Левша 1995 №10
Описанный выше прибор для измерения уровня радиации привлекателен прежде всего простотой своего изготовления. Однако есть в нем и свой маленький нюанс: важнейшую деталь устройства, а именно - датчик излучения, который, собственно, и является основой счетчика Гейгера-Мюллера, достать не всем по силам. И хотя устройство счетчика известно из учебника физики, сделать его в домашних условиях практически невозможно - прибор достаточно сложен. Однако не стоит отчаиваться! Взамен устройства, описанного в предыдущей статье, можно сделать другое, доступное многим. Вместо счетчика изготовим неплохой заменитель, который вполне сможет регистрировать бета- и гамма- излучения.
Возьмите стартер от люминесцентной пампы и включите его в сеть последовательно с лампой накаливания 15 ватт (см. рисунок 1). Вот и получился простейший счетчик Гейгера. Теперь главное - выйти на рабочий режим. Наш счетчик работает так: после включения в сеть через газовый разрядный промежуток в стартере между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 начинает идти слабый ток; его силы недостаточно для горения лампы 3. Некоторое время спустя изогнутая биметаллическая пластина 1 нагревается, немного разгибается, прикасается к столбику 2 и замыкает цепь.
В этот момент загорается лампа накаливания 3. Примерно через 0,25 секунды биметаллическая пластина 1 остывает, снова сгибается, отходит от столбика 2, ток в цепи ослабевает, и лампа накаливания 3 гаснет. Между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 снова возникает тлеющий разряд, пластина опять нагревается, и процесс повторяется.
Теоретически он должен идти с какой-то регулярной периодичности, то есть лампа накаливания 3 должна, например, каждые пять секунд загораться и гаснуть. V некоторых стартеров так и бывает. Однако стартеры для люминесцентных ламп значительно разнятся по своим параметрам. Многие предприятия во время ремонтов часто выбрасывают металлическую арматуру для люминесцентных ламп, и если подобрать сразу 15 - 20 стартеров на 220 вольт, то среди них наверняка найдется один подходящий.
У части стартеров тлеющий разряд в разрядном промежутке недостаточен, чтобы нагреть пластину и замкнуть цепь, и лампа накаливания 3 не горит вообще.
Рабочий режим счетчика базируется на том явлении, что слабый разряд не может нагреть пластину, но в момент пролета частицы ток усиливается, пластина нагревается и на мгновение прикасается к столбику. Тут-то лампа накаливания и вспыхивает. Затем стартёр снова переходит в режим ожидания. Нерегулярность вспышек как раз и свидетельствует о том, что мы попали в рабочий режим. Перерыв между вспышками может варьировать от 0,1 до 3-5 с при, повторяем, полном отсутствии регулярности.
В учебнике физики сказано, что стандартный фабричный счетчик Гейгера не регистрирует частицы в момент искры (щелчка или срабатывания индикатора). У нашего счетчика этот момент существенно больше. Пластине нужно нагреться, а лампе накаливания - вспыхнуть и погаснуть. Но так как естественный фон радиоактивности невысок, а время срабатывания раз в 20 - 30 меньше периода пролета частиц, то результаты работы счетчика удовлетворительны. В минуту должно быть примерно от 12 до 25 вспышек.
У фабричных счетчиков существует зависимость числа срабатываний N от напряжения U (рис. 2). Если батарея дает низкое напряжение, то регистрируются не все частицы. При подаче расчетного для данного счетчика напряжения на графике появляется плато Гейгера, то есть все частицы регистрируются. При дальнейшем повышении напряжения увеличивается количество ложных срабатываний, и затем происходит непрерывный пробой - кривая на графике уходит вверх.
Все это справедливо и для нашего счётчика. Таким образом, режим регистрации частиц относительный. Если стартер лежит на столе, счетчик срабатывает реже, а если поднести к стартеру пыльную тряпку, то количество вспышек в минуту увеличивается - ведь пыль всегда содержит радиоактивные изотопы.
Следует учитывать и колебания силы тока в цепи, но в течение 20-30 минут она, как правило, постоянна. Предпочтительно также проводить измерения поздним вечером. Если у вас есть подстроечный трансформатор-стабилизатор со встроенным вольтметром от старого телевизора - вообще прекрасно. Главное, наш счетчик позволяет проводить относительные измерения - определять степень радиоактивности, скажем, овощей или интересующих вас предметов. Можно, наконец, тарировать счетчик по стандартному фабричному, взяв его ненадолго у кого-то из друзей или знакомых.
Счетчик Гейгера-Мюллера - это относительно простой инструмент для измерения . В магазинах эти дозиметры стоят недёшево (от 5000 руб), но если есть сам датчик, то сделать этот измеритель можно с минимальными расходами. Чтобы увеличить чувствительность, представленная здесь конструкция содержит сразу три датчика СТС-5. Это полезно для измерения природных источников с низким уровнем излучения - почва, камни, вода.
Принцип работы счетчика Гейгера-Мюллера заключается в том, что высокое напряжение (обычно 400 В) подаётся на колбу-детектор. Она не проводит электричество, но в течение короткого периода, когда приходит излучение частиц, через неё проскакивает импульс тока. Уровень ионизирующего излучения пропорционален количеству импульсов, обнаруженных за постоянный интервал времени.
Сам счетчик Гейгера-Мюллера (детектор) состоит из двух электродов, а ионизирующая частица создает искровой промежуток между ними. Чтобы уменьшить величину тока, который при этом протекает, высокоомный резистор ставят последовательно с трубкой. Обозначены как R1 на схеме. Обычно он выбирается в диапазоне 1-10 мегаом, допустимые значения указаны в документации к счётчику Гейгера.
Есть разные способы получения данных из детектора, в представленной здесь схеме, резистор последовательно соединен между трубкой и землей, а изменения напряжения на резисторе измеряется с помощью детектора. Этот резистор обозначен как R2 на схеме. Обычно он в диапазоне 10-220 килоом. Аналогично диодам, счетчик Гейгера-Мюллера имеет свою полярность и при подключении в обратном направлении он будет работать неправильно.
Электрическая схема счетчика Гейгера-Мюллера
Здесь микросхема MC34063 - это DC/DC преобразователь, который используется для получения необходимого высокого напряжения из низкого батареечного. Главное его преимущество по сравнению с простой м/с NE555 или аналогичными генераторами заключается в том, что он может контролировать выходное напряжение и подстраивает параметры, чтобы сделать его стабильным (R3, R4, R5, С3). Элементы ОУ IC1A, R8, R9 используются как компаратор, чтобы отфильтровать шумы и сформировать двоичный сигнал (низкий = нет импульса, высокий = импульс проходит).
Внимание! Устройство использует высокое напряжение и может привести к неприятным последствиям при касании к некоторым токонесущим элементам конструкции. Не прикасайтесь к печатной плате или трубке датчика при включении питания.
Запуск и настройка измерителя
Напряжение на С4 должны быть в приемлемом диапазоне для работы Гейгера. Обычно около 400 В - будьте осторожны во время измерений! Если напряжение выходит за диапазон, то элементы С1 (частота преобразователя постоянного тока), и С3, R3, R4, R5 (обратная связь по напряжению преобразователя) могут быть скорректированы.
В наш век техногенных катастроф необходимо защитить себя от их последствий в виде радиоактивного заражения. А для этого ионизирующее излучение необходимо обнаружить. Поэтому при отсутствии промышленных приборов любой радиолюбитель может попытаться изготовить счетчик Гейгера своими руками.
Гейгера?
Для измерения радиоактивного фона учеными и инженерами разработаны приборы - счетчики Гейгера. В качестве датчика альфа-, бета- и гамма-излучений используется герметичная газоразрядная трубка, наполненная смесью инертных газов, названная в честь ученых-изобретателей счетчиком Гейгера - Мюллера. Но профессиональные приборы мало доступны современному обывателю и довольно дороги.
Разработано несколько разновидностей подобных конструкций. Счетчик Гейгера своими руками из неоновой лампы может изготовить даже самый неподготовленный сталкер для выживания в постапокалиптическом мире.
Разновидности конструкций самодельных счетчиков Гейгера
Счетчик Гейгера своими руками разработали и изготовили уже многие конструкторы-любители. Вариантов конструкций много. Известны наиболее распространенные схемы самодельных разработок:
- Радиометр, с использованием стартера от лампы дневного света или неоновой лампы в качестве датчика бета- и гамма-излучения.
- Простой самодельный индикатор радиации на базе датчика СТС-5.
- Простейший дозиметр с датчиком СБМ-20.
- Малогабаритный радиационный индикатор на базе датчика СБТ-9.
- Индикатор ионизирующего излучения на базе датчика из полупроводникового прибора - диода.
- Простейший индикатор радиации с самодельным разрядником, изготовленным из ПЭТ-бутылки и консервной банки.
Преимущества и недостатки конструкций
Конструкции самодельных дозиметров и индикаторов радиации с использованием датчиков СБМ-20, СТС-5, СБТ-9 достаточно просты, имеют высокую чувствительность. Но у них есть очень важный недостаток - это промышленные датчики ионизирующего излучения, которые труднодоступны и дороги для покупки.
Индикатор радиации с датчиком из полупроводникового прибора дешев, но, в связи с нелинейностью характеристик полупроводников, труден в настройке, чувствителен к изменению температуры и напряжению питания.
Прибор с самодельным датчиком из ПЭТ-бутылки предельно прост, но требует схемы с полевым транзистором, который не всегда доступен для самодельщика. Кроме того, полевые транзисторы склонны к пробою в условиях сильной радиации.
Наиболее доступными являются конструкции с датчиками на базе стартера от неисправных ламп дневного света или неоновой лампы. К недостаткам датчика из стартера, как и неоновой лампы, необходимо отнести чувствительность к изменению температуры и напряжения питания, необходимость экранирования датчика от света и электромагнитного излучения. К преимуществам относится простота изготовления и настройки счетчика Гейгера своими руками.
Схема индикатора радиации c неоновой лампой в качестве датчика
Изготовление счетчика Гейгера своими руками следует начинать с изучения принципиальной схемы устройства. В этой схеме в качестве датчика гамма- и бета-излучения используется неоновая лампочка.
Рассмотрим принципиальную схему.
Чтобы выпрямить переменный ток, применен диод D1. Для обеспечения постоянного напряжения 100 В использована стабилизационная схема на основе стабилитрона D2. Параметры резистора R1 находятся в зависимости от питающего напряжения Vac и рассчитываются по формуле
R1=(Vac-100V)/(5 мА).
Переменным сопротивлением R2 устанавливается напряжение на неоновой лампочке немного ниже напряжения поджигания. Неоновая лампа в режиме ожидания не должна гореть. При пролете радиоактивных частиц через стеклянную колбу, происходит ионизация инертного газа и вспышка лампы.
В момент вспышки лампы на сопротивлении R3 произойдет падение напряжения, а на неоновой лампе появится напряжение, меньше напряжения удержания. На лампе не будет прохождения тока до момента зажигания ее ионизирующей частицей. В момент краткого протекания тока через лампу в громкоговорителе прозвучит громкий щелчок. После сборки счетчика Гейгера своими руками из неоновой лампы можно приступать к его настройке.
Настройка и калибровка счетчика Гейгера
Разработанная модель постапокалиптического счетчика Гейгера своими руками настраивается просто. Переменным сопротивлением R2 прибор переводится в на грани срабатывания датчика из неоновой лампы. Далее для эксперимента, к индикатору радиоактивности приближается пыльная тряпка и регулирующим резистором R2 подстраивается чувствительность прибора. Так как в пыли полно радиоактивных изотопов, неоновая лампочка индикатора радиоактивности при правильной настройке должна периодически вспыхивать, головка громкоговорителя должна издавать стрекочущие звуки и щелчки.
Для более точной калибровки прибора необходимо применить доступный источник радиации. Им может быть тумблер от военной радиоаппаратуры с нанесенным на него светящимся радиоактивным люминофором. Калибровка осуществляется с помощью образцового стандартного дозиметра. Частота срабатывания самодельного счетчика Гейгера подстраивается под частоту подсчета уровня радиации промышленного дозиметра. Для калибровки также может применяться стандартный источник радиации, которым, как правило, укомплектован военный дозиметр.
Материалы и инструменты для сборки счетчика Гейгера
При сборке своими руками счетчика Гейгера материалы могут применяться любые, доступные радиолюбителю. Главное, чтобы номиналы радиодеталей соответствовали приведенной схеме. Необходимо правильно подобрать в качестве датчика неоновую лампу, чтобы напряжение зажигания примерно соответствовало 100 В. При этом радиодетали могут быть как импортные, так и отечественные. Параметры деталей необходимо подобрать, используя справочную литературу.
Важно отметить, что в приведенной принципиальной схеме использовано переменное напряжение питания от сети Vac =220 В по бестрансформаторной схеме, а это опасно поражением организма электрическим током. Для предотвращения электрической травмы, следует изготовить корпус прибора из электроизоляционного материала. Для этой цели подойдет плексиглас, гетинакс, стеклотекстолит, полистирол, другие слоистые пластики.
При сборке счетчика Гейгера своими руками инструмент применяется самый разнообразный:
- Электрический паяльник мощностью 60 Вт необходим для пайки радиодеталей.
- Ножовка по металлу широко используется для распиливания фольгированного стеклотекстолита, при изготовлении печатной платы. Применяется для раскройки и разрезания пластиковых деталей корпуса.
- Электродрель применяется для сверления отверстий в печатной плате, сборки корпуса на уголках.
- Пинцет крайне необходим для работы с мелкими деталями при пайке и монтаже электрической схемы.
- Бокорезы рекомендуются для обрезки выступающих выводов радиодеталей.
- Для пуско-наладки прибора совершенно необходим элементарный тестер, с помощью которого потребуется провести замеры напряжения в контрольных точках, а также других электрических параметров.
- Для автономного электропитания подлинно постапокалиптического счетчика Гейгера желательно подключить аккумуляторную батарею напряжением 4,5-9 В, для чего применить любую простейшую схему преобразователя напряжения до 220 В переменного тока.
При работе с электричеством и следует выполнять требования техники безопасности.
Инструкция
Приобретите счетчик для дозиметра. Желательно, чтобы он был рассчитан на напряжение питания, равное 400 вольтам, поскольку большинство схем самодельных приборов рассчитано на именно таких датчиков. Из отечественных наиболее подходящим является СБМ-20. А вот довольно распространенный счетчик типа СТС-5 применять нежелательно: при аналогичных параметрах он сильно СБМ-20 по долговечности.
Поскольку описанные на данной странице преобразователи рассчитаны на работу 500-вольтными счетчиками, для работы с 400-вольтным прибором придется изменить настройку цепи обратной связи либо взять другое сочетание стабилитронов и неоновых ламп в этой цепи (в зависимости от выбранной схемы).
Напряжение на выходе преобразователя измерьте вольтметром с входным сопротивлением не менее 10 МОм. Убедитесь, что оно действительно равно 400 В. Помните, что даже при столь малой мощности оно может представлять опасность для наличия в схеме заряженных .
Изготовив преобразователь и убедившись, что он работоспособен, соберите измерительный узел дозиметра. Его схему выберите в зависимости от того, на какое входное напряжение рассчитан преобразователь. Подключите его к преобразователю, предварительно отключив его питание и разрядив накопительный конденсатор.
Готовый дозиметр поместите в корпус. Он должен исключать прикосновение к цепям, в которых напряжение, но иметь ряд тонких отверстий вблизи счетчика для прохождения к нему бета-лучей.Помните, что альфа- самодельный дозиметр обнаружить не способен.
Если в минуту регистрируется не более тридцати пяти импульсов, радиационный фон можно считать нормальным. Обнаружив же любой излучающий объект, немедленно обратитесь для его утилизации в ГУП МосНПО «Радон» по телефонам или адресам электронной почты, указанным на следующей странице:
http://www.radon.ru/contakt.htm
Видео по теме
Для измерения фона радиоактивного излучения и определения наличия жесткого ионизирующего излучения необходимы специальные приборы. Простейший счетчик Гейгера – Мюллера можно собрать своими руками. Точные количественные значения излучения определить он не сможет, но появление вблизи источника жесткого ионизирующего излучения определит.
Вам понадобится
- датчик СБТ9, транзистор КТ630Б, резисторы на 24 кОм и 7.5 мОм, 2 электролитических конденсатора, 470 микрофарад на 16 Вольт и 2.2 микрофарада на 16 Вольт. Так же потребуются конденсатор емкостью 2200 пикофарад на напряжение не меньше 1 киловольт и 2 диода КД102А. В качестве источника питания можно применить любую батарею на 9 Вольт. Для сигнализации используется плоский пьезокерамический излучатель от детской игрушки или телефона – трубки.
Инструкция
Самая сложная часть этого счетчика – импульсный трансформатор. Намотайте трансформатор на броневом магнитопроводе из феррита марки 2000НМ. Вторичную обмотку виток к витку намотайте проводом диаметром 0,08 мм 3 слоями по 180 витков, (чтобы исключить межвитковой пробой). Для первичной обмотки намотайте 13 витков, сделайте отвод от верхнего края на 5-м витке.
Если собрать вышеописанный прибор для вас слишком сложно, то можно ограничиться еще более простой моделью счетчика Гейгера. Для этого, просто возьмите стартер, используемый в люминесцентных пампах и подключите его к электросети 220В последовательно с лампой накаливания мощностью 15 ватт. Это можно назвать простейшим счетчиком Гейгера.
Чтобы оценить уровень бета и гамма излучения, посчитайте количество вспышек лампы в минуту. Количество вспышек будет пропорционально уровню . Если имеется возможность достать на небольшое время настоящий счетчик Гейгера, то измерьте им уровень радиации. Одновременно посчитайте количество вспышек самодельного прибора. Затем разделите показания счетчика на количество вспышек лампы в минуту. Запишите полученное число. Теперь, посчитав количество вспышек в минуту и умножив его на это число, вы получите значение уровня радиации.
Видео по теме
Обратите внимание
Обратите внимание на правильность подключения выводов первичной обмотки трансформатора. При подключенном к счетчику питании соблюдайте осторожность – в генераторе есть опасное для жизни и здоровья напряжение! Тщательно изолируйте оголенные выводы высоковольтной части генератора.
Современные счетчики Гейгера называют дозиметрами радиации и радиометрами. Они позволяют определить уровень радиационного излучения окружающей среды еще до того, как он успеет сказаться на вашем здоровье.
С помощью современного счетчика Гейгера можно измерить уровень радиации строительных материалов, земельного участка или квартиры, а также продуктов питания. Он демонстрирует практически стопроцентную вероятность заряженной частицы, ведь для ее фиксирования достаточно всего одной пары электрон-ион.
Технология, на основе которой создан современный дозиметр на базе счетчика Гейгера-Мюллера, позволяет получать результаты высокой точности за очень короткий промежуток времени. На измерение требуется не больше 60 секунд, а вся информация выводится в графическом и числовом виде на экране дозиметра.
Настройка прибора
У прибора есть возможность настройки порогового значения, когда он превышен, издается звуковой сигнал, предупреждающий вас об опасности. Выберите одно из заданных значений порога в соответствующем разделе настроек. Звуковой сигнал также можно отключить. Перед проведением измерений рекомендуют провести индивидуальную настройку прибора, выбрать яркость дисплея, параметры звукового сигнала и элементов питания.
Порядок выполнения измерений
Выберите режим «Измерение», при этом прибор начинает оценку радиоактивной обстановки. Примерно через 60 секунд на его дисплее появляется результат измерений, после чего начинается следующий цикл анализа. Для того чтобы получить точный результат, рекомендуют провести не менее 5 циклов измерений. Увеличение числа наблюдений дает более достоверные показания.
Чтобы измерить радиационный фон предметов, например стройматериалов или пищевых продуктов, нужно включить режим «Измерение» на расстоянии нескольких метров от объекта, затем поднести прибор к предмету и измерить фон максимально близко к нему. Сравните показания прибора с данными, полученными на расстоянии нескольких метров от предмета. Разница между этими показаниями - это дополнительный радиационный фон исследуемого объекта.
Если результаты измерений превышают естественный фон, характерный для той местности, в которой вы находитесь, это свидетельствует о радиационном загрязнении исследуемого объекта. Для оценки загрязнения жидкости рекомендуют проводить измерения над ее открытой поверхностью. Чтобы защитить прибор от влаги, его нужно обернуть полиэтиленовой пленкой, но не более чем в один слой. Если дозиметр длительное время находился при температуре ниже 0оС, перед проведением измерений его необходимо выдержать при комнатной температуре в течение 2 часов.
На свалке вы облюбовали себе коронное место, койка возле старого рентгеновского аппарата, правда иногда подташнивает, но это наверное из-за бесплатной еды в McDonald’s. Сделать по схеме самодельный дозиметр или простой счетчика Гейгера вы не удосужились, и у вас начали выпадать волосы. Когда вы поймете, что это не из-за шампуня, а от ионизирующей радиации, то наверняка захотите узнать как сделать счетчик Гейгера своими руками в домашних условиях из неоновой лампы, работающим на бета и гамма излучение, а также как собрать простой индивидуальный дозиметр из обычного тестера, спицы, проволоки и пластиковой бутылки.
Как сделать счетчик Гейгера (дозиметр)?
Принцип действия счетчика Гейгера своими руками основан на зажигании неоновой лампы потоком ионизирующих частиц (наше устройство будет регистрировать бета- и гамма- излучение). Берем простую неоновую лампу и подключаем ее к схеме, которая отрегулирует силу тока чуть ниже, чем напряжение зажигания самой лампы. Чем больше излучение, тем больше раз неоновая лампа будет переходить в фазу «зажигания», через громкоговоритель издавая характерный треск и предупреждая нас о радиации.
Схема счетчика Гейгера в домашних условиях? (питание от сети!):
Диод D1 выпрямляет переменный ток. Стабилитрон D2 стабилизирует напряжение на уровне 100 Вольт, а сила сопротивления резистора R1 находится при помощи формулы: R=(Vac-100V)/(5мА). Резистором R2 отрегулируйте напряжение, чтобы лампа почти зажигалась.
Схема простого дозиметра излучения.
В отличии от самодельного счетчика Гейгера, который регистрирует бета- и гамма- излучение на данный момент времени, принцип действия дозиметра отличается лишь тем, что он интегрирует дозу излучения, что видно из единиц измерения прибора, количество радиации на отрезок времени.
Схема простого дозиметра.
Как видно из рисунка, пластиковая бутылка разрезается так, чтобы изогнутая металлическая спица, продетая через отверстия в крышке бутылки, почти касалась дна консервной банки, в которую эта бутылка вставлена. Далее к спице прикрепляется полевой транзистор КП 302А, к которому последовательно подсоединяется обычный китайский тестер сопротивления.
Последним этапом для изготовления простого дозиметра излучения в домашних условиях будет обмотать медную проволоку одним слоем вокруг консервной банки и соединить её с черным щупом тестера.
В отличии от счетчика Гейгера своими руками, результат работы индивидуального дозиметра будет не в силе характерного треска, а отображается на табло тестера в режиме измерения сопротивления. Советуем вам откалибровать его при помощи контрольного источника радиации. Помните, что самодельный дозиметр эффективен лишь на очень близком расстоянии от источника ионизирующего излучения.
(Visited 6 253 times, 1 visits today)
