,65V. Ak máte vysokoodporový voltmeter, môžete merať napätie priamo na výstupe, na NW by malo byť 400V.

Solonin V. RK-2016-03.