В тази статия ще намерите описание на прости схеми на дозиметър на брояча SBM-20, които имат достатъчна чувствителност и записват най-малките стойности на бета и гама радиоактивни частици. Схемата на дозиметъра се основава на домашен радиационен датчик от типа SBM-20. Прилича на метален цилиндър с диаметър 12 mm и дължина около 113 mm. При необходимост може да бъде заменен с ZP1400, ZP1320 или ZP1310.

Проста схема на дозиметъра 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 попаднат в 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 слаб естествен интензитет на излъчване, LED миганията и щракванията се повтарят на всеки 1 ... 2 секунди. Това говори само за нормален радиационен фон. С увеличаване на нивото на радиоактивност щраканията ще стават по-чести и при критични стойности ще се сливат в едно непрекъснато пукане, а светодиодът ще свети постоянно.

Тъй като дизайнът на любителското радио има микроамперметър, съпротивлението за настройка се използва за регулиране на чувствителността на показанията.

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.

Проста конструкция на брояча 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 капацитета на филтъра C1. Съпротивлението R1 е насрещното натоварване.

Единичният вибратор е направен върху елементите DD1.1, DD1.2, SZ и R4, те преобразуват импулсите, идващи от брояча на Гайгер и имащи продължителен спад в правоъгълни. На елементите DD1.3, DD1.4, C4 и R5 е направен генератор на звукова честота. Прагов усилвател, сглобен на чип 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 квантите на радиация, падащи върху сензора.

Трансформаторът 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 оборота тел с диаметър 0,15 ... 0,2 mm; трета намотка 3 оборота със същия проводник.

с доставка от склад!

В допълнение към вече популярните двуканални осцилоскопи AktakomАСК-2028 с честотна лента от 25 MHz и придоби тази популярност съвсем наскоро - ASK-2068 (с честотна лента 60MHz), моделАСК-2108 вече е предложено с честотна лента 100 MHz!!!

Но това не е единствената разлика от ASK-2028 и ASK-2068 . За висококачествено възпроизвеждане на сигнала в осцилоскопАСК-2108 честотата на семплиране вече е 500 Msamples/sec.

Както при моделите ASK-2028 и ASK-2068 , в режим на осцилоскоп, ASK-2108 има:

• 2 канала
• вертикална резолюция 8 бита
• коефициент на вертикална деформация: 5 mV/div... 5 V/div
• коефициент на почистване: 5 ns/div... 100 s/div
• дължина на записа: 6K на канал
• режими на синхронизиране: преден, видео, алтернативен
• пиков детектор
• усредняваща функция
• измервания на курсора
• 20 автоматични измервания
• математически операции
• sin(x)/x интерполатор
• възможност за запазване на до 4 вълнови форми

В режим на мултиметър с 3 ¾ цифри,АСК-2108 може да измерва DC и AC напрежение (до 400V), DC и AC ток (до 10A), съпротивление (до 40 MΩ), капацитет (до 100uF), както и да тества диоди и непрекъснатост.

Информацията за сигнала, резултатите от измерването и функционалното меню се извеждат на цветен LCD дисплей 3.8" 320x240. Данните могат да се записват както на външно USB устройство, така и да се прехвърлят на компютър за документиране и последваща обработка.

Устройството може да се захранва както от вградената литиева батерия, така и от включеното в комплекта захранване.

По този начин, като ASK-2028 , ASK-2018 има честотна лента от 20 MHz и честота на дискретизация от 100 M проби/сек.

Със своите малки размери: 180x115x40 mm и тегло от 0,645 kg, преносимите осцилоскопи Актаком имат добри метрологични характеристики, удобен потребителски интерфейс, лесна работа и набор от софтуерни и хардуерни инструменти, необходими за измерване и последваща обработка. Особено полезни, тези устройства ще бъдат за тестване, както и в случаите, когато достъпът със стационарни устройства е проблематичен или невъзможен.

Двуканални генератори Aktakom AWG-4110 и AWG-4150 доставени от склад

Тенденцията на летния сезон и най-популярните модели! Универсалните генератори Актаком са изградени по технологията Direct Digital Synthesis (DDS), която осигурява висока точност на настройка на честотата, ниско изкривяване, бърз преход от една честота към друга и редица други високи метрологични параметри.

Предложените генератори работят в честотния диапазон:

AWG-4110: 10 MHz,AWG-4150: 50 MHz

Универсални генератори Актаком AWG-4110 и AWG-4150 имат достатъчно възможности за синхронизация с други устройства поради наличието не само на изходи, но и на входове за синхронизация.

Приятелски интерфейс, отлични характеристики на разделителна способност, висока функционалност, възможност за генериране на модулирани сигнали, съчетани с малки размери и тегло правят генераторите Актаком универсални AWG-4110 и AWG-4150 един от най-добрите по съотношение цена/капацитет на руския пазар на измервателно оборудване.

TDK-Lambda Corporation обявява разширяването на своята серия GENESYS+™ програмируеми DC захранвания с модели от 1700W. Тези устройства са проектирани да се захранват от монофазна променливотокова мрежа в диапазон на напрежение от 85 до 265 VAC, за разлика от наличните преди по-мощни модели с трифазен вход 208/400/480 VAC. Приложенията на нови източници на намалена мощност включват както използване като компоненти на лабораторно оборудване, така и тестване на бордови автомобилни и космически компоненти, производство на полупроводници, симулация на слънчеви клетки и техните масиви, електролизно покритие и обработка на вода.

Десет нови модела с номинално напрежение 10V, 20V, 30V, 40V, 60V, 100V, 150V, 300V и 600V и токове в диапазона от 0-2.8A до 0-170A са предназначени за работа в режимите на стабилизиране на напрежението, стабилизиране на тока и стабилизиране на мощността.

Всички продукти на GENESYS+™ 1.7kW се предлагат в едно 19” (483 mm) 1U шаси, което тежи по-малко от 5 kg. До 4 модула могат да бъдат свързани паралелно в схема главен-подчинен с автоматична системна конфигурация, която осигурява динамична и шумова производителност, сравнима с единична единица.

Обикновено дозиметричните схеми се сглобяват с помощта на микроконтролери или прости логически микросхеми. Но в много случаи се нуждаем само от обикновен дозиметър. В рамките на тази статия ще разгледаме два елементарни дизайна на устройства за радиационна сигнализация „направи си сам“, в които най-сложният компонент е най-често срещаният брояч на Geiger SBM-20.

Най-простият дозиметър с фотодиоден сензор

Всеки радиолюбител може да сглоби прост брояч на Гайгер със собствените си ръце, който използва вместо SBM-20 обикновен фотодиод като детектор на радиация. Дозиметърът може да регистрира само алфа и бета радиация. За съжаление, той няма да може да открие рентгеновия диапазон. Схемата на устройството е сглобена върху малка печатна платка и поставена в подходящ корпус. Медни тръби и фолио са необходими за филтриране на радиочестотни смущения.

Списък на необходимите радиокомпоненти

BPW34 фотодиод, LM358 Op-amp, транзистори 2N3904, 2N7000; кондензатори 100 nF (2бр.), 100 uF, 10 nF, 20 nF; Резистори 10 MΩ, 1.5 MΩ (2 бр.), 56 kΩ резистор, 150 kΩ, 1 kΩ (2 бр.), 250 kΩ потенциометър; Пиезо говорител, превключвател

След сглобяването проверете дали полярността на високоговорителя и светодиода са свързани правилно. Поставете медни тръби и електрическа лента върху фотодиода. Те трябва да пасват много плътно.

Пробиваме дупка отстрани на алуминиевия корпус за превключвателя на захранването, а отгоре за фотосензора, светодиода и контрола на чувствителността. След като инсталирате радиокомпонентите, поставете батериите. Навийте лентата около медните тръби, така че да не се движат. Това също ще намали броя на светлинните кванти, засягащи фотодиода.

Можете да проверите работата на полученото устройство на всеки тестов източник на радиация, който трябва да бъде в специални лаборатории или в училищни кабинети по физика. Е, или карайте велосипеди до зоната на Чернобил.

Прост дозиметър на SBM-20

За да се опрости дизайна, устройството ще се захранва от стандартна 220-волтова променливотокова мрежа.

Високото напрежение идва от удвоител, изграден от диоди и кондензатори, след което отива към брояча на Geiger SBM 20. Съпротивлението R1 е свързано последователно с него. При всяко преминаване през брояча на радиационна частица на изхода му и съответно на резистора R1 се генерира електрически импулс, който през резистора R2 влиза в звукоизлъчващото устройство, в резултат на което се чува щракване чух.

При нормален радиационен фон такива щракания се чуват 1-2 пъти в секунда. С увеличаване на нивото на радиация честотата на щраканията се увеличава значително и дори може да се превърне в непрекъснато пукане.

Съществен недостатък на този дизайн „направи си сам“ е фактът, че той е свързан към електрическата мрежа. Така че нека разгледаме друг вариант.

Прост дозиметър със собствено захранване на SBM-20

В това устройство за индикатор на радиация като източник на високо напрежение се използва конвенционален блокиращ осцилатор, транзисторен генератор с ниска мощност. Променливото напрежение от вторичната повишаваща намотка на трансформатора се коригира и се подава към брояча на Geiger.

Трансформаторът е изработен върху феритен пръстен с диаметър 16 mm. След това извършваме равномерно навиване на първичната намотка с 400 оборота меден проводник PEV 0,12. След това с PEV проводник с диаметър 0,42 mm усукваме втората и третата намотка съответно на 8 и 3 оборота.

При правилно сглобен дизайн напрежението на капацитета C3 трябва да бъде около 400 волта. Ако внезапно стане по-малко, тогава е необходимо да смените краищата на повишаващата намотка. Ако напрежението липсва напълно, тогава е необходимо да смените заключенията на третата намотка.

Радиационна безопасност

Във връзка с екологичните последици от ядрени експлозии за мирни цели на Нова Земля и в района на полигона Семипалатинск, поради изхвърлянето на радиоактивни отпадъци в река Теча в Южен Урал (1949-1956 г.), особено поради екологичните замърсяване по време на експлоатацията на атомната електроцентрала (Чернобилска авария, 1986 г. и други), изучаването на основите на радиационната безопасност и радиационната дозиметрия стана много актуално днес. Населението е развило радиофобия, т.е. страх от излагане дори на най-малки дози, много по-малко от всяка научно обоснована степен на риск.

Брояч на Гайгер-Мюлер

д За да се определи нивото на радиация, се използва специално устройство -. И за такива устройства на битови и повечето професионални устройства за дозиметричен контрол, като чувствителен елемент се използва Гайгеров брояч . Тази част от радиометъра ви позволява точно да определите нивото на радиация.

История на брояча на Гайгер

IN Първо, устройство за определяне на интензивността на разпадане на радиоактивни материали е родено през 1908 г., то е изобретено от германец физик Ханс Гайгер . Двадесет години по-късно, заедно с друг физик Валтер Мюлер устройството беше подобрено и в чест на тези двама учени беше наречено.

IN В периода на развитие и формиране на ядрената физика в бившия Съветски съюз бяха създадени и съответните устройства, които бяха широко използвани във въоръжените сили, в атомните електроцентрали и в специалните групи за радиационен контрол на гражданската защита. От седемдесетте години на миналия век такива дозиметри включват брояч, базиран на принципите на Гайгер, а именно СБМ-20 . Този брояч, точно като друг от неговите аналози STS-5 , се използва широко и до днес, а също е част от съвременни средства за дозиметричен контрол .

Фиг. 1. Газоразряден брояч STS-5.

Фиг.2. Газоразряден брояч SBM-20.

Принципът на действие на брояча на Гайгер-Мюлер

И Идеята за регистриране на радиоактивни частици, предложена от Гайгер, е сравнително проста. Основава се на принципа на възникване на електрически импулси в среда от инертен газ под действието на силно заредена радиоактивна частица или квант електромагнитни трептения. За да се спрем по-подробно на механизма на действие на брояча, нека се спрем малко на неговия дизайн и процесите, протичащи в него, когато радиоактивна частица преминава през чувствителния елемент на устройството.

Р регистриращото устройство е запечатан цилиндър или контейнер, който е пълен с инертен газ, може да бъде неон, аргон и др. Такъв контейнер може да бъде направен от метал или стъкло, а газът в него е под ниско налягане, това се прави нарочно, за да се опрости процеса на откриване на заредена частица. Вътре в контейнера има два електрода (катод и анод), към които се прилага високо постоянно напрежение чрез специален товарен резистор.

Фиг.3. Устройството и схемата за включване на брояча на Гайгер.

П Когато броячът се активира в среда с инертен газ, разрядът не възниква върху електродите поради високото съпротивление на средата, но ситуацията се променя, ако радиоактивна частица или квант електромагнитни трептения навлезе в камерата на чувствителния елемент на устройството. В този случай частица с достатъчно висок енергиен заряд избива определен брой електрони от най-близката среда, т.е. от елементите на тялото или самите физически електроди. Такива електрони, веднъж в среда на инертен газ, под действието на високо напрежение между катода и анода, започват да се движат към анода, като по пътя йонизират молекулите на този газ. В резултат на това те избиват вторични електрони от газовите молекули и този процес нараства в геометричен мащаб, докато не настъпи разбивка между електродите. В състояние на разреждане веригата се затваря за много кратък период от време и това причинява скок на тока в товарния резистор и именно този скок ви позволява да регистрирате преминаването на частица или квант през регистрационната камера.

T Този механизъм позволява да се регистрира една частица, но в среда, където йонизиращото лъчение е достатъчно интензивно, е необходимо бързо връщане на регистрационната камера в първоначалното й положение, за да може да се определи нова радиоактивна частица . Това се постига по два различни начина. Първият от тях е да спре подаването на напрежение към електродите за кратък период от време, като в този случай йонизацията на инертния газ спира внезапно, а ново включване на тестовата камера ви позволява да започнете записа от самото начало. Този тип брояч се нарича несамозагасващи дозиметри . Вторият тип устройства, а именно самозагасващи дозиметри, принципът на тяхната работа е да добавят специални добавки на базата на различни елементи към инертната газова среда, например бром, йод, хлор или алкохол. В този случай тяхното присъствие автоматично води до прекратяване на разряда. При такава структура на изпитвателната камера, съпротивления понякога от няколко десетки мегаома се използват като резистор за натоварване. Това позволява по време на разряда рязко да се намали потенциалната разлика в краищата на катода и анода, което спира проводимия процес и камерата се връща в първоначалното си състояние. Трябва да се отбележи, че напрежението на електродите под 300 волта автоматично спира поддържането на разряда.

Целият описан механизъм позволява да се регистрират огромно количество радиоактивни частици за кратък период от време.

Видове радиоактивни лъчения

з за да разберете какво е регистрирано Броячи на Гайгер-Мюлер , струва си да се спрем на това какви видове съществуват. Заслужава да се отбележи веднага, че газоразрядните броячи, които са част от повечето съвременни дозиметри, могат да регистрират само броя на радиоактивните заредени частици или кванти, но не могат да определят нито техните енергийни характеристики, нито вида на радиацията. За да направите това, дозиметрите са направени по-многофункционални и целенасочени и за да ги сравните правилно, трябва по-точно да разберете техните възможности.

П според съвременните представи на ядрената физика радиацията може да бъде разделена на два вида, първият във формата електромагнитно поле , вторият във формата поток от частици (корпускулярно излъчване). Първият тип може да бъде поток от гама частици или рентгенови лъчи . Тяхната основна характеристика е способността да се разпространяват под формата на вълна на много големи разстояния, докато преминават през различни обекти доста лесно и могат лесно да проникнат в голямо разнообразие от материали. Например, ако човек трябва да се скрие от потока гама лъчи поради ядрена експлозия, тогава криейки се в мазето на къща или бомбоубежище, при относителна плътност, той може да се защити от този вид радиация само чрез 50 процента.

Фиг.4. Кванти на рентгеново и гама лъчение.

T какъв тип радиация има импулсен характер и се характеризира с разпространение в околната среда под формата на фотони или кванти, т.е. кратки изблици на електромагнитно излъчване. Такова лъчение може да има различни енергийни и честотни характеристики, например рентгеновото лъчение има хиляда пъти по-ниска честота от гама лъчите. Ето защо гама лъчите са много по-опасни за човешкия организъм и въздействието им е много по-разрушително.

И Радиацията, базирана на корпускуларния принцип, е алфа и бета частици (корпускули). Те възникват в резултат на ядрена реакция, при която едни радиоактивни изотопи се превръщат в други с отделяне на огромно количество енергия. В този случай бета-частиците са поток от електрони, а алфа-частиците са много по-големи и по-стабилни образувания, състоящи се от два неутрона и два протона, свързани един с друг. Всъщност ядрото на хелиевия атом има такава структура, така че може да се твърди, че потокът от алфа частици е потокът от хелиеви ядра.

Приета е следната класификация , алфа частиците имат най-малко проникваща способност, за да се предпазят от тях, дебел картон е достатъчен за човек, бета частиците имат по-голяма проникваща способност, така че човек да може да се предпази от поток от такова лъчение, той ще се нуждае от метална защита няколко милиметри дебелина (например алуминиев лист). Практически няма защита срещу гама-квантите и те се разпространяват на значителни разстояния, изчезват, когато се отдалечават от епицентъра или източника, и се подчиняват на законите за разпространение на електромагнитните вълни.

Фиг.5. Радиоактивни частици алфа и бета тип.

ДА СЕ Количествата енергия, притежавани от всички тези три вида радиация, също са различни, като потокът от алфа частици е най-голям от тях. Например, енергията, притежавана от алфа частиците, е седем хиляди пъти по-голяма от енергията на бета частиците , т.е. Проникващата способност на различните видове радиация е обратно пропорционална на тяхната проникваща способност.

д За човешкото тяло се считат за най-опасните видове радиоактивни лъчения гама кванти , поради високата проникваща способност, а след това низходящи, бета-частици и алфа-частици. Следователно е доста трудно да се определят алфа частици, ако е невъзможно да се каже с конвенционален брояч. Гайгер - Мюлер, тъй като почти всеки предмет е пречка за тях, да не говорим за стъклен или метален съд. С такъв брояч е възможно да се открият бета частици, но само ако тяхната енергия е достатъчна, за да премине през материала на контейнера на брояча.

За нискоенергийни бета частици конвенционалният брояч на Гайгер-Мюлер е неефективен.

ОТНОСНО Подобна ситуация с гама лъчение, има възможност те да преминат през контейнера, без да започнат реакцията на йонизация. За да направите това, в измервателните уреди е монтиран специален екран (изработен от плътна стомана или олово), който ви позволява да намалите енергията на гама лъчите и по този начин да активирате изхвърлянето в брояча на камерата.

Основни характеристики и разлики на броячите на Гайгер-Мюлер

СЪС Също така си струва да се подчертаят някои от основните характеристики и разликите на различните оборудвани дозиметри Газоразрядни броячи на Гайгер-Мюлер. За да направите това, трябва да сравните някои от тях.

Най-често срещаните броячи на Geiger-Muller са оборудвани с цилиндричнаили крайни сензори. Цилиндричните са подобни на продълговат цилиндър под формата на тръба с малък радиус. Крайната йонизационна камера има кръгла или правоъгълна форма с малък размер, но със значителна крайна работна повърхност. Понякога има разновидности на крайни камери с удължена цилиндрична тръба с малък входен прозорец от крайната страна. Различни конфигурации на броячи, а именно самите камери, могат да регистрират различни видове радиация или комбинации от тях (например комбинации от гама и бета лъчи или целия спектър от алфа, бета и гама). Това става възможно благодарение на специално проектирания дизайн на корпуса на измервателния уред, както и на материала, от който е направен.

д Друг важен компонент за предназначението на измервателните уреди е зоната на входния чувствителен елемент и работната зона . С други думи, това е секторът, през който ще влизат и ще се регистрират интересуващите ни радиоактивни частици. Колкото по-голяма е тази площ, толкова повече броячът ще може да улавя частици и толкова по-силна ще бъде неговата чувствителност към радиация. Паспортните данни k показват площта на работната повърхност, като правило, в квадратни сантиметри.

д Друг важен показател, който е посочен в характеристиките на дозиметъра, е ниво на шума (измерено в импулси в секунда). С други думи, този показател може да се нарече присъща фонова стойност. Може да се определи в лаборатория, за целта устройството се поставя в добре защитено помещение или камера, обикновено с дебели оловни стени, и се записва нивото на радиация, излъчвано от самия апарат. Ясно е, че ако такова ниво е достатъчно значително, тогава тези индуцирани шумове ще повлияят пряко на грешките на измерване.

Всеки професионалист и радиация има такава характеристика като радиационна чувствителност, също измерена в импулси в секунда (imp/s) или в импулси на микрорентген (imp/µR). Такъв параметър или по-скоро неговото използване зависи пряко от източника на йонизиращо лъчение, към който е настроен броячът и на който ще се извърши по-нататъшно измерване. Често настройката се извършва от източници, включително такива радиоактивни материали като радий - 226, кобалт - 60, цезий - 137, въглерод - 14 и други.

д Друг показател, по който си струва да сравнявате дозиметрите, е ефективност на откриване на йонна радиация или радиоактивни частици. Наличието на този критерий се дължи на факта, че не всички радиоактивни частици, преминаващи през чувствителния елемент на дозиметъра, ще бъдат регистрирани. Това може да се случи в случай, че квантът на гама-лъчението не е причинил йонизация в камерата на брояча или броят на частиците, които са преминали и са причинили йонизация и разряд, е толкова голям, че устройството не ги отчита адекватно, както и по други причини. За да се определи точно тази характеристика на конкретен дозиметър, той се тества с помощта на някои радиоактивни източници, например плутоний-239 (за алфа частици) или талий - 204, стронций - 90, итрий - 90 (бета излъчвател), както и други радиоактивни материали.

СЪС Следващият критерий, който трябва да вземете предвид, е регистриран енергиен диапазон . Всяка радиоактивна частица или радиационен квант има различна енергийна характеристика. Поради това дозиметрите са проектирани да измерват не само конкретен тип радиация, но и съответните им енергийни характеристики. Такъв индикатор се измерва в мегаелектронволти или килоелектронволти (MeV, KeV). Например, ако бета частиците нямат достатъчна енергия, тогава те няма да могат да нокаутират електрон в камерата на брояча и следователно няма да бъдат регистрирани, или само високоенергийни алфа частици ще могат да пробият материал на тялото на брояча на Гайгер-Мюлер и избийте електрон.

И Въз основа на гореизложеното съвременните производители на радиационни дозиметри произвеждат широка гама от устройства за различни цели и специфични отрасли. Ето защо си струва да разгледаме конкретни видове броячи на Geiger.

Различни варианти на броячи на Гайгер-Мюлер

П Първата версия на дозиметрите са устройства, предназначени да регистрират и откриват гама фотони и високочестотно (твърдо) бета лъчение. Почти всички произвеждани по-рано и модерни, както битови, например, така и професионални радиационни дозиметри, например, са предназначени за този диапазон на измерване. Такова излъчване има достатъчна енергия и висока проникваща способност, така че камерата на брояча на Гайгер да може да ги регистрира. Такива частици и фотони лесно проникват през стените на брояча и предизвикват процеса на йонизация, като това лесно се записва от съответния електронен пълнеж на дозиметъра.

д За да регистрирате този вид радиация, популярни броячи като СБМ-20 , имащ сензор под формата на цилиндрична тръба-цилиндър с коаксиално свързани катод и анод. Освен това стените на сензорната тръба служат едновременно като катод и корпус и са изработени от неръждаема стомана. Този брояч има следните характеристики:

• площта на работната зона на чувствителния елемент е 8 квадратни сантиметра;
• радиационна чувствителност към гама лъчение от порядъка на 280 импулса / s или 70 импулса / μR (тестването е извършено за цезий - 137 при 4 μR / s);
• собственият фон на дозиметъра е около 1 imp/s;
• Сензорът е предназначен да регистрира гама-лъчение с енергия в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV и бета-частици с енергия 0,3 MeV по долната граница.

Фиг.6. Гайгеров брояч SBM-20.

При Имаше различни модификации на този брояч, напр. СБМ-20-1 или СБМ-20У , които имат подобни характеристики, но се различават по принципната конструкция на контактните елементи и измервателната верига. Други модификации на този брояч на Geiger-Muller, а това са SBM-10, SI29BG, SBM-19, SBM-21, SI24BG, също имат подобни параметри, много от тях се намират в битовите радиационни дозиметри, които могат да бъдат намерени в магазините днес .

СЪС Следващата група радиационни дозиметри е предназначена за регистриране гама фотони и рентгенови лъчи . Ако говорим за точността на такива устройства, тогава трябва да се разбере, че фотонът и гама лъчението са кванти на електромагнитното излъчване, които се движат със скоростта на светлината (около 300 000 km / s), така че регистрирането на такъв обект е доста трудна задача.

Ефективността на такива броячи на Гайгер е около един процент.

з За да се увеличи, е необходимо увеличаване на повърхността на катода. Всъщност гама-квантите се записват индиректно, благодарение на избитите от тях електрони, които впоследствие участват в йонизацията на инертен газ. За да се насърчи това явление възможно най-ефективно, материалът и дебелината на стената на контракамерата, както и размерите, дебелината и материалът на катода са специално подбрани. Тук голяма дебелина и плътност на материала може да намали чувствителността на регистрационната камера, а твърде малката ще позволи на високочестотното бета лъчение лесно да навлезе в камерата и също така ще увеличи количеството радиационен шум, естествен за устройството, което ще заглушават точността на откриването на гама-квантите. Естествено, точните пропорции се избират от производителите. Всъщност на този принцип се произвеждат дозиметри Броячи на Гайгер-Мюлер за директно определяне на гама-лъчение на земята, докато такова устройство изключва възможността за определяне на други видове радиация и радиоактивно въздействие, което ви позволява точно да определите радиационното замърсяване и нивото на отрицателно въздействие върху човек само чрез гама-лъчение .

IN домашни дозиметри, оборудвани с цилиндрични сензори, са инсталирани следните типове: SI22G, SI21G, SI34G, Gamma 1-1, Gamma - 4, Gamma - 5, Gamma - 7ts, Gamma - 8, Gamma - 11 и много други. Освен това при някои типове на входния, краен, чувствителен прозорец е инсталиран специален филтър, който специално служи за отрязване на алфа и бета частици и допълнително увеличава площта на катода, за по-ефективно определяне на гама квантите. Тези сензори включват Бета - 1М, Бета - 2М, Бета - 5М, Гама - 6, Бета - 6М и други.

з За да разберете по-ясно принципа на тяхното действие, струва си да разгледате по-подробно един от тези броячи. Например краен брояч със сензор Бета - 2M , който е със заоблена форма на работния прозорец, който е около 14 квадратни сантиметра. В този случай радиационната чувствителност към кобалт - 60 е около 240 импулса / μR. Този тип измервателни уреди имат много ниски характеристики на собствен шум. , което е не повече от 1 импулс в секунда. Това е възможно благодарение на дебелостенната оловна камера, която от своя страна е проектирана да открива фотонно лъчение с енергии в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV.

Фиг.7. Краен гама брояч Бета-2М.

За определяне на гама-лъчение е напълно възможно да се използват броячи за гама-бета импулси, които са предназначени да регистрират твърди (високочестотни и високоенергийни) бета-частици и гама-кванти. Например, моделът SBM е 20. Ако искате да изключите регистрацията на бета частици в този модел дозиметър, тогава е достатъчно да инсталирате оловен екран или екран, изработен от друг метален материал (оловен екран е по-ефективен ). Това е най-често срещаният начин, който повечето дизайнери използват при създаването на броячи за гама и рентгенови лъчи.

Регистрация на "меко" бета лъчение.

ДА СЕ Както споменахме по-рано, регистрирането на меко бета лъчение (лъчение с ниски енергийни характеристики и относително ниска честота) е доста трудна задача. За целта е необходимо да се осигури възможност за по-лесното им проникване в регистрационната камара. За тези цели се прави специален тънък работен прозорец, обикновено от слюда или полимерен филм, който практически не създава пречки за проникването на този вид бета-лъчение в йонизационната камера. В този случай самото тяло на сензора може да играе ролята на катод, а анодът е система от линейни електроди, които са равномерно разпределени и монтирани върху изолатори. Прозорецът за регистрация е направен в крайната версия и в този случай на пътя на бета частиците се появява само тънък филм от слюда. В дозиметрите с такива броячи гама-лъчението се регистрира като приложение и всъщност като допълнителна функция. И ако искате да се отървете от регистрацията на гама-квантите, тогава трябва да минимизирате повърхността на катода.

Фиг.8. Гайгеров брояч.

СЪС Трябва да се отбележи, че броячите за определяне на меки бета частици са създадени доста отдавна и са били успешно използвани през втората половина на миналия век. Сред тях най-разпространени бяха сензорите от типа SBT10 И SI8B , който имаше тънкостенни работни прозорци от слюда. По-модерна версия на такова устройство Бета 5има работна площ на прозореца около 37 кв/см, с правоъгълна форма от слюден материал. При такива размери на чувствителния елемент устройството е в състояние да регистрира около 500 импулса/µR, ако се измерва с кобалт - 60. В същото време ефективността на откриване на частици е до 80 процента. Други показатели на това устройство са следните: собственият шум е 2,2 импулса / s, обхватът на откриване на енергия е от 0,05 до 3 MeV, докато долният праг за определяне на мекото бета лъчение е 0,1 MeV.

Фиг.9. Край на бета-гама брояча Beta-5.

И Естествено, заслужава да се спомене Броячи на Гайгер-Мюлерспособни да откриват алфа частици. Ако регистрирането на меко бета лъчение изглежда доста трудна задача, то откриването на алфа частица е още по-трудно дори при високи енергийни показатели. Такъв проблем може да бъде разрешен само чрез съответно намаляване на дебелината на работния прозорец до дебелина, достатъчна за преминаване на алфа частица в регистрационната камера на сензора, както и чрез почти пълно сближаване на входния прозорец към източника на излъчване на алфа частици. Това разстояние трябва да бъде 1 mm. Ясно е, че такова устройство автоматично ще регистрира всякакви други видове радиация и освен това с достатъчно висока ефективност. Това има както положителни, така и отрицателни страни:

Положителен - такова устройство може да се използва за най-широк спектър от анализи на радиоактивно излъчване

отрицателен - поради повишената чувствителност ще се появи значително количество шум, което ще затрудни анализа на получените регистрационни данни.

ДА СЕ Освен това, въпреки че работният прозорец на слюдата е твърде тънък, той увеличава възможностите на брояча, но в ущърб на механичната якост и херметичността на йонизационната камера, особено след като самият прозорец има доста голяма работна площ. За сравнение, в броячите SBT10 и SI8B, които споменахме по-горе, с работна площ на прозореца около 30 sq/cm, дебелината на слоя слюда е 13–17 µm и с необходимата дебелина за запис на алфа частици от 4–5 µm прозорецът може да бъде направен само не повече от 0,2 кв / см, говорим за брояча SBT9.

ОТНОСНО Въпреки това, голямата дебелина на регистрационния работен прозорец може да бъде компенсирана от близостта до радиоактивния обект и обратно, при относително малка дебелина на слюдения прозорец, става възможно да се регистрира алфа частица на разстояние, по-голямо от 1 - 2 мм. Струва си да се даде пример, при дебелина на прозореца до 15 микрона, подходът към източника на алфа радиация трябва да бъде по-малък от 2 mm, докато източникът на алфа частици се разбира като излъчвател на плутоний-239 с радиация енергия от 5 MeV. Нека продължим, с дебелина на входния прозорец до 10 µm е възможно да се регистрират алфа частици вече на разстояние до 13 mm, ако прозорецът от слюда е направен с дебелина до 5 µm, тогава ще бъде записано алфа лъчение на разстояние 24 мм и т.н. Друг важен параметър, който пряко влияе върху способността за откриване на алфа частици, е техният енергиен индекс. Ако енергията на алфа частицата е по-голяма от 5 MeV, тогава разстоянието на нейното регистриране за дебелината на работния прозорец от всякакъв тип ще се увеличи съответно, а ако енергията е по-малка, тогава разстоянието трябва да бъде намалено до пълна невъзможност за регистриране на меко алфа лъчение.

д Друг важен момент, който прави възможно повишаването на чувствителността на алфа брояча, е намаляването на способността за регистриране на гама лъчение. За да направите това, достатъчно е да сведете до минимум геометричните размери на катода и гама фотоните ще преминат през регистрационната камера, без да причиняват йонизация. Такава мярка позволява да се намали влиянието на гама-лъчите върху йонизацията с хиляди и дори десетки хиляди пъти. Вече не е възможно да се елиминира влиянието на бета радиацията върху регистрационната камера, но има доста прост изход от тази ситуация. Първо се регистрират алфа и бета лъчения от тотален тип, след това се поставя филтър от плътна хартия и се прави второ измерване, което ще регистрира само бета частици. Стойността на алфа радиацията в този случай се изчислява като разликата между общата радиация и отделен показател за изчисляване на бета радиацията.

Например , струва си да предложите характеристиките на модерен брояч Beta-1, който ви позволява да регистрирате алфа, бета, гама радиация. Ето показателите:

• площта на работната зона на чувствителния елемент е 7 кв/см;
• дебелината на слоя слюда е 12 микрона (ефективното разстояние за откриване на алфа частици за плутоний е 239, около 9 mm, за кобалт - 60, радиационната чувствителност е около 144 импулса / microR);
• ефективност на измерване на радиация за алфа-частици - 20% (за плутоний - 239), бета-частици - 45% (за талий -204), и гама-кванти - 60% (за състава на стронций - 90, итрий - 90);
• собственият фон на дозиметъра е около 0,6 imp/s;
• Сензорът е проектиран да открива гама лъчение с енергия в диапазона от 0,05 MeV до 3 MeV и бета-частици с енергия над 0,1 MeV по долната граница и алфа-частици с енергия от 5 MeV или повече.

Фиг.10. Край на алфа-бета-гама брояч Бета-1.

ДА СЕ Разбира се, все още има доста широка гама от броячи, които са предназначени за по-тясна и по-професионална употреба. Такива устройства имат редица допълнителни настройки и опции (електрически, механични, радиометрични, климатични и др.), които включват много специални условия и опции. Ние обаче няма да се спираме на тях. Всъщност, за да разберете основните принципи на действие Броячи на Гайгер-Мюлер , гореописаните модели са достатъчни.

IN Също така е важно да се спомене, че има специални подкласове Броячи на Гайгер , които са специално проектирани за откриване на различни видове други лъчения. Например, за определяне на стойността на ултравиолетовото лъчение, за откриване и определяне на бавни неутрони, които работят на принципа на коронен разряд, и други опции, които не са пряко свързани с тази тема, няма да бъдат разглеждани.

Във връзка с екологичните последици от човешките дейности, свързани с ядрената енергия, както и индустрията (включително военната), използваща радиоактивни вещества като компонент или основа на своите продукти, изучаването на основите на радиационната безопасност и радиационната дозиметрия се превръща в доста актуална тема днес. Освен естествените източници на йонизиращи лъчения, всяка година се появяват все повече места, замърсени с радиация в резултат на човешката дейност. По този начин, за да запазите вашето здраве и здравето на вашите близки, трябва да знаете степента на замърсяване на определена област или предмети и храни. За това може да помогне дозиметър - устройство за измерване на ефективната доза или мощност на йонизиращото лъчение за определен период от време.

Преди да продължите с производството (или покупката) на това устройство, е необходимо да имате представа за естеството на измервания параметър. Йонизиращото лъчение (радиация) е поток от фотони, елементарни частици или фрагменти от делене на атоми, способни да йонизират вещество. Разделя се на няколко вида. алфа радиацияе поток от алфа частици - ядра на хелий-4, алфа частици, родени по време на радиоактивен разпад, могат лесно да бъдат спрени от лист хартия, така че представлява опасност главно когато попадне в тялото. бета радиация- това е потокът от електрони, които възникват по време на бета-разпад, за защита срещу бета-частици с енергия до 1 MeV е достатъчна алуминиева плоча с дебелина няколко милиметра. Гама радиацияима много по-голяма проникваща способност, тъй като се състои от високоенергийни фотони, които нямат заряд; тежките елементи (олово и др.) Със слой от няколко сантиметра са ефективни за защита. Проникващата способност на всички видове йонизиращи лъчения зависи от енергията.

За регистриране на йонизиращи лъчения се използват главно броячи на Гайгер-Мюлер. Това просто и ефективно устройство обикновено е метален или стъклен цилиндър, метализиран отвътре и тънка метална нишка, опъната по оста на този цилиндър, самият цилиндър е пълен с разреден газ. Принципът на действие се основава на ударна йонизация. Когато йонизиращото лъчение удари стените на брояча, електроните се избиват от него, електроните, движещи се в газ и сблъсквайки се с газови атоми, избиват електрони от атомите и създават положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между катода и анода ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Възниква лавина от йони, което води до размножаване на първичните носители. При достатъчно висока напрегнатост на полето енергията на тези йони става достатъчна за генериране на вторични лавини, способни да поддържат независим разряд, в резултат на което токът през брояча рязко се увеличава.

Не всички броячи на Гайгер могат да регистрират всички видове йонизиращо лъчение. По принцип те са чувствителни към едно лъчение - алфа, бета или гама лъчение, но често могат да открият до известна степен и друго лъчение. Така например броячът на Geiger SI-8B е проектиран да открива мека бета радиация (да, в зависимост от енергията на частиците, радиацията може да бъде разделена на мека и твърда), но този сензор също е донякъде чувствителен към алфа радиация и гама лъчение.радиация.

Въпреки това, приближавайки се към дизайна на статията, нашата задача е да направим най-простия, естествено преносим брояч на Гайгер или по-скоро дозиметър. За производството на това устройство успях да взема само SBM-20. Този брояч на Гайгер е предназначен да регистрира силно бета и гама лъчение. Както повечето други измервателни уреди, SBM-20 работи при напрежение от 400 волта.

Основните характеристики на брояча на Geiger-Muller SBM-20 (таблица от справочника):

Този брояч има относително ниска точност на измерване на йонизиращо лъчение, но достатъчна за определяне на превишението на допустимата доза радиация за хората. SBM-20 в момента се използва в много битови дозиметри. За подобряване на производителността често се използват няколко тръби наведнъж. И за да се повиши точността на измерване на гама лъчение, дозиметрите са оборудвани с филтри за бета лъчение; в този случай дозиметърът регистрира само гама лъчение, но доста точно.

Когато измервате дозата на радиация, трябва да вземете предвид няколко фактора, които може да са важни. Дори при пълна липса на източници на йонизиращо лъчение, броячът на Geiger ще даде определен брой импулси. Това е така нареченият потребителски фон на брояча. Това също включва няколко фактора: радиоактивно замърсяване на материалите на самия брояч, спонтанно излъчване на електрони от катода на брояча и космическа радиация. Всичко това дава определено количество "допълнителни" импулси за единица време.

И така, схемата на прост дозиметър, базиран на брояча на Geiger SBM-20:

Сглобявам веригата на макетна платка:

Веригата не съдържа оскъдни части (с изключение, разбира се, на самия измервателен уред) и не съдържа програмируеми елементи (микроконтролери), което ще ви позволи да сглобите веригата за кратко време без много затруднения. Такъв дозиметър обаче не съдържа скала и е необходимо дозата на радиация да се определи на ухо чрез броя на кликванията. Това е класическата версия. Веригата се състои от преобразувател на напрежение 9 волта - 400 волта.

На чипа NE555 е направен мултивибратор, чиято честота е приблизително 14 kHz. За да увеличите честотата на работа, можете да намалите стойността на резистора R1 до около 2,7 kOhm. Това ще бъде полезно, ако дроселът, който сте избрали (или може би сте направили), ще направи скърцане - с увеличаване на честотата на работа, скърцането ще изчезне. Необходим е индуктор L1 с мощност 1000 - 4000 μH. Най-бързият начин да намерите подходящ дросел е в изгоряла енергоспестяваща крушка. Такъв дросел се използва във веригата, на снимката по-горе той е навит на сърцевина, която обикновено се използва за направата на импулсни трансформатори. Транзисторът T1 може да използва всеки друг полев n-канал с напрежение дрейн-източник най-малко 400 волта и за предпочитане повече. Такъв преобразувател ще даде само няколко милиампера ток при напрежение от 400 волта, но това е достатъчно, за да може броячът на Geiger да работи няколко пъти. След изключване на захранването от веригата на заредения кондензатор C3, веригата ще работи още около 20-30 секунди, като се има предвид малкият й капацитет. Супресорът VD2 ограничава напрежението на 400 волта. Кондензатор C3 трябва да се използва за напрежение най-малко 400 - 450 волта.

Всеки пиезо високоговорител или високоговорител може да се използва като Ls1. При липса на йонизиращо лъчение през резистори R2 - R4 не протича ток (на снимката на макета има пет резистора, но общото им съпротивление съответства на веригата). Веднага щом съответната частица попадне в брояча на Гайгер, вътре в сензора настъпва йонизация на газа и съпротивлението му рязко намалява, в резултат на което възниква токов импулс. Кондензаторът C4 прекъсва постоянната част и предава само токов импулс към високоговорителя. Чуваме щракане.

В моя случай като източник на захранване се използват две батерии от стари телефони (две, тъй като необходимата мощност трябва да бъде повече от 5,5 волта, за да стартира веригата поради приложената елементна база).

И така, веригата работи, от време на време щрака. Сега как да го използвате. Най-простият вариант - щрака малко - всичко е наред, щрака често или дори непрекъснато - лошо. Друга възможност е грубо да преброите броя на импулсите в минута и да преобразувате броя на щракванията в microR / h. За да направите това, трябва да вземете стойността на чувствителността на брояча на Geiger от справочника. Различните източници обаче винаги имат малко по-различни числа. В идеалния случай трябва да се направят лабораторни измервания за избрания брояч на Гайгер с референтни източници на радиация. Така че за SBM-20 стойността на чувствителността варира от 60 до 78 импулса / μR според различни източници и справочници. И така, изчислихме броя на импулсите за една минута, след това умножихме това число по 60, за да получим приблизително броя на импулсите за един час и разделихме всичко това на чувствителността на сензора, тоест на 60 или 78 или каквото получите по-близо до реалността и в резултат получаваме стойността в µR/h. За по-надеждна стойност е необходимо да се направят няколко измервания и да се изчисли средната аритметична стойност между тях. Горната граница на безопасното ниво на радиация е приблизително 20 - 25 microR/h. Допустимото ниво е до около 50 μR / h. Числата може да варират според държавата.

P.S. Бях подтикнат да разгледам тази тема от статия за концентрацията на газ радон, проникващ в помещения, вода и т.н. в различни региони на страната и нейните източници.

Списък на радио елементи

Обозначаване	Тип	Деноминация	Количество	Забележка	Магазин	Моят бележник
IC1	Програмируем таймер и осцилатор	NE555	1			Към бележника
T1	MOSFET транзистор	IRF710	1			Към бележника
VD1	токоизправителен диод	1N4007	1			Към бележника
VD2	Защитен диод	1V5KE400CA	1			Към бележника
C1, C2	Кондензатор	10 nF	2			Към бележника
C3	електролитен кондензатор	2,7uF	1			Към бележника
C4	Кондензатор	100 nF	1	400V