Гайгеров брояч стана лесно. Домашен брояч на Гайгер-Мюлер Как да си направим брояч на Гайгер от телефон

Устройството, изобретено от Ханс Гайгер, способно да открива йонизиращо лъчение, представлява запечатан цилиндър с два електрода, в който се изпомпва газова смес, състояща се от неон и аргон, която се йонизира. Към електродите се прилага високо напрежение, което само по себе си не предизвиква разрядни явления до момента, в който започне процесът на йонизация в газовата среда на устройството. Появата на частици, пристигащи отвън, води до факта, че първичните електрони, ускорени в съответното поле, започват да йонизират други молекули на газовата среда. В резултат на това под въздействието на електрическо поле се получава лавинообразно създаване на нови електрони и йони, които рязко повишават проводимостта на електронно-йонния облак. В газовата среда на брояча на Гайгер възниква разряд. Броят на импулсите, възникващи в рамките на определен период от време, е право пропорционален на броя на откритите частици.

Той е способен да реагира най-много на йонизиращо лъчение различни видове. Това са алфа, бета, гама, както и рентгеново, неутронно и ултравиолетово лъчение. Така входното прозорче на брояча на Гайгер, способно да открива алфа и меко бета лъчение, е направено от слюда с дебелина от 3 до 10 микрона. За откриване на рентгеново лъчение е направено от берилий, а ултравиолетовото лъчение е направено от кварц. Можете да създадете свой собствен прост брояч на Гайгер, който използва тръба на Гайгер-Мюлер вместо скъпа и оскъдна, като използвате фотодиод като детектор на радиация. Открива алфа и бета частици. За съжаление няма да може да засече гама-обхвата на радиацията, но това ще е достатъчно за начало. Веригата е запоена върху малка печатна платка и цялата е поставена в алуминиев корпус. За филтриране на радиочестотни смущения се използват медни тръби и парче алуминиево фолио.

Схема на фотодиоден брояч на Гайгер

Списък на частите, необходими за радио веригата

• 1 фотодиод BPW34
• 1 операционен усилвател LM358
• 1 транзистор 2N3904
• 1 транзистор 2N7000
• 2 кондензатора 100 NF
• 1 кондензатор 100 µF
• 1 кондензатор 10 nF
• 1 кондензатор 20 nF
• 1 резистор 10 MΩ
• 2 1,5 Mohm резистор
• 1 56 kohm резистор
• 1 150 kohm резистор
• 2 резистор 1 kohm
• 1250 kohm потенциометър
• 1 пиезо говорител
• 1 Превключвател на захранването

Както можете да видите от диаграмата, тя е толкова проста, че може да се сглоби за няколко часа. След сглобяването се уверете, че поляритетът на високоговорителя и светодиода са правилни.

Поставете медни тръби и електрическа лента върху фотодиода. Трябва да приляга плътно.

Пробийте дупка в страничната стена алуминиев корпусза превключвателя, а отгоре за фотосензора, светодиода и регулатора на чувствителността. Не трябва да има повече дупки в кутията, тъй като веригата е много чувствителна към електромагнитни смущения.

След като всички електрически компоненти са свързани, поставете батериите. Използвахме три батерии CR1620, подредени една върху друга. Увийте електрическа лента около тръбите, за да предотвратите движението им. Това също ще помогне за блокиране на светлината от достигане до фотодиода. Сега всичко е готово да започне откриването на радиоактивни частици.

Можете да го проверите в действие на всеки тестов източник на радиация, който можете да намерите в специални лаборатории или в училищни класни стаи, след практическа работапо тази тема.

Lefty 1995 № 10

Описаното по-горе устройство за измерване на нивата на радиация е привлекателно преди всичко поради простотата на производството му. Има обаче и свой малък нюанс: най-важната част от устройството, а именно сензорът за радиация, който всъщност е в основата на брояча на Geiger-Muller, не е достъпен за всички. И въпреки че устройството на брояча е известно от учебник по физика, е почти невъзможно да го направите у дома - устройството е доста сложно. Въпреки това, не се отчайвайте! Вместо устройството, описано в предишната статия, можете да направите друго, което е достъпно за мнозина. Вместо брояч, ще направим добър заместител, който ще бъде доста способен да регистрира бета и гама лъчение.

Вземете стартер от флуоресцентна помпа и го свържете към мрежата последователно с 15-ватова лампа с нажежаема жичка (вижте Фигура 1). Така че имаме най-простия брояч на Гайгер. Сега най-важното е да влезете в работен режим. Нашият измервателен уред работи по следния начин: след свързване към мрежата започва да тече слаб ток през газоразрядната междина в стартера между биметална плоча 1 и колона 2; силата му не е достатъчна, за да изгори лампа 3. Известно време по-късно извитата биметална плоча 1 се нагрява, леко се огъва, докосва колона 2 и затваря веригата.

В този момент лампата с нажежаема жичка 3 светва след около 0,25 секунди, биметалната пластина 1 се охлажда, отново се огъва, отдалечава се от колона 2, токът във веригата отслабва и лампата с нажежаема жичка 3 изгасва. Между биметална плоча 1 и колона 2 отново възниква тлеещ разряд, плочата отново се нагрява и процесът се повтаря.

Теоретично това трябва да се случва на някакви редовни интервали, т.е. лампата с нажежаема жичка 3 трябва например да светва и да изгасва на всеки пет секунди. Това се случва на някои начинаещи. Въпреки това предястията за луминесцентни ламписе различават значително по своите параметри. Много предприятия често изхвърлят метални фитинги за флуоресцентни лампи по време на ремонт и ако изберете 15 - 20 220-волтови стартери наведнъж, тогава сред тях със сигурност ще има един подходящ.

За някои стартери тлеещият разряд в разрядната междина не е достатъчен, за да загрее плочата и да затвори веригата, а лампата с нажежаема жичка 3 изобщо не свети.

Режимът на работа на брояча се основава на явлението, че слабият разряд не може да загрее плочата, но в момента на преминаване на частицата, токът се усилва, плочата се нагрява и за момент докосва колоната. Това е мястото, където мига лампата с нажежаема жичка. След това стартерът отново преминава в режим на готовност. Неравномерността на огнищата просто показва, че сме в работен режим. Интервалът между проблясъците може да варира от 0,1 до 3-5 s с, повтаряме, пълна липса на редовност.

В учебника по физика пише, че стандартен фабричен брояч на Гайгер не регистрира частици в момента на искрата (щракане или задействане на индикатора). При нашия брояч този момент е значително по-голям. Плочата трябва да се нагрее, а лампата с нажежаема жичка трябва да мига и да изгасне. Но тъй като естественият фон на радиоактивност е нисък, а времето за реакция е 20 - 30 пъти по-малко от периода на преминаване на частиците, резултатите от брояча са задоволителни. Трябва да има приблизително 12 до 25 мигания в минута.

Фабричните измервателни уреди имат зависимост на броя на операциите N от напрежението U (фиг. 2). Ако батерията произвежда ниско напрежение, тогава не всички частици се откриват. Когато се приложи изчисленото напрежение за даден брояч, на графиката се появява плато на Гайгер, тоест всички частици се регистрират. С по-нататъшно увеличаване на напрежението броят на фалшивите аларми се увеличава и след това настъпва непрекъсната повреда - кривата на графиката се повишава.

Всичко това важи за нашия брояч. По този начин режимът на регистриране на частиците е относителен. Ако стартерът лежи на масата, броячът се задейства по-рядко и ако донесете прашен парцал към стартера, броят на светкавиците в минута се увеличава - в края на краищата прахът винаги съдържа радиоактивни изотопи.

Колебанията в силата на тока във веригата също трябва да се вземат предвид, но за 20-30 минути той обикновено е постоянен. Също така е за предпочитане измерванията да се правят късно вечер. Ако имате трансформатор-стабилизатор за настройка с вграден волтметър от стар телевизор, това е абсолютно страхотно. Основното е, че нашият брояч ви позволява да извършвате относителни измервания - да определяте степента на радиоактивност на, да речем, зеленчуци или предмети, които ви интересуват. И накрая, можете да калибрирате измервателния уред според стандартната фабрична калибровка, като го вземете назаем за кратко от някой от вашите приятели или познати.

Отговор

Lorem Ipsum е просто фиктивен текст на печатарската и наборната индустрия. Lorem Ipsum е стандартният фиктивен текст в индустрията от 1500 г. насам, когато неизвестен печатар взел галера с шрифт и го разбъркал, за да направи книга с типови типове. Той е оцелял не само пет http://jquery2dotnet.com/ века , но също така и скокът към електронния набор, оставайки по същество непроменен през 60-те години на миналия век с издаването на листове Letraset, съдържащи пасажи на Lorem Ipsum, и по-скоро със софтуер за настолни публикации като Aldus PageMaker, включително версии на Lorem Ipsum.

По-долу има диаграма на включен брояч на Гайгер PIC микроконтролер 16F84, печатна електронна платкавъв фърмуера на PCAD и микроконтролера.

Характеристики на устройството:
Захранване: 9V
Консумация на ток без LCD подсветка: 7 mA
с LCD подсветка: 11 mA (в зависимост от яркостта)
Диапазон на измерване: 0 µR - 144 mR (граница на брояча SBM-20)

Трябваше да поръчам LCD, защото... Нямаше магазини с правилния размер. 8-знаков, 2-редов LCD, базиран на контролера HD44780, е оптимално подходящ за тези цели.
По принцип всеки 2-редов LCD, базиран на контролера HD44780, трябва да е подходящ

Повишаващият трансформатор е навит на феритен пръстен 16x10x4.5

Намотка I - 420 оборота на проводник PEV 0.1
Намотка II - 8 навивки на проводник PEV 0,15 - 0,25
Намотка III - 3 навивки на проводник PEV 0,15 - 0,25

Корпусът е цифров мултицет DT-830. Оказа се, че е по-евтино да закупите мултиметър за корпуса му, отколкото да закупите корпуса отделно :)

Малка ревизия

Изваждаме вътрешностите, махаме стикера и използваме макетно ножче и пила, за да го докараме до съвършенство.
Пробиваме и необходимите дупки:

При проектирането не взех предвид едно нещо - намирането на бутон с малък размер и превключвател за монтиране на кутията се оказа трудно.
Затова трябваше да направя допълнително малко уплътнение, за да монтирам превключвателя от дефектния мултиметър и да закрепя бутона със скоба от вътрешната страна на предния панел.

Проверка на устройството:

Първо проверяваме правилната инсталация, свързването на трансформатора и LCD, както и полярността на връзката на измервателния уред SBM-20.
Сервираме храна.
ВНИМАНИЕ! Във веригата има високо напрежение!
Трябва да има напрежение от най-малко 200 волта на кондензатор C1 (когато се измерва с цифров мултиметър, тъй като вътрешното му съпротивление не е достатъчно високо, възниква спад на напрежението; всъщност трябва да има около 350 волта на кондензатор C1!).

Текстът се появява на LCD дисплея:

След инициализацията дисплеят показва показанията на еквивалентната радиационна доза. Средно около 14-22 microR, но може и повече.
В бъдеще показанията се актуализират всяка секунда, като се посочва средната еквивалентна доза радиация за единица време.

След това трябва да проверите дали броячът наистина работи и може да покаже нещо повече от естествения радиационен фон.
За да направите това, можете да закупите "калиев нитрат" (KNO3) в магазина за торове. KNO3 съдържа своя радиоактивен изотоп, на който устройството трябва да реагира.

Контейнерът с KNO3 трябва да се постави възможно най-близо до чувствителната страна на устройството (където се намира измервателният уред SBM-20).

Отново, резултатът може да варира, но показанието трябва да е значително по-високо от естествения фон.

Радиационният брояч на Geiger-Muller е сравнително прост инструмент за измерване на йонизиращо лъчение. В най-простия случай става с един датчик. За повишаване на чувствителността представеният тук дизайн съдържа 3 съветски детекторни лампи STS-5. Това е важно за измерване на природни източници с ниски нива на радиация, като почва, скали и вода.

Принципът на работа на газоразрядния брояч на Гайгер-Мюлер е, че когато високо напрежение (обикновено 400 V) се приложи към сензора, тръбата обикновено не провежда електричество, но го прави за кратък период, когато се появи емисия на частици. Тези импулси достигат до детектора. Нивото на йонизиращото лъчение е пропорционално на броя импулси, открити в постоянен интервал от време.

Броячът на радиация се състои от два електрода, йонизиращата частица създава искрова междина между тях, за да се намали количеството ток, който възниква в тази ситуация, резистор е поставен последователно с тръбата. Означено на диаграмата като R5. Яжте различни начиниполучавайки сигнал от тръбата, в случая, представен тук, резистор е свързан последователно между тръбата и земята, промяната в напрежението в резистора се измерва с помощта на детектор. Този резистор е обозначен с R6.

Тук чипът MC34063 е конвертор постоянен ток, тъй като за нормална работа е необходимо високо напрежение. Неговото предимство пред простите генератори NE555 или подобни е, че може да контролира изходното напрежение и да регулира параметрите, за да го направи стабилен (елементи R3, R4, C3).

Операционният усилвател чип IC1A се използва като компаратор за филтриране на шума и генериране на двоичен сигнал (нисък - без импулс този момент, максимум - импулсът е преминал). Захранващото напрежение на веригата е 5 V, консумацията на ток е 30 mA.

Стартиране и отстраняване на проблеми

Напрежението при C4 трябва да бъде в приемливи граници за използвания брояч на Geiger-Muller. Обикновено е около 400V - внимавайте, когато правите измервания! Ако напрежението е извън обхвата, тогава с помощта на C1 (честотен DC/DC преобразувател), C3, R3, R4 (напрежение за обратна връзка DC/DC преобразувател) могат да бъдат регулирани.

Следващият важен момент е наличието или отсъствието на импулси на R6. Ако няма импулси, трябва да проверите дали детекторната тръба е свързана според полярността. Подобно на диода, броячът на Гайгер има собствена полярност и няма да работи правилно, ако е свързан в обратна посока.

Ако импулсите на R6 са видими, но изходното състояние на IC1A не се променя, тогава R7, R8 трябва да се сменят, те задават праговата стойност на сигнала. Както може да се види на снимката, цифров честотен брояч 32F429I е използван за броене на импулси и визуализиране на резултатите. Веригата, представена в този проект, може да бъде настроена за работа с всякакви други сензори за излъчване на Geiger - те се различават по необходимото напрежение.

Не можете да видите или усетите радиация, но можете да разпознаете нейното присъствие различни начиничрез експониране на фотолента, чрез светлинни проблясъци на дисплея, но най-практично - с помощта на брояч на частици, който създава електрически импулс, когато частица го удари. По принцип всички броячи на Geiger-Muller се състоят от запечатана тръба, която е катод и тел, опъната през нея по оста - анод. Вътрешното пространство е запълнено с газ под ниско налягане, за да се създадат оптимални условия за електрически пробив. Напрежението на измервателния уред е около 300 - 500 V и е регулирано така, че да не настъпи независима повреда и да не тече ток през измервателния уред. Но когато попадне радиоактивна частица, тя йонизира газа в тръбата и между катода и анода се появява цяла лавина от електрони и йони - започва да тече ток. Но след част от милисекунда броячът се връща в първоначалното си състояние и изчаква следващата частица да премине.

Снимката показва най-често срещания измервателен уред SBM-20. Чувствителен е към бета и гама радиация (рентгенови лъчи). Броят импулси, записани от него за 40 секунди, е равен на интензитета на радиация в микрорентгени на час (µR/h). Нормалното ниво обикновено е 12 - 16 microR/h. Но в планините може да бъде няколко пъти по-висока.

Домашната верига на дозиметъра се състои от два блока, сглобени в малки пластмасови кутии: мрежов токоизправител и индикатор.

Блоковете са свързани помежду си с конектор X1. Когато се подаде захранване, кондензаторът C3 започва да се зарежда до напрежение от 600 V и след това служи като източник на захранване за измервателния уред. След като изключим захранването от контакта и изключим индикатора, започваме да слушаме щраквания в телефони с висок импеданс.

Както може би се досещате, щракането на телефона означава, че в брояча е попаднала радиоактивна частица. Времето на работа на индикатора след едно зареждане зависи от тока на утечка на кондензатора, така че трябва да бъде добро качество. Като правило устройството може да работи десет или четиридесет минути без презареждане, в зависимост от интензивността на радиоактивното излъчване.

Краят на зареждането на кондензатора може да се прецени по спирането на щракванията в телефоните с висок импеданс. Оценките на частите не са критични. Резисторът R1 трябва да е с мощност 1-2 W. Брояч B1 може да бъде всичко, което намерите.

Генератор, проектиран за честота от 1000 Hz, се сглобява с помощта на елементи DD1.1 и DD1.2 K176LA7. Правоъгълни импулси през диференцираща верига C2R3 отварят транзистора VT1 KT315, работещ в ключов режим. Импулсите от неговия колекторен възел, преминавайки през първичната намотка на трансформатора, индуцират високо импулсно напрежение с потенциал от около 100 V във вторичната му намотка натоварване - трансформаторът.

Токоизправителят с шесткратно умножение произвежда постоянно напрежение от 400 V, което се подава към катода на измервателния уред чрез резистор за ограничаване на тока R4. Отрицателните импулси от анода на брояча, причинени от преминаването на радиоактивни частици, превключват елемента DD1.3 и, продължавайки по продължителност до части от секундата, попадат върху DD1.4, тъй като се получават правоъгълни импулси с честота 1 kHz на другия му вход. Изходът на елемента произвежда тонални аудио сигнали, като в същото време светва и светодиодът HL1.

При естествен радиационен фон "скърцащите" звуци са редки веднъж на няколко секунди; когато нивото на радиация се повиши, тонът звучи по-често и при опасни стойности звуков сигналзвучи непрекъснато и светодиодът свети постоянно. Схемата използва брояч SI13G, но могат да се използват и подобни. Произвежда се в стъклена колба и има по-малки размери от брояча SBM-20, но и по-ниска чувствителност.

Трансформаторът е самоделен, навит върху миниатюрна W-образна феритна сърцевина Ш4×8, чиято първична намотка съдържа 100 намотки от проводник PEL 0.1, вторичната намотка съдържа 1200 намотки от проводник PEL 0.06. Намотките трябва да се извършват насипно; между намотките се полагат 1 - 2 слоя изолация.

В тази статия ще намерите описание прости веригидозиметър на брояча SBM-20, които имат достатъчна чувствителност и регистрират 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 със ZP1400, ZP1320 или ZP1310.

Устройството е базирано на брояч на Гайгер-Мюлер от типа SBM-20. Това е метален цилиндър с два електрода в краищата. Газ вътре. Тези електроди се захранват с постоянно напрежение от около 400V. Когато йонизираща частица премине през брояча, възниква електрически пробив и съпротивлението на устройството рязко намалява от безкрайно до много забележимо. Така с всяка йонизираща частица, преминаваща през брояча, тя създава кратък импулс.

Този битов дозиметър, използващ микроконтролер, е в състояние да записва излишни нива на радиация в диапазона от 0 mR до 144 mR. Дизайнът се състои от повишаващ преобразувател на напрежение и микроконтролер, който брои генерираните импулси и предава информация към цифров индикатор.

След бедствието в Япония търсенето на индивидуални средства за наблюдение на радиоактивността рязко се увеличи и не само готовите устройства, но и домашните броячи на Geiger-Muller станаха недостиг. Следователно трябваше да обърнем внимание на „чуждестранния опит“, или по-скоро на чуждестранната елементна база. Ето един продукт на известната фирма Philips - брояча ZP1300. За разлика от домашните аналози, той изисква захранващо напрежение от 700V. Иначе всичко е същото. Фигурата показва диаграма на звуков индикатор за радиоактивност, базиран на брояча ZP1300.

Всеки път, когато йонизираща частица премине през брояча, устройството издава кратък тон. Колкото по-висока е радиацията, толкова по-често звучи. Схемата на генератора на напрежение 700V е направена на базата на миниатюрен силов трансформатор тип HRE3005000 с две намотки - вторична намотка на 6V и мрежова намотка на 230V. Трансформаторът е с много малки размери и мощност под 1W. Този трансформатор тук се използва за получаване високо напрежение. Включва се обратно, т.е. в тази верига намотката за ниско напрежение действа като първична. Той е включен в колекторната верига на транзистора VT1, чиято основа получава импулси от генератора на чипа A1 - интегриран таймер от тип 555. За получаване на необходимите 700V завои на вторичната намотка на трансформатора не са достатъчни, така че има и допълнителен умножител на напрежение на диоди VD2-VD6.

За да се осигури стабилизиране на изходното напрежение, веригата има обратна връзка, която се осъществява чрез резистори R3 и R4. Чрез тях към пин 2 на A1 се подава напрежение, чиято стойност е пропорционална на стойността на изходното напрежение. Съответно, работният цикъл на импулсите, генерирани от микросхемата A1, се променя и напрежението на изхода на умножителя се променя. По този начин напрежението на изхода на умножителя се поддържа стабилно и зависи малко от захранващото напрежение. Задайте изходното напрежение, като регулирате резистора R1. Трябва да се отбележи, че конвенционалният мултиметър не е подходящ за точно измерване на изходното напрежение поради ниското входно съпротивление. Трябва да използвате волтметър с високо съпротивление или да измервате с мултицет през делител на напрежение, например съставен от резистори със съпротивление 10 мегаома и 100 килоома.

В този случай показанието на мултиметъра ще трябва да се умножи по 100 (т.е. „7V“ = 700V). Диодът VD1 предпазва транзистора VT1 от емисиите на самоиндукция на намотката на трансформатора. Напрежение от 700 V от изхода на умножителя през резистор R9 се подава към брояча на Geiger-Muller F1. Натоварването на брояча е резистор R7, на който се появява много кратък импулс при преминаване на йонизираща частица. Този импулс се изпраща към чакащия мултивибратор на чип A2. Диодът VD7 предпазва входа на микросхемата от високо напрежение, ограничавайки амплитудата на импулса до стойността на захранващото напрежение на веригата.

Когато импулс пристигне на щифт 2 на A2, чакащият мултивибратор стартира и произвежда поредица от импулси, които отиват към високоговорител B1. Чува се кратък висок звук. Тази схема може да се използва и като част от цифров дозиметър. Импулсите към неговия брояч ще трябва да се доставят от пин 3 на A2. Подробности. Основната част - броячът на Geiger-Muller - може да бъде заменен с друг, например домашен. Но това ще изисква съответна промяна в захранващото напрежение на измервателния уред (обикновено 400V за нашия). Тоест ще е необходимо да се намали броят на етапите на умножителя на напрежението. Трансформатор T1 може да бъде заменен с почти всеки с ниска мощност силов трансформаторс вторична намотка 6V. Или го навийте сами. Високоговорителят B1 е капсула от малки слушалки. Неговата устойчивост трябва да бъде в диапазона 16-50 Ogl. Регулирането се състои само в настройка на високото напрежение чрез регулиране на резистора за настройка R1.