Простой счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера с минимумом деталей

Мастер сделал этот счетчик, для идентификации радиоактивных элементов, которые ему нужны для сбора коллекции. Единственный реальный недостаток этого счетчика в том, что он не очень громкий, и он не вычисляет и не отображает количество обнаруженного. Т.е. нельзя получить никаких фактических данных, а только общее представление о радиоактивности, основанное на количестве слышимых щелчков.

Инструменты и материалы:
-Трубка Гейгера СБМ-20;
-Повышающая цепь постоянного тока высокого напряжения демонтированная с такой мухобойки;
-Стабилитроны с суммарным значением около 400 В;
-Резисторы с общем номиналом 5 МОм (мастер использовал пять по 1 МОм);
-Транзистор — типа NPN, использовался 2SC975;
-Пьезо-динамик (может быть демонтирован из старой микроволновки или электронной игрушки);
-1 батарея AA;
-Держатель батареи AA;
-Выключатель;
-Провода;
-Заготовка из дерева, пластика или другого не токопроводящего материала, для использования в качестве подложки;
-Паяльные принадлежности;
-Клевой пистолет;
-Кусачки;
-Инструмент для зачистки проводов;
-Отвертка;


Счетчик Гейгера с минимумом деталей

Шаг первый: теория
Счетчик Гейгера (или счетчик Гейгера-Мюллера) — это детектор излучения, разработанный Гансом Гейгером и Вальтером Мюллером в 1928 году. Сегодня почти все знакомы со звуками щелчка, которые он издает, и часто говорят, что это «звук» радиации.

Сердцем устройства является трубка Гейгера-Мюллера. Это металлический или стеклянный цилиндр, наполненный инертными газами, находящимися под низким давлением. Внутри трубки находятся два электрода, один из которых находится под высоким напряжением (обычно 400-600 вольт), а другой заземлен. Когда трубка находится в состоянии покоя, ток не может протекать между двумя электродами внутри трубки. Однако, когда в трубку попадает радиоактивная частица, такая как бета-частица, она ионизирует газ внутри трубки, делая его токопроводящим и позволяя току протекать между электродами на короткое время. Этот кратковременный ток запускает детекторную часть схемы, которая издает слышимый «щелчок». Больше щелчков означает больше излучения. Многие счетчики Гейгера также имеют возможность подсчитывать количество щелчков и вычислять счетчики в минуту, и отображать их на дисплее.

Давайте посмотрим на работу счетчика Гейгера, с другой стороны. Ключевым принципом работы счетчика Гейгера является трубка Гейгера и процесс создания высокого напряжение на одном электроде. Если пользоваться сравнением, это высокое напряжение похоже на крутой склон горы, покрытый глубоким снегом, и все, что требуется, — это крошечная энергия излучения (как у лыжника, спускающегося по склону), чтобы вызвать лавину. Последовавшая за этим лавина несет в себе гораздо больше энергии, чем сама частица.

Поскольку, вероятно, прошло много времени с тех пор, как многие из нас сидели в классе и узнали о радиации, мастер поясняет некоторые ключевые моменты.

Материя и структура атома
Вся материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Сами атомы состоят из еще более мелких частиц, а именно протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны собраны вместе в центре атома — эта часть называется ядром. Электроны вращаются вокруг ядра.

Протоны — это положительно заряженные частицы, электроны — отрицательно заряженные, а нейтроны не несут заряда и поэтому нейтральны, отсюда и их название. В нейтральном состоянии каждый атом содержит равное количество протонов и электронов. Поскольку протоны и электроны несут равные, но противоположные заряды, то атом нейтрален. Однако, когда количество протонов и электронов в атоме не равно, атом становится заряженной частицей, называемой ионом. Счетчики Гейгера способны обнаруживать ионизирующее излучение — форму излучения, которая может преобразовывать нейтральные атомы в ионы. Три различных вида ионизирующего излучения — это альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи.

Бета-частицы
Бета-частица — это электрон или позитрон. Позитрон похож на электрон, но несет положительный заряд. Бета-минусовые частицы (электроны) испускаются, когда нейтрон распадается на протон, а бета-плюсовые частицы (позитроны) испускаются, когда протон распадается на нейтрон.

Гамма лучи
Гамма-лучи — это фотоны высокой энергии. Гамма-лучи расположены в электромагнитном спектре, за пределами видимого света и ультрафиолета. Они обладают высокой проникающей способностью, а их способность к ионизации обусловлена тем, что они могут выбивать электроны из атома.

Трубка SMB-20, которая используется в этом проекте, — российского производства. Она имеет тонкую металлическую оболочку, которая играет роль отрицательного электрода, а металлический провод, проходящий через центр трубки, служит положительным электродом. Чтобы трубка могла обнаружить радиоактивную частицу или гамма-излучение, эта частица или луч сначала должны проникнуть через тонкую металлическую оболочку трубки. Альфа-частицы, как правило, не могут этого сделать, поскольку они обычно задерживаются стенками трубки. Другие трубки Гейгера, предназначенные для обнаружения этих частиц, часто имеют специальное окно, называемое альфа-окном, которое позволяет этим частицам попадать в трубку. Окно обычно делают из очень тонкого слоя слюды, и трубка Гейгера должна быть очень близко к источнику альфа излучения, чтобы его обнаружить.





Шаг третий: схема/монтаж
Хотя эта схема построена для трубки СБМ-20, ее можно легко адаптировать для использования других трубок. Просто проверьте конкретный диапазон рабочего напряжения и другие характеристики вашей конкретной трубки и соответствующим образом отрегулируйте. Трубки большего размера более чувствительны, чем трубки меньшего размера, просто потому, что они являются более крупными целями для частиц.

Для работы счетчика Гейгера требуется высокое напряжение. Мастер использует повышающую схему постоянного тока от электронной мухобойки, чтобы поднять 1,5 В от пальчиковой батареи до примерно 600 вольт (первоначально мухобойка работала от 3 вольт, выдавая около 1200 В. для уничтожения мух. Из такой мухобойки можно сделать электрошокер).
Рабочее напряжение СБМ-20 — 400 В, поэтому в схеме используются стабилитроны для регулирования напряжения до этого значения. Мастер использует тринадцать стабилитронов 33 В, но и другие комбинации будут работать так же хорошо, например, стабилитроны 4 x 100 В, если сумма значений стабилитронов равна целевому напряжению, в данном случае 400.
Резисторы используются для ограничения тока. Можно использовать любую комбинацию резисторов, если их значения в сумме составляют около 5 МОм.

Элемент пьезо-динамика и транзистор составляют детекторную часть схемы. Пьезо-динамик издает щелчки, а длинные провода позволяют держать его ближе к уху.

Транзистор увеличивает громкость щелчков. Можно построить схему без транзистора, но щелчки, генерируемые схемой, будут еле слышимыми. В схеме используется транзистор 2SC975 (типа NPN).

После сбора всех компонентов мастер смонтировал схему навесным монтажом и закрепил ее на пластике.

Шаг четвертый: о радиоактивных материалах
Счетчик Гейгера будет щелкать каждые несколько секунд только из-за фонового излучения, но есть несколько источников излучения, с которыми можно столкнутся и в быту.

Америций из детекторов дыма
Америций — это искусственный (не встречающийся в природе) элемент, который используется в детекторах дыма ионизационного типа. Эти детекторы дыма очень распространены. Америций в форме диоксида америция нанесен на небольшую металлическую кнопку внутри, установленную в небольшом корпусе, известном как ионизационная камера. На америций обычно наносят тонкий слой позолоты или другого коррозионностойкого металла.

Внутри ионизационной камеры детектора расположены две металлические пластины, расположенные друг напротив друга. К одной из них прикреплена кнопка с америцием, которая испускает постоянный поток альфа-частиц, проходящих через небольшой воздушный зазор и затем поглощающихся другой пластиной. Воздух между двумя пластинами ионизируется и становится, в некоторой степени проводящим. Это позволяет току течь между пластинами, и этот ток может быть обнаружен схемами дымового извещателя. Когда частицы дыма попадают в камеру, они поглощают альфа-частицы и разрывают цепь, вызывая тревогу.

Читайте также  Снеговик из носка и риса

Излучаемое излучение относительно мягкое, но на всякий случай мастер рекомендует:
Храните кнопку америция в безопасном месте подальше от детей, предпочтительно в каком-либо защищенном от детей контейнере.

Никогда не касайтесь лицевой стороны кнопки, на которую нанесен америций. Если вы случайно коснулись лицевой стороны кнопки, вымойте руки.

Урановое стекло
Уран использовался в форме оксида в качестве добавки к стеклу. Наиболее типичный цвет уранового стекла — бледно-желтовато-зеленый, и в 1920-х годах его называли «вазелиновое стекло» (на основании кажущегося сходства с внешним видом вазелинового масла). Количество урана в стекле варьируется от небольшого количества до примерно 2% по весу, хотя некоторые изделия 20-го века были сделаны с содержанием урана до 25%! Большая часть уранового стекла слабо радиоактивна.

Можно подтвердить содержание урана в стекле с помощью ультрафиолетового света. Все урановые стекла флуоресцируют ярко-зеленым цветом независимо от их цвета в естественном освещении. Чем ярче светится стекло в ультрафиолетовом свете, тем больше в нем урана.

Почему добавляли уран?
Открытие и выделение радия в урановой руде (настуран) Марией Кюри послужило толчком к развитию добычи урана для извлечения радия, который использовался для изготовления светящихся в темноте красок для часов и циферблатов самолетов. В результате осталось огромное количество урана в виде отходов, поскольку для извлечения одного грамма радия требуется три тонны урана.

Как сделать счетчик Гейгера своими руками?

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.

Что такое счетчик 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.

Устройство счетчика Гейгера

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.

Счетчик СБМ-10

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.

Счетчик Гейгера на неоновой лампе

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.

Схема счетчика Гейгера на неоновой лампе

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

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 режим ожидания, 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.
Читайте также  Самые вкусные домашние пельмени

Счетчик Гейгера в сборе

При работе с электричеством и радиоактивными материалами следует выполнять требования техники безопасности.

Счетчик гейгера из подручных средств

В наш век техногенных катастроф, очень важно защитить себя от их последствий. В последнее время часто обсуждается тема радиационной опасности. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Радиация невидима, и в этом ее коварство. Только электроника поможет ее обнаружить.

Естественно, что такой индикатор из-за своей особенности работы малочувствителен к естественному радиационному фону и может применяться только в условиях сильного радиоактивного загрязнения. Надобность в таком приборе отпадает, так как человек получит смертельные дозы облучения еще до начала срабатывания такого индикатора. Для улучшения возможностей этого индикатора редакция решила провести исследования возможности использования этого индикатора в качестве замены трубки счетчика Гейгера. Сама трубка счетчика Гейгера довольна дорога и редка. Особенность трубки счетчика Гейгера в том, что она линейно может выдавать импульсы в зависимости от радиационного фона от единиц микрорентген и до сотен рентген. Естественно, что обывателю совсем не нужно знать точно уровень радиации в таком широком диапазоне, а достаточно только определить, что она есть и превышает естественный фон.

Для работы трубки счетчика Гейгера необходимо высокое напряжение. Был собран преобразователь по следующей схеме:

Счетчик гейгера из подручных средств Радиация, Прибор, Гейгера, Длиннопост

В схеме использован транзистор, разработанный специально для ключевых схем. Область применения — линейные и импульсные схемы широкого специального применения. Он обладает очень низким напряжением насыщения КЭ. Трансформатор выполнен на броневом магнитопроводе из феррита 2000НМ. Вторичная обмотка выполнена проводом 0,08 и состоит из 3 слоев по 180 витков, для исключения межвиткового пробоя. Первичная обмотка состоит из 13 витков, с отводом от верхнего конца на 5-м витке. Частота работы генератора около 100Гц. Высоковольтные импульсы выпрямляются двумя включенными последовательно диодами кд102А с обратным напряжением 250 вольт и чрезвычайно низким обратным током- 0,1мкА, которым мало какие современные диоды могут похвастаться. Применение других диодов приведет к созданию дополнительной нагрузки на преобразователь и повышению потребляемого им тока. Накопительный конденсатор заряжается до напряжения 360 вольт, при входном напряжении преобразователя 9 вольт и входном токе 0,7 мА. Положительно –заряженный полюс конденсатора подключается к спице, а медная проволока датчика, которая служит отрицательным полюсом,- к резистору R2. При отсутствии излучения ток через R2 не протекает. При попадании в счетчик ионизирующей частицы, в нем происходит разряд и в этот момент через него протекает небольшой импульс тока. Для того, чтобы «озвучить» этот импульс параллельно резистору R2 включен пъезокерамический звукоизлучатель ВQ1 от звонка импортного телефона-трубки. В момент разряда он издает щелчок.

При прохождении частиц через объем испытываемого датчика (а он намного превышает объем промышленного датчика счетчика) происходит ионизация газа и возникает разряд, который будет слышен в пьезокерамическом излучателе.

Как показала практика, чувствительность к естественному радиационному фону у датчика такая же, как у промышленного счетчика СТС-5. Скорее всего это обусловлено повышением объема активной области. При приближении к кинескопу работающего телевизора (люминофор содержит радиоактивные вещества, и еще добавляется жесткое рентгеновское излучение) потрескивание заметно учащается. В среднем слышно 1-2 разряда в секунду. Это соответствует естественному радиационному фону. При нормальном, естественном радиационном фоне будет не более 25-ти щелчков в минуту, что соответствует 15 мкР / час. Если при поднесении к какому-то предмету частота щелчков резко увеличивается, это говорит о том, что он имеет собственную радиоактивность

Самодельный счётчик Гейгера на ESP8266 с сенсорным экраном

Я разработал и собрал счётчик Гейгера – устройство, способное обнаруживать ионизирующее излучение и предупреждать об опасных уровнях радиации в окружающей среде знакомыми щелчками. Его также можно использовать для поиска минералов, и определять, есть ли в найденном вами камне урановая руда!

В интернете можно найти много готовых наборов и инструкций по сборке счётчика Гейгера, но я хотел сделать нечто уникальное – и я разработал GUI-дисплей с сенсорным управлением и красивым выводом информации на экран.

Шаг 1: базовая теория

Принцип работы счётчика Гейгера прост. Тонкостенная трубка с газом при низком давлении внутри (трубка Гейгера-Мюллера) подвергается действию тока высокого напряжения. Создаваемого электрического поля недостаточно для диэлектрического пробоя, поэтому ток через трубку не течёт – до тех пор, пока фотон ионизирующего излучения не пройдёт через неё.

Когда сквозь трубку проходит бета- или гамма-излучение, оно может ионизировать часть молекул газа внутри, что приводит к появлению свободных электронов и положительных ионов. Частицы начинают двигаться под воздействием электрического поля, и электроны набирают достаточно скорости, чтобы начать ионизировать другие молекулы, что приводит к каскаду заряженных частиц, которые на короткое время начинают проводить ток. Этот краткий импульс тока можно зарегистрировать при помощи приведённой схемы, которая создаёт щёлкающий звук, или, как в данном случае, передаёт информацию в микроконтроллер, который может проводить вычисления с этими данными.

Я использую трубку Гейгера-Мюллера SBM-20, поскольку её легко найти на eBay, и она достаточно чувствительна к бета- и гамма-излучению.

Шаг 2: запчасти и сборка

В качестве мозга проекта я использовал плату NodeMCU с микроконтроллером ESP8266. Мне хотелось взять то, что можно программировать как Arduino, и что будет достаточно быстрым, чтобы отрисовывать изображение на экране без задержек.

Для подачи высокого напряжения я использовал трансформатор с Aliexpress – он подаёт 400 В на трубку Гейгера-Мюллера. Учитывайте, что при проверке выходного напряжения его не получится измерять мультиметром напрямую – при слишком малом импедансе напряжение будет падать, и показания будут неточными. Сделайте делитель напряжения с сопротивлением не менее 100 МОм последовательно с мультиметром.

Питается устройство от аккумулятора формата 18650, через ещё один трансформатор, подающий стабильные 4,2 В на оставшуюся схему.

Вот список всех необходимых компонентов:

  • SBM-20 GM трубка (ищите на eBay).
  • Высоковольтный трансформатор (AliExpress).
  • Трансформатор для 4,2В (AliExpress).
  • Плата NodeMCU esp8266 (Amazon).
  • 2.8″ SPI сенсорный экран (Amazon).
  • 18650 батарейка (Amazon) или любая LiPo батарейка на 3,7 В (500+ mAh).
  • 18650 держатель для батарейки (Amazon). Этот держатель оказался великоват для платы, и мне пришлось загнуть контакты внутрь. Рекомендую взять батарейку LiPo поменьше, и припаять провода от разъёма JST к контактам для питания на плате.
  • Резисторы на 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M Ом. Для создания делителя напряжения также потребуются резисторы на 10 МОм.
  • Конденсаторы: 220 пФ.
  • Транзисторы: 2N3904.
  • Светодиод 3 мм.
  • Пищалка: любой пьезоэлемент на 12-17 мм.
  • Держатель для предохранителя 6,5 х 32 (для надёжного крепления трубки).
  • Выключатель 12 мм.

Плату делать необязательно, но с ней сборка схемы становится проще и аккуратнее. Файлы Gerber для производства платы я также выложил на GitHub. После того, как я получил готовую плату, я сделал несколько исправлений в схеме, поэтому дополнительные джамперы в новой схеме не нужны – хотя я её не проверял.

Корпус распечатан на 3D-принтере из пластика PLA, их можно скачать здесь. Я подправил CAD-файлы, добавив отверстия для крепления новой платы. Всё должно работать, хотя я это не проверял.

Читайте также  Используем деревянный диск для быстрой наточки ножей

Шаг 3: код и интерфейс пользователя

Для создания интерфейса дисплея я использовал библиотеку Adafruit GFX. Код выложен на GitHub.

Главная страница интерфейса показывает текущую дозу, количество срабатываний в минуту и общую накопленную дозу с момента включения устройства. Пользователь может переключаться между быстрым и медленным суммированием, меняя интервал подсчёта промежуточных сумм с 3 до 60 секунд. Пищалку и светодиод можно включать и выключать отдельно.

Есть меню базовых настроек, позволяющее пользователю менять единицы измерения дозы, порог предупреждения и фактор калибровки, соотносящий количество срабатываний в минуту и мощность дозы излучения. Все настройки сохраняются в EEPROM, и восстанавливаются после перезапуска.

Шаг 4: проверка и заключение

Счётчик Гейгера срабатывает 15-30 раз в минуту от естественного фонового излучения, чего и следует ожидать от трубки SBM-20. Небольшой образец урановой руды регистрируется как средне радиоактивный, в районе 400 щелчков в минуту, а ториевая лампа может заставить счётчик регистрировать по 5000 щелчков в минуту, если держать его вплотную к ней!

Счётчик потребляет 180 мА при 3,7 В, поэтому батарейки на 2000 мАч должно хватить примерно на 11 часов.

Я планирую точно откалибровать трубку на стандартном источнике из цезия-137, что сделает показания более точными. В качестве будущих улучшений можно добавить поддержку WiFi и запись данных, поскольку у ESP8266 есть встроенный WiFi.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА — СХЕМА И ПЛАТА

Этот проект представляет собой простой счетчик Гейгера, который обнаружит бета-частицы и гамма-лучи. Индикация динамиком, который воспроизводит один щелчок для каждого счета. С добавлением схемы частотомера можно видеть количество микрорентген в секунду. Звуковая версия схемы очень полезна для идентификации радиоактивных предметов, таких как часы со светящимися циферблатами. Схема дозиметра очень экономична и обеспечивает много часов работы от одной 9 В батареи Крона.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Предполагалось, что будет установлен счетчик Гейгера типа DOI-80, так как устройство должно было иметь минимальное энергопотребление и быть как можно более дешевым. Схема потребляет минимальный ток и преобразователь работает на частоте 50 кГц. Измеритель радиации характеризуется наличием дешевых элементов — можно купить их в любом магазине электроники.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Схема самодельного счетчика Гейгера

Давайте перейдем к принципиальной схеме:

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Основой является двухтактный преобразователь, приводимый в действие генератором на основе вентилей NAND. Рабочая частота около 50 кГц поступает на 2 транзистора. К коллекторам транзисторов включается трансформатор.

Генератор управляется операционным усилителем U2A, который измеряет выходное напряжение инвертора. Если оно превышает установленное значение, низкий уровень будет подаваться на вход 13 логического элемента U1D и вход 5 U1B. Генератор остановится и оба транзистора отключатся. Это условие будет поддерживаться до тех пор, пока выходное напряжение не упадет примерно на 20 В ниже уровня, отключающего инвертор.

На практике генератор инвертора отключается в течение большей части времени и начинает лишь периодически перезаряжать выходной конденсатор высокого напряжения. Примерная осциллограмма переключения напряжения на генераторе далее:

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

В схеме имеется три линии напряжения:

  1. Напряжение питания, питающее преобразователь и операционные усилители, это напряжение может быть любым в диапазоне 4 — 15 В.
  2. Напряжение +3,3 В от стабилизатора LP2950 (можно использовать любой другой на 3,3 В с низким потреблением мощности) является опорным напряжением для операционного усилителя U2A. В связи с использованием +3,3 В для питания цифровой части, микросхемы TTL должны быть серии HC (напряжение питания 2-6 В). Они характеризуются низким энергопотреблением.
  3. Напряжение 490 В от преобразователя и умножителя, питающее счетчик Гейгера и схему делителей напряжения R2, R3, R4. Чтобы еще больше снизить энергопотребление, этот отдел может быть переработан с использованием в 5 раз более высоких сопротивлений. Входное сопротивление U2A настолько велико, что оно не будет нагружать такой делитель. Выходное напряжение регулируется потенциометром R4.

Сигнал от счетчика Гейгера формируется операционным усилителем U2B и подается на моностабильный триггер U4A, а затем выходной импульс триггера управляет громкоговорителем.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Используемые интегральные микросхемы имеют очень низкое энергопотребление (порядка микроампер), поэтому ток от источника питания, в основном является результатом работы преобразователя. Удалось достичь потребления 1 мА от батареи 9 В с фоновым излучением (и 2-3 мА при приближении к радиоактивному элементу).

Советы по сборке дозиметра

Конденсаторы C2, C5, C6 должны иметь минимальное рабочее напряжение 600 В. Конденсатор С6 должен быть 22-220 нФ.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Трансформатор наматывался на сердечник F2001, L9, 4.0, AL400. Первичная обмотка 2×70 витков проводом 0,15 мм, вторичная 2000 витков тем же проводом. Это оптимально для батареи 9 В. Если используется более низкое напряжение питания или прибор требует напряжения выше 500 В, может потребоваться намотка большего количества витков на вторичной стороне.

Если получается, можете намотать 3000 витков, потому что выходное напряжение в любом случае контролируется. Проволока может быть наименьшей доступной толщины. В трансформаторе выбран зазор так, чтобы потребляемый ток был как можно ниже (минимум выходил при зазоре около 0,5 мм). Меньший и больший зазор вызывал большее потребление тока.

Вторая версия схемы дозиметра

В ещё одной версии счётчика Гейгера исключен стабилизатор 3,3 В, используя цепи CMOS серии 4000, которые имеют широкий диапазон рабочих напряжений, потребляя меньше тока чем 74HCT. Необходимый вольтаж теперь обеспечивает автоматически LM385, с током около 10 мкА.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Решено не использовать микросхему 555 в CMOS-версии в качестве моностабильного триггера, поскольку она потребляет больше тока, чем 4098, и, кроме того, в стабильном состоянии замыкает резистор в ветви RC на землю, что дополнительно вызывает протекание ненужного тока.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Под операционный усилитель, измеряющий +490 В использовался программируемый чип LM4250, потому что он дешев и доступен, можем установить потребляемую мощность (резистор R7) на очень маленькое значение — гораздо меньше, чем другие известные операционные усилители.

LM4250 работает как операционный усилитель, в котором потребление тока определяется R7. Если вы используете другой усилитель, не паяйте его. Все синхронизирующие конденсаторы также были уменьшены до минимума, чтобы минимизировать токи перезарядки.

Что касается детекторов — счетчиков радиации, существует много типов, например, STS-5, DOB-50, DOB-80, DOI-30, DOI-80, даже отечественный СБМ-2.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Счетчики Гейгера, в зависимости от конструкции, должны питаться напряжением 200-1000 В. Лучше всего подавать на него более высокое напряжение и следить за количеством импульсов. Но если происходит резкое увеличение количества импульсов, уменьшите напряжение примерно на 50 В — и при таком напряжении прибор должен работать. С резистором, который соответствует лампе, лучше не опускаться ниже 2,2 МОм. Предпочтительно 4,7 или 5,6 мегаом. Счетчики Гейгера не любят перегружаться, они от этого изнашиваются.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - СХЕМА И ПЛАТА

Потребляемая мощность импульсная, импульс 4 мс 30 мА каждые 1,2 с. В оставшийся период потребляемый ток не превышает 150 мкА. Среднее не превышает 400 мкА. В этом случае батарея на 9 В должна работать в течение месяца даже непрерывной работы. А тут можете скачать файлы

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: