Счетчик Гейгера — основной сенсор для измерения радиации. Он регистрирует гамма-, альфа-, бета-излучение и рентгеновские лучи. Обладает самой высокой чувствительностью в сравнении с другими способами регистрации радиации, например, ионизационными камерами. Это главная причина его повсеместного распространения. Другие сенсоры для измерения радиации используются очень редко.
Почти все приборы дозиметрического контроля построены именно на счетчиках Гейгера. Они выпускаются массово, и есть приборы различных уровней: от дозиметров военной приемки до китайского ширпотреба. Сейчас приобрести какой-либо прибор для измерения радиации – не проблема.
Повсеместного распространения дозиметрических приборов еще совсем недавно не было. Так к 1986 году во время чернобыльской аварии оказалось, что у населения нет просто никаких приборов дозиметрической разведки, что кстати, дополнительно усугубило последствия катастрофы. При этом, несмотря на распространение радиолюбительства и кружков технического творчества, счетчики Гейгера не продавались в магазинах, поэтому изготовление самодельных дозиметров было невозможным.
Счетчик Гейгера KB6011 С АЛИЭКСПРЕСС ОН ДОЛЖЕН БЫТЬ У КАЖДОГО
Принцип работы счетчиков Гейгера
Это электровакуумный прибор с предельно простым принципом работы. Датчик радиоактивных излучений представляет собой металлическую или стеклянную камеру с металлизацией, заполненную разряженным инертным газом. По центру камеры располагают электрод. Внешние стенки камеры подключают к источнику высокого напряжения (обычно 400 вольт).
Внутренний электрод — к чувствительному усилителю. Ионизирующие излучения (радиация) представляют собой поток частиц. Они буквально переносят электроны от высоковольтного катода в нити анода. На ней просто наводится напряжение, которое можно уже измерить, подключив к усилителю.
Высокая чувствительность счетчика Гейгера обусловлена лавинообразным эффектом. Энергия, которую регистрирует усилитель на выходе, – это не энергия источника ионизирующего излучения. Это энергия высоковольтного блока питания самого дозиметра. Проникшая частица только переносит электрон (энергетический заряд, который превращается в ток, регистрируемый измерителем).
Между электродами введена газовая смесь, состоящая из благородных газов: аргона, неона. Она призвана гасить высоковольтные разряды. Если возникнет такой разряд, то это будет ложное срабатывание счетчика. Последующая измерительная схема игнорирует такие выбросы. Кроме того, высоковольтный блок питания тоже должен быть от них защищен.
Схема питания в счетчике Гейгера обеспечивает ток на выходе в нескольких микроампер при выходном напряжении 400 вольт. Точное значение напряжения питания устанавливается для каждой марки счетчика по его технической спецификации.
Возможности счетчиков Гейгера, чувствительность, регистрируемые излучения
С помощью счетчика Гейгера можно зарегистрировать и с высокой точностью измерить гамма- и бета-излучение. К сожалению, нельзя распознать вид излучения напрямую. Это делается косвенным методом с помощью установки преград между сенсором и обследуемым объектом или местностью. Гамма-лучи обладают высокой проницаемостью, и их фон не меняется. Если дозиметр засек бета-излучение, то установка разделительной преграды даже из тонкого листа металла почти полностью перекроет поток бета-частиц.
Распространенные в прошлом комплекты индивидуальных дозиметров ДП-22, ДП-24 не использовали счетчиков Гейгера. Вместо них там использовался сенсор ионизационная камера, поэтому чувствительность была очень низкой. Современные дозиметрические приборы на счетчиках Гейгера обладают в тысячи раз большей чувствительностью. С помощью них можно регистрировать естественные изменения солнечного радиационного фона.
Примечательная особенность счетчика Гейгера — чувствительность, в десятки и сотни раз превышающая необходимый уровень. Если в совершенно защищенной свинцовой камере включить счетчик, то он покажет огромный естественный радиационный фон. Эти показания не являются дефектом конструкции самого счетчика, что было проверено многочисленными лабораторными исследованиями. Такие данные — следствие естественного радиационного космического фона. Эксперимент только показывает, насколько чувствительным является счетчик Гейгера.
Специально для измерения этого параметра в технических характеристиках указывается значение «чувствительность счетчика имп мкр» (импульсов в микросекунду). Чем больше этих импульсов — тем больше чувствительность.
Измерение радиации счетчиком Гейгера, схема дозиметра
Схему дозиметра можно разделить на два функциональных модуля: высоковольтный блок питания и измерительная схема. Высоковольтный блок питания — аналоговая схема. Измерительный модуль на цифровых дозиметрах всегда цифровой. Это счетчик импульсов, который выводит соответствующее значение в виде цифр на шкалу прибора.
Для измерения дозы радиации необходимо подсчитать импульсы за минуту, 10, 15 секунд или другие значения. Микроконтроллер пересчитывает число импульсов в конкретное значение на шкале дозиметра в стандартных единицах измерения радиации. Вот самые распространенные из них:
- рентген (обычно используется микрорентген);
- Зиверт (микрозиверт — мЗв);
- Бэр;
- Грей, рад,
- плотность потока в микроваттах/м2.
Зиверт — наиболее популярная единица измерения радиации. К ней соотнесены все нормы, никаких дополнительных пересчетов проводить не требуется. Бэр — единица для определения влияния радиации на биологические объекты.
Сравнение газоразрядного счетчика Гейгера с полупроводниковым датчиком радиации
Счетчик Гейгера является газоразрядным прибором, а современная тенденция микроэлектроники — повсеместное от них избавление. Были разработаны десятки вариантов полупроводниковых сенсоров радиации. Регистрируемый ими уровень радиационного фона значительно выше, чем для счетчиков Гейгера.
Чувствительность полупроводникового сенсора хуже, но у него другое преимущество — экономичность. Полупроводникам не требуется высоковольтного питания. Для портативных дозиметров с батарейным питанием они хорошо подходят. Еще одно их преимущество — регистрация альфа-частиц. Газовый объем счетчика существенно больше полупроводникового сенсора, но все равно его габариты приемлемы даже для портативной техники.
Измерение альфа-, бета- и гамма-излучения
Гамма-излучение измерять наиболее просто. Это электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов (свет — тоже поток фотонов). В отличие от света у него гораздо более высокая частота и очень малая длина волны. Это позволяет ему проникать сквозь атомы. В гражданской обороне гамма-излучение – это проникающая радиация.
Она проникает сквозь стены домов, автомобили, различные сооружения и задерживается только слоем земли или бетона в несколько метров. Регистрация гамма-квантов проводится с градуировкой дозиметра по естественному гамма-излучению солнца. Источников радиации не требуется. Совсем другое дело с бета- и альфа-излучением.
Если ионизирующиее излучение α (альфа-излучение) исходит от внешних объектов, то оно почти безопасно и представляет собой поток ядер атомов Гелия. Пробег и проницаемость этих частиц небольшая – нескольких микрометров (максимум миллиметров) – в зависимости от проницаемости среды. Ввиду этой особенности оно почти не регистрируется счетчиком Гейгера.
В то же время регистрация альфа-излучения важна, так как эти частицы чрезвычайно опасны при проникновении внутрь организма с воздухом, пищей, водой. Для их декретирования счетчики Гейгера используются ограничено. Больше распространены специальные полупроводниковые сенсоры.
Бета-излучение отлично регистрируется счетчиком Гейгера, потому что бета-частица представляет собой электрон. Она может пролететь сотни метров в атмосфере, но хорошо поглощается металлическими поверхностями. В связи с этим счетчик Гейгера должен иметь окошко из слюды. Металлическая камера изготавливается с небольшой толщиной стенки.
Состав внутреннего газа подбирается таким образом, чтобы обеспечить небольшой перепад давления. Детектор бета-излучения ставится на выносном зонде. В быту такие дозиметры мало распространены. Это в основном военная продукция.
Индивидуальный дозиметр с счетчиком Гейгера
Этот класс приборов обладает высокой чувствительностью в отличие от устаревших моделей с ионизационными камерами. Надежные модели предлагаются многими отечественными производителями: «Терра», «МКС-05», «ДКР», «Радэкс», «РКС». Это все автономные приборы с выводом данных на экран в стандартных единицах измерения. Есть режим показания накопленной дозы облучения, так и мгновенного уровня фона.
Перспективное направление — бытовой дозиметр-приставка к смартфону. Такие устройства выпускают зарубежные производители. У них богатые технические возможности, есть функция хранения показаний, калькуляции, пересчета и суммирования излучения за дни, недели, месяцы. Пока что из-за низких объемов производства стоимость этих приборов довольно высокая.
Самодельные дозиметры, зачем они нужны?
Счетчик Гейгера является специфическим элементом дозиметра, совершенно недоступным для самостоятельного изготовления. Кроме того, он встречается только в дозиметрах или продается отдельно в магазинах радиотоваров. Если этот датчик есть в наличии, все остальные компоненты дозиметра могут быть собраны самостоятельно из деталей разнообразной бытовой электроники: телевизоров, материнских плат и др. На радиолюбительских сайтах, форумах сейчас предлагается около десятка конструкций. Собирать стоит именно их, поскольку это самые отработанные варианты, имеющие подробные руководства по настройке и наладке.
Схема включения счетчика Гейгера всегда подразумевает наличие источника высокого напряжения. Типичное рабочее напряжение счетчика — 400 вольт. Его получают по схеме блокинг-генератора, и это самый сложный элемент схемы дозиметра. Выход счетчика можно подключить к усилителю низкой частоты и подсчитывать щелчки в динамике.
Такой дозиметр собирается в экстренных случаях, когда времени на изготовление практически нет. Теоретически, выход счетчика Гейгера можно подключить к аудиовходу бытовой аппаратуры, например, компьютера.
Самодельные дозиметры, пригодные для точных измерений, все собираются на микроконтроллерах. Навыки программирования здесь не нужны, так как программа записывается готовой из бесплатного доступа. Сложности здесь типичные для домашнего электронного производства: получение печатной платы, пайка радиодеталей, изготовление корпуса. Все это решается в условиях небольшой мастерской. Самодельные дозиметры из счетчиков Гейгера делают в случаях, когда:
- нет возможности приобрести готовый дозиметр;
- нужен прибор со специальными характеристиками;
- необходимо изучить сам процесс постройки и наладки дозиметра.
Самодельный дозиметр градуируется по естественному фону с помощью другого дозиметра. На этом процесс постройки заканчивается.
Источник: militaryarms.ru
H Smart Geiger — миниатюрный «датчик Гейгера» в смартфоне: коллекция насадок от FT Lab в черновиках
К нам в руки попали компактные и забавные «анализаторы» всего на свете, выпускаемые под брендом FT Lab. И хотя мы ждали только компактный «счетчик Гейгера» — Smart Geiger, приятно были удивлены набором сэмплов, среди которых: датчик ультрафиолета, температуры, вольтметр, датчик инфракрасного излучения и некоторые другие.
Как определять уровень радиации с помощью компактного дозиметра — в заметке под катом.
Каждый девайс «роскошно» для своих размеров упакован в отдельную коробку, в которой лежит непереведенная листовка с перечислением характеристик.
Коробки довольно легкие, компактные, если не сказать сувенирные, и буквально «призывают» собрать всю коллекцию. При этом для тех, кто этого добился, предусмотрена специальная «мера предосторожности». На каждом гаджете отдельно написано, что это такое, так как форма и размеры способствуют тому, чтобы их спутать или забыть, что есть что.
Компания озаботилась, и большинство девайсов обладают персональным приложением. Такие есть для датчика Гейгера (Android, IOS. Отдельно существует приложение Pro-версии); датчика UV (Android, IOS); температура (Android, IOS).
При этом также существует одно общее, для работы со всей коллекцией датчиков:
Миниатюрные датчики подключаются к смартфону в разъем для наушников, и они сразу готовы к работе. Приложения худо-бедно переведены, и в целом — интуитивно понятны.
Однако для более точных показаний рекомендуется отключить передачу сотовых данных и Wi-fi. Для сравнения — два скриншота.
с wi-fi/4g — без wi-fi/4g
Подозрительно показалось, что цифры очень маленькие и скачут между 0, 10 — 0, 12. Сверили уровень радиации с дозиметром Iterium.
Все «примочки» работают по одинаковой схеме, но некоторые имеют незначительное отличие в форме, размере или дополнительных элементах. Вот, с крокодильчиками, вольтметр:
- Миниатюрный Smart Geiger — стоимость 2 490 рублей 2 090 рублей*
* Предлагаем его по цене Черной пятницы — до вечера воскресенья.
- Температурный датчик — 2 100 рублей
- Датчик электромагнитного поля — 1 990 рублей
- Проверка напряжения — 2 100 рублей
- Датчик UV — 1 990 рублей
- Датчик освещения — 1 990 рублей
- Инфракрасный свет — 1 990 рублей
комментарии ( 14 )
, —> ange007 , 27 ноября 2015 в 17:57 (МСК)
Хм, а если вольтметром этим 220 измерить? Не выгорит ли всё к чёртовой-бабушке?
А так конечно интересно, но не более чем игрушка.
Да ещё и за такие деньги.
, —> berber , 27 ноября 2015 в 18:14 (МСК)
Диапазон измерения 0-10 Вольт DC.
, —> Terranz , 27 ноября 2015 в 18:06 (МСК)
отлично, а теперь сделайте пожалуйста кросс-постинг в соцсети
и ачивки «самое радиоактивное место на районе» и чтобы можно было померятся количеством полученной дозы за 1 минутучассуткимесяц
а самому активному давать звание «Радиоведущий»
, —> iliasam , 27 ноября 2015 в 18:13 (МСК)
Да уж, ерундовые вроде бы датчики стоят как дешевый смартфон.
На амазоне на этот датчик радиации много жалоб. Насколько я понял, для обнаружения радиации в нем используется фотодиод, так что точность будет не сильно лучше, чем у приложений, использующих для той же цели камеру смартфона.
, —> custos , 27 ноября 2015 в 18:57 (МСК)
Да, сначала была вероятность, что там поставили полупроводниковый детектор ионизирующего излучения, т.е. что-то вроде газоразрядного, только ионизируется полупроводник (Гейгером же его почему то назвали)… В этом случае можно было бы ему придумать применение, а при текущем раскладе исключительно бесполезная штука.
, —> MaksVasilev , 27 ноября 2015 в 20:00 (МСК) * (был изменён)
www.youtube.com/watch?v=wLBrlJ1KO_E Вот пожалуй самое лучшее ревью подобных игрушек.
В дополнении к автору ролика и в подтверждение того, что этот неработающий муляж вообще не способен работать, могу сказать, что мы его отнесли проверить к источнику излучения более специализированному. При уровне излучения около 80 мкЗв/час (норма 0,23 мкЗв/час) мы увидели всё теже фальшивые 0,1 мкЗ/час.
p.s. к ролику и автору никакого отношения не имею, у нас были свои датчики, как Smart Lab, так и FT Lab, купленные самостоятельно.
, —> PetrosyanArsen , 27 ноября 2015 в 22:24 (МСК)
MaksVasilev спасибо за комментарий
Поищу источник на днях, чтобы окончательно разобраться
, —> MaksVasilev , 28 ноября 2015 в 09:46 (МСК)
Из этих видео я могу сделать выводы:
1) в качестве датчика там судя по всему обычный фотоэлемент, расположенный в торце цилиндра и измеряющий фактически только излучение попадающее на датчик строго в торец, вдоль оси цилиндра.
2) на первом ролике время первой реакции датчика, на в упор упёртый в источник датчик больше 1 минуты, это при уровне излучения в 1,2 мкЗв/час. Общее время измерения (без учёта погрешности) более 3 минут при дозе > 1 мкЗв/час.
3) нашёл ещё ролики на ютубе про них. При дозе 10 мкЗв/час, он покаывает 60 CPM, следовательно очень и очень грубо (поправьте, пожалуста, если я ошибаюсь) это будет ~2-3 CPM при дозе 0,5 мкЗв/час, т.е. при достижении максимального допустимого уровня фона в 0,57 мкЗв/час, датчик будет регистрировать не боле 2-3 частиц в минуту, т.е.случайные периоды между фиксацией частиц будут около 20-30 секунд, даже грубый математический подсчёт среднего требует хотя бы 3+1 измерений, следовательно при достижении максимального допустимого уровня фона можно ждать реакции не ранее чем через 1-1,5 минуты. Это мягко говоря просто критично-медленно.
Могу предположить, что мы, когда меряли, допустили следующие ошибки:
1) Пытались приложить датчик перпендикулярно к коллиматорной щели источника, и хоть источник был на порядок мощнее чем в видео, видимо с положении «с боку» датчик вообще не чувствителен.
2) те, случайные частицы, пролетаюшие вдоль датчика и всё таки попадающие на него, были достаточно редкими и мы просто не дождались реакции. Мы измеряли около 1 минуты. Среднее время измерения другими бытовыми индикаторами на этом уровне излучения составляло не более 10 сек до выхода на уровень погрешности около 2-5%
3)в том единственном ролике, где хоть что-то более-менее быстро реагирует (на очень большом уровне излучения) был выносной шнур-удлиннитель. Думаю стоило померять с разными телефонами с удлинителем или нет.
Источник: sohabr.net
Как сделать счетчик Гейгера своими руками: схема сборки бытового дозиметра в домашних условиях
Привет всем! Как ваши дела? Сегодня я хочу показать вам, как сделать счетчик Гейгера своими руками. Я начал создавать этот прибор примерно в начале прошлого года. С тех пор он претерпел мою лень и три полных переосмысления.
Идея сделать бытовой дозиметр появилась в самом начале моего увлечения электроникой, идея радиации всегда интересовала меня.
Шаг 1: Теория
Итак, дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.
Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.
Шаг 2: Дизайн
Давайте перейдём к практике. В качестве мозгов я выбрал Ардуино нано, программа очень проста, она считает пульс в трубке за определенное время и отображает его на экране, также она показывает милый значок-предупреждение о радиационной опасности и уровень заряда батареи.
В качестве источника энергии я использую батарейку 18650, но Ардуино нужно 5V, поэтому я встроил повышающий преобразователь DC-DC и литий-ионный аккумулятор, чтобы сделать устройство полностью автономным.
Шаг 3: Высоковольтный DC-DC
Я хорошо потрудился над высоковольтным источником питания, сделав его вручную, намотав трансформатор примерно на 600 витков на вторичной катушке, упаковав его с МОП-транзистором и PWM на Ардуино. Всё работает, но мне хотелось, чтобы вещи оставались простыми.
Всегда лучше, когда ты можешь просто купить 5 модулей, припаять 10 проводов и получить рабочий девайс, чем наматывать катушки и прикручивать PWM, ведь я хочу, чтобы каждый мог повторить моё устройство. Так что я нашел высоковольтный повышающий конвертер DC-DC, очень странно, но его оказалось очень трудно найти и самые популярные модули имели всего по 100 продаж.
Я заказал его, сделал новый корпус, но когда начал тестирование, он выдавал максимум 300V, в то время как в описании говорилось, что он выдаёт до 620V. Я попытался починить его, но проблема, скорее всего, была в трансформаторе. В любом случае, я заказал другой модуль, и он был другого размера, хотя описание было одинаковым… Я вернул свои деньги за первый модуль, но сохранил его, потому что он давал 400V, которые нам нужны, может быть максимум 450V, вместо 1200 (в китайских измерительных приборах что-то работает совсем неправильно…) В общем, я просто заново открыл спор…
Шаг 4: Компоненты
Показать еще 7 изображений
Итак, в итоге дизайн счетчика Гейгера Мюллера почти полностью состоит из этих модулей:
- Высоковольтный повышающий конвертер DC-DC (Aliexpress или Amazon)
- Зарядник (Aliexpress или Amazon)
- 5V повышающий преобразователь DC-DC (Aliexpress или Amazon)
- Ардуино нано (Aliexpress или Amazon)
- OLED—экран на этих фотографиях 128*64, но в итоге я использовал 128*32 (Aliexpress или Amazon)
- Также нам нужен транзистор 2n3904 (Aliexpress или Amazon)
- Резисторы 10M и 210K (Aliexpress или Amazon)
- Конденсатор 470pf (Aliexpress или Amazon)
- Кнопка-переключатель (Aliexpress или Amazon)
Аккумулятор, опциональную активную пьезо-трещалку и сам счетчик Гейгера я использовал старые советские. Модель STS-5 довольно дешевая и её легко найти на Ибэй или Амазоне, она также совместима с трубкой SBM-20 или любой другой, вам нужно просто задать параметры в программе, в моём случае количество микрорентген в час равно количеству импульсов трубки за 60 секунд. И да, вот модель кейса, напечатанного на 3Д-принтере: ссылка.
Также есть довольно дешевые наборы для создания счетчика Гейгера, которые могут вас заинтересовать: (Aliexpress или Amazon)
Шаг 5: Сборка
Давайте начнём сборку. Первое, что нужно сделать, это настроить вольтаж на высоковольтном DC-DC с потенциометром. Для STS-5 нам нужно примерно 410V. Затем просто спаяйте все модули по схеме, я использовал однопроволочные провода, это повышает стабильность конструкции и даёт возможность собрать устройство на столе, а затем просто поместить его в кейс.
Важный момент состоит в том, что нам нужно соединить минус на входе и выходе высоковольтного конвертера, я просто припаял штекер. Так как мы не можем просто присоединить Ардуино к 400V, нам понадобится простая схема с транзистором, я просто спаял их навесным методом и обернул в термоусадочную трубку, резистор 10MΩ от +400V был закреплен прямо на коннекторе.
Лучше сделать медный кронштейн для трубки, но я просто накрутил провод по кругу, всё работает нормально, не меняйте плюс и минус счетчика Гейгера. Я подсоединил дисплей к съемному кабелю, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю. Немного горячего клея. И сборка завершена!
Шаг 6: Финал
Помещаем всё в кейс, и мы готовы к тестам. Но у меня нет ничего для тестов в домашних условиях, но, кстати, фоновая радиация должна сработать. Что я могу сказать? Девайс работает. Да, всё верно.
Но я вижу множество способов улучшить его, например больший дисплей, чтобы можно было отображать графические элементы, модуль Bluetooth, или использовать Зиверты вместо Рентгена.
Меня девайс устраивает, но если вы улучшите его, пожалуйста, поделитесь вашим устройством! Спасибо за просмотр, увидимся в следующий раз!
Игорь Самоделов
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.
Источник: masterclub.online