Простой детектор радиации

Простой детектор радиации

Автор: ELcat
Опубликовано 21.11.2011
Создано при помощи КотоРед.

Здравствуй, дорогой Кот! Вот уже более 2,5 лет являясь твоим завсегдатаем, решил и я преподнести тебе скромный сюрприз. И так, по многочисленным просьбам трудящихся форумчан, представляю «Дозиметр Сталкера».

Сей прибор разрабатывался для домашнего пользования более года назад, когда по воле случая попался в руки отечественный газоразрядный датчик ионизирующего излучения типа СТС-5. Это так называемый счётчик Гейгера-Мюллера, в котором под действием высокоэнергетических частиц (обычно гамма и бета), пролетающих сквозь объём специальной смеси газов, находящихся под нужным давлением и в электрическом поле с достаточно высокой напряжённостью, происходит ионизация газа, вызывающая короткий импульс электрического тока через электроды датчика. Данный дозиметр построен на принципе подсчёта количества этих самых импульсов в единицу времени.

Прибор создан как простой и достаточно функциональный цифровой дозиметр и рассчитан на длительную автономную работу. Он позволяет производить контроль фонового (в соответствии спецификации датчика) излучения в четырёх режимах: сканирующего (время подсчёта 3 секунды), быстрого (время подсчёта 15 секунд), обычного (время подсчёта 1 минута) и точного (время подсчёта 10 минут) с соответствующими допусками. Также производится фиксация в энергонезависимую память максимального и минимального значений интенсивности ионизирующего излучения в микрорентгенах в час, подсчёт суммарно полученной дозы за время измерения в микрорентгенах (только для быстрого, обычного и точного режимов измерения). Текущие измеренные параметры отображаются на графическом ЖК дисплее прибора для удобства как в цифровом виде, так и в аналоговом – в виде (псевдо)логарифмической шкалы. На шкале имеются две отметки: 25 мкР/ч и 60 мкР/ч – максимально допустимые уровни по гражданским и военным нормативам соответственно. Также дозиметр имеет опциональную звуковую и визуальную в виде светодиода индикацию улавливаемых частиц, имеет опциональную подсветку экрана с возможностью выбора одного из трёх цветов, позволяет контролировать уровень заряда батареи с отключением по низкому уровню. Кроме того дозиметр осуществляет контроль исправности датчика на предмет пробоя, запотевания, не погаснувшего в виду «отравления» внутренней среды датчика или чрезмерной интенсивности излучения разряда. В дозиметре реализована функция зарядки батареи от внешнего сетевого адаптера.

Конструктивно дозиметр выполнен на одной плате печатного монтажа. В качестве клемм удерживающих датчик, применены держатели предохранителя (вставки плавкой).

Аккумуляторная батарея крепится к плате при помощи двустороннего скотча. Экран припаивается к плате сверху его «родными» металлическими лепестками, с нижних углов напаиваются полоски медной жести. Для залуживания металлических частей рамки экрана их рекомендуется обезжирить и подержать на них несколько секунд кусочек ваты, смоченной замеднённой соляной кислотой (в которой травились платы), в результате части покрываются тонким слоем меди и отлично облуживаются даже в канифоли. Монтаж экрана производится таким образом, чтобы его контактные пружины достаточно плотно прижались к площадкам на плате. При этом нужно следить, чтобы нижняя кромка световода упиралась в прозрачные части корпусов светодиодов. В идеале нижняя кромка световода должна частично их накрывать, что выставляется по максимальной интенсивности и равномерности освещения области отображения экрана. Но в виду того, что smd светодиоды одного и того же типоразмера встречаются в корпусах разной высоты, такой способ позиционирования экрана в данной конструкции не рекомендуется. После установки экрана на его нижний край наклеивается полоса непрозрачного скотча с предварительно приклеенной к нему узкой полоской светоотражающей (оконной) плёнки во внутрь, затем нижний край скотча приклеивается к плате, образуя таким образом светонаправляющую систему, которая не пропускает свет вверх и одновременно значительно повышает яркость и равномерность освещённости области отображения экрана. После пайки всех компонентов настоятельно рекомендуется вскрыть плату несколькими слоями электропрочного лака.

Схематически прибор не имеет выключателя питания. Включение/выключение питания осуществляется удерживанием более двух секунд кнопки Меню/Питание. Кратковременным нажатием этой кнопки осуществляется вызов меню, вход в подменю и принятие выбранной опции. Кнопкой Выход/Отмена осуществляется выход из меню, выход из подменю и отмена выбранной опции. Навигация по пунктам меню осуществляется кнопками Вверх и Вниз. Функция зарядки батареи включается автоматически при подключении зарядного устройства к находящемуся в выключенном состоянии дозиметру. Во время зарядки производится отображение статуса (осуществляется зарядка или уже окончена) и текущего уровня заряда батареи (только при осуществляющейся зарядке), также постоянно светится светодиодный индикатор. Функция отключается при отключении зарядного устройства или при включении дозиметра. При достижении полного заряда батареи прибор переходит в режим капельной дозарядки, на экране при этом индицируется статус завершённой зарядки, а светодиодный индикатор периодически загорается, индицируя протекание тока зарядки.

В приборе не применены дефицитные или дорогие компоненты, всё подобрано по концепции «нарыто в своём сундуке». В качестве датчика могут быть использованы отечественные газоразрядные датчики ионизирующего излучения типов СТС-5 или СБМ20. В качестве батареи применён литий-ионный аккумулятор от телефона Nokia 3310 с напряжением 3,7В и ёмкостью 1150 мА*ч. В качестве дисплея – монохромный ЖК дисплей с разрешением 84х48 точек от той же модели телефона. Вместо микроконтроллера ATmega8 подойдёт обновлённый – ATmega8A. Допускается замена транзисторов их аналогами, кроме транзистора, стоящего в блокинг-генераторе. Полевой транзистор в цепи зарядки аккумулятора – любой N-канальный MOSFET «логической» серии (у которых гарантируется полное отпирание при напряжении исток-затвор -5В) с током стока не менее 500мА и насколько возможно низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Не могу вспомнить, какой именно применил я, возможно, это был IRLML5103. В качестве звукового «индикатора» – 32-омная «пищалка» с материнской платы ПК. Для изготовления импульсного трансформатора за основу был взят каркас с ферритовым сердечником от резонансного дросселя миниатюрной 9Вт электролюминесцентной лампы-«сберегайки» фирмы Deluxe.

Немагнитный зазор сердечника пришлифовкой на абразивной бумаге уменьшен до

0,5мм. В качестве зарядного устройства – «китайская» импульсная зарядка для мобильника с напряжением х.х. порядка 8-11В с перепаянным соответствующе подходящим установленному на плате разъёмом. Печатная плата разведена в SprintLayout 5.0, в слое М2 обязательно должна быть включена «металлизация» (заливка общим проводом). Все данные о типах элементов и их номиналах в файле присутствуют. Печатная плата изготавливалась методом ЛУТ. В качестве корпуса применён корпус от китайского мультиметра типа DT-830B, думаю в сундуках многих Котов такого добра найдётся в достатке.

Собранный без ошибок из заведомо исправных деталей и запрограммированный корректным вариантом прошивки прибор в настройке не нуждается. В выключенном состоянии прибор потребляет не более 45 мкА. Включенный прибор при выключенной подсветке потребляет не более 15 мА. Высоковольтный преобразователь построен по принципу прямоходового импульсного преобразователя на основе блокинг-генератора. Его ток потребления не должен превышать 1-2 мА. Выходное напряжение должно быть в пределах 400 +/- 20В. В виду чрезвычайно большого внутреннего сопротивления данное напряжение можно измерить только вольтметрами электростатического типа. При программировании прибора следует обратить внимание на тип устанавливаемого экрана. Прошивка написана под два часто встречающихся «китайских» варианта ЖКИ (под оригинальный прошивка не создавалась в виду дороговизны и чрезвычайно редкой распространённости оного). Их отличительные особенности – наличие или отсутствие дуги слева рамки экрана.

Дело в том, что в них стоят разные контроллеры, которые во многом сходны, но имеют разные смещения областей отображения относительно внутреннего адресного пространства памяти и отличные некоторые команды. Поэтому с «не своим» вариантом прошивки информация на экране будет отображаться не корректно. При программировании необходимо установить фуз-биты микроконтроллера на работу совместно с внешним 4МГц кварцевым резонатором и отключение порта JTAG. Также рекомендуется проверить напряжение, при котором закончится процесс зарядки, оно должно составлять не более 4,17В – при таком напряжении окончилась зарядка в телефоне, где находилась применённая мной батарея до этого. Порог отключения по низкому уровню установлен в районе 3,65В.

ВНИМАНИЕ! Литий-ионные аккумуляторы являются чрезвычайно взрыво- и пожаро-опасными в случае механических, температурных или электрических воздействий. Настоятельно рекомендую ознакомиться с соответствующей информацией перед началом работы с ними! Также в устройстве присутствует потенциально опасное высокое напряжение. Высокое выходное сопротивление источника не позволит нанести серьёзный ущерб организму, но разряд накопительного конденсатора является достаточно ощутимым. Также новичкам настоятельно рекомендуется ознакомиться с техникой электростатической безопасности, поскольку ряд применённых элементов чрезвычайно чувствительны к статическому электричеству.

На этом, вроде, всё. Прошу прощения за отсутствие электрической схемы, поскольку ввиду своей чрезвычайной кошачьей лени в своих поделках рисую сразу платы. А также за «оптимальность» и «грамотность» в исходнике – с микроконтроллерами и языком Си познакомился относительно недавно.

P.S. А вот представьте себе, многие из нас когда-то были пионЭрами и бегали с вот такими светящимися в темноте компасами, даже не подозревая, что входило по тем временам в состав их светящейся краски:

Вот цитата из Википедии: «До 70-х годов XX века радий часто использовался для изготовления светящихся красок постоянного свечения (для разметки циферблатов авиационных и морских приборов, специальных часов и других приборов), однако сейчас его обычно заменяют менее опасными изотопами: тритием (T1/2 = 12,3 года) или 147Pm (T1/2 = 2,6 года). Опасность таких приборов состоит в том что они не содержали предупреждающей маркировки, выявить их можно только дозиметрами.»

Детектор радиации своими руками

Автор применил ионизационную камеру с усилителем как датчик, для постройки которого будет использован составной транзистор. Однако при подсоединении транзистора к датчику, электрический сигнал коллектора отсутствовал. Предполагалось получить ток утечки из-за “нестабильности” базы и коэффициента многократного усиления. Возможно именно из-за модели транзистора MPSW45A, ток утечки был действительно мал, но коэффициент усиления оставался высоким, автор предполагает, что около 30 тысяч, и все это при токе базы около пары десятков пикоампер.

Для проверки использовался тестовый резистор с сопротивлением 100 МОм, который подключался к регулируемому источнику питания.

В этом он разглядел возможность приспособить эти стандартные компоненты и сделать из них датчик с неплохой чувствительностью.

Что необходимо для сбора детектора:
1) Пара транзисторов
2) трансформатор
3) амперметр или вольтметр
4) немного алюминиевой фольги.
5) железная банка радиусом 5 см

Читайте также:  Магнитный детектор

В жестяной банке сделаем отверстие на дне,оно нужно под провода антенные. Открытую часть же закроем алюминиевой фольгой.

Подключим резистор к базе 2N4403 (10 кОм) – это поможет защитить от повреждений при КЗ. Об эффективности системы можно судить по тому, что она была способно обнаружить ториевую калильную сетку.

Затем автору пришла идея подключить еще один составной транзистор. Получилась примерно такая конструкция:

Для питания было использовано напряжение в 9 В, однако возможно и даже предпочтительнее применить и напряжение повыше, это нужно чтобы получить достаточный потенциал в ионизационной камере.

Так же были добавлены резисторы, которые должны предохранять от КЗ, ведь оно может вывести из строя транзистор или амперметр.

При это их влияние на функцию схемы при стандартном режиме работы весьма незначительно, а следовательно не вносит помех в использовании.

Благодаря этому наша схема даже после пяти-десяти минут, которые все же необходимы для стабилизации. Способность идентифицировать калильную сетку была достигнута на дистанции примерно десяти сантиметров.

Однако эта схема получилась чувствительной к смене температуры,поэтому показания амперметра изменялись при перепадах температур, если она возрастала – показания увеличивались. Причем это происходило даже при небольших колебаниях.

Из-за этого было решено смонтировать температурную компенсацию. Для этого автор сделал точно такую же схему, нов этот раз уже исключая подключенных к базе транзистора провода от датчика.Вместо этого он воткнул измерительный прибор между точками выхода обеих схем:

Хоть по тексту это смотрится довольно запутанно, однако на деле осуществляется довольно легко.

использовал еще одну жестяную банку для сбора аналоговой схемы. Так же было решено закрепить все ее части на монтажной плате с 8 выводами, это было сделано для удобства и простоты эксплуатации.

Возможно вы уже заметили , что по факту были использованы резисторы с сопротивлением 2,4 кОм и 5,6 кОм. Уверяю вас данные расхождения в номиналах не особенно важны,чтобы заострять на них ваше внимание.

Еще был использован конденсатор блокировки, который подключили параллельно батарее, мощностью около 10 мкФ. А сам же провод нашего датчика был присоединен к самой базе транзистора и соответственно проходит через отверстие, е в днище жестяной банки, которое было предварительно просверлено.

Замечание: схема имеет неплохую чувствительность к электрическим полям, следовательно стоит соорудить оболочку схемы такую как эта.

Перед применением лучше подождать около пяти минут после подачи напряжения на схему,после этого показания амперметра изменятся на весьма малых величин. В случае же если показания амперметра будут отрицательными,просто пере подключите провод от датчика к базе иного транзистора, а так же измените полярность подключения амперметра.

Еще хотелось бы предупредить,что если на резисторах сопротивлением 2,2 кОм падает заметное напряжение, может быть до одного вольта, просто очистите все растворителем и поставьте на просушку.

А уже после стабилизации показаний амперметра можете смело приступать к измерениям. понеся радиоактивный источник в виде к примеру калильной сетки к стороне закрытой фольгой, при этом показания прибора должны резко увеличиться.

Вы можете применить вольтметр как прибор измерений (шкала до 1 В).

Приведенный же ниже прибор уже снабжен измерительной шкалой, которая была отрегулирована в единицах радиоактивности, а показания 2,2 возникли из-за нахождения рядом калильной сетки .

Недорогой и чувствительный детектор ионизирующего излучения (радиации)

Этот проект был начат как проект-самоделка “Детектор ядерной войны”. Идея заключалась в том, чтобы сделать устройство, которое бы мигало красным огоньком в сл учае ядерной атаки ил и интенсивного уровня радиации снаружи дома. Это бы выглядело наподобие датчика дождя, встроенного в зонтик, полностью функционального, но совершенно бесполезного. Чувствительность должна быть аналогична тем приборам радиационного контроля, которые вы часто видите на интернет-аукционе eBay, со шкалами от 0,5 до 500 рентген/ч. Если показания прибора приблизятся к этим значениям, у вас большие проблемы! Они, вероятно, должны калиброваться в “часах оставшейся жизни”! Я решил использовать в качестве датчика небольшую ионизационную камеру с усилителем тока, построенны м на составном транзисторе (транзисторе Дарлингтона).

Но когда я соединил базу составного транзистора непосредственно с проводом датчика, ток коллектора практически отсуствовал. Я же ожидал увидеть некоторый ток утечки из-за “плавающей” базы и коэффициента усиления в десятки тысяч. Я не знаю, все ли составные npn-транзисторы так же хороши, как эти MPSW45A, но ток утечки был удивительно мал, а коэффициент усиления выглядел очень высоким, возможно 30 000, при токе базы в несколько десятков пикоампер. (Я проверил коэффициент усиления с помощью тестового резистора с сопротивление 100 МОм, по дключенного к источнику питания с регулируемым выходным напряжением).

Внезапно я увидел возможность как использовать эти обычные компоненты, чтобы сделать действительно чувствительный датчик. Я добавил другой транзистор как показано ниже

Кому нужны резисторы смещения?! Я использовал жестяную банку диаметром 4 дюйма (примерно 10 см) с отверстием в днище для антенного провода и алюминиевой фольгой, закрывающей открытую часть. Я быстро понял, что резистор, подключенный к базе 2N4403 (10 кОм) – хорошая идея, предотвращающая повреждения при коротком замыкании . Эффективность работы этой схемы была превосходной, она легко обнаруживала ториевую калильную сетку лампы Coleman ! Так почему бы не добавить еще один составной транзистор ? Это казалось смешным, но вот то, что я соорудил:

Я использовал напряжение питания 9 В, но рекомендовал бы использовать несколько более высокое напряжене для получения достаточного потенциала в ионизационной камере. Резисторы были добавлены для защиты от случайного короткого замыкания, которое может быстро вывести из строя транзистор или амперметр. При нормальной эксплуатации они мало влияют на функционирование схемы.

Эта схема действительно хорошо работает и после 5-10 минут, необходимых для стабилизации, она могла обнаруживать калильную сетку на расстоянии около десяти сантиметров. Но схема оказалась чувствительной к изменению температуры и показания амперметра возрастали при небольшом увеличении темературы в комнате. Поэтому я решил добавить температурную компенсацию, сконструировав идентичную схему, но без подключенного к базе транзистора провода датчика, и включив измерительный прибор между выходными точками обеих схем :

Это выглядит немного запутанным , но на самом деле достаточно легко осуществимо. Схема былы собрана в такой же жестяной банке, как и использованная в одном из вышеописанных проектов на полевых транзисторах (JFET), и все части схемы были закреплены на монтажной плате с 8 выводами. Внимательный читатель заметит, что я фактически применил резисторы сопротивлением 2,4 кОм и 5,6 кОм, но эти различия в номиналах не играют большой роли. Я также использовал блокировочный конденсатор, подключенный параллельно батарее, номиналом, например, 10 мкФ. Провод датчика непосредственно соединен с базой транзистора и проходит через отверстие, просверленное в днище жестяной банки. Схема довольно чувствительна к электрическим полям, поэтому хорошая идея – иметь оболочку схемы наподобие этой.

Дайте схеме “прогреться” несколько минут после подачи напряжения питания, после чего показания амперметра должны снизиться до весьма малых значений. Если показания амперметра отрицательные, переключите провод датчика к базе другого транзистора и поменяйте полярность подключения амперметра. Если на резисторах сопротивлением 2,2 кОм падает заметное напряжение, может быть до одного вольта, попробуйте очистить все растворителем и полностью высушить. Когда показания амперметра станут низкими и стабильными, поднесите радиоактивный источник, например, калильную сетку , к окошку, закрытому фольгой, и показания должны быстро возрасти. В качестве измерительного прибора можн о применить цифровой вольтметр со шкалой до 1 В или амперметр со шкалой 100 мкА. Показанный ниже измерительный прибор уже имеет шкалу, отградуированую в единицах радиоактивности, и показания около 2,2 обусловлены воздействием калильной сетки .

Это – простой датчик, учитывая его чувствительность! Деятельный экспериментатор может попробовать другие транзисторы, скорее всего, составные, например, MPSA18, или даже операционный усилитель тока, управляемый напряжением, например, CA3080 с разомкнутой цепью обратной связью.

Три варианта сборки самодельного дозиметра

Измерение уровня радиоактивного фона осуществляется с помощью специального прибора – дозиметра. Его можно приобрести в специализированном магазине, но домашних умельцев привлечет другой вариант — сделать дозиметр своими руками. Бытовую модификацию можно собрать в нескольких вариациях, например, из подручных средств или с установкой счетчика СБМ-20.

Возможности самодельного аппарата

Естественно, профессиональный или многофункциональный дозиметр собрать будет довольно сложно. Бытовые портативные или индивидуальные приборы регистрируют бета или гамма излучение. Радиометр предназначен для исследования конкретных объектов и считывают уровень радионуклидов. Фактически дозиметр и радиометр – это два разных устройства, но бытовые версии часто совмещают в себе и первое, и второе. Тонкая терминология играет роль только для специалистов, потому даже комбинированные модели называют обобщенно – дозиметр.

Выбрав одну из предложенных схем для сборки, пользователь получит простейшее устройство с низкой чувствительностью. Польза в таком приборе все же есть: он способен регистрировать критичные дозы радиации, это будет свидетельствовать о реальной угрозе здоровью человека. Несмотря на то, что самодельное устройство в разы уступает любому бытовому дозиметру из магазина, для защиты собственной жизни его вполне можно использовать.

Полезные советы

Перед тем, как выбрать для себя одну из схем сборки, ознакомьтесь с общими рекомендациями по изготовлению прибора.

  1. Для аппарата собственной сборки выбирают 400 вольтовые счетчики, если преобразователь рассчитан на 500 вольт, то нужно корректировать настройку цепи обратной связи. Допустимо подобрать иную конфигурацию стабилитронов и неоновых ламп, смотря, какая схема дозиметра применяется при изготовлении.
  2. Выходное напряжение стабилизатора замеряется вольтметром с входным сопротивлением от 10 Мом. Важно проверить, что оно фактически равно 400 вольт, заряженные конденсаторы потенциально опасны для человека, несмотря на малую мощность.
  3. Вблизи счетчика в корпусе делается несколько мелких отверстий для проникновения бета-излучений. Доступ к цепям с высоким напряжением должен быть исключен, это нужно учесть, при установке прибора в корпус.
  4. Схему измерительного узла подбирают на основании входного напряжения преобразователя. Подключение узла осуществляется строго при отключенном питании и разряженном накопительном конденсаторе.
  5. При естественном радиационном фоне самодельный дозиметр будет выдавать порядка 30 – 35 сигналов за 60 секунд. Превышение показателя свидетельствует о высоком ионном излучении.
Читайте также:  Включение и выключение нагрузки одной кнопкой своими руками

Схема №1 — элементарная

Чтобы сконструировать детектор для регистрации бета и гамма-излучений «быстро и просто», этот вариант подойдет как нельзя лучше. Что понадобится до конструирования:

  • пластиковая бутылка, а точнее – горлышко с крышкой;
  • консервная банка без крышки с обработанными краями;
  • обычный тестер;
  • кусок стальной и медной проволоки;
  • транзистор кп302а или любой кп303.

Для сборки нужно отрезать горлышко от бутылки таким образом, чтобы оно плотно вошло в консервную банку. Лучше всего подойдет узкая, высокая банка, как от сгущенки. В пластиковой крышке делается два отверстия, куда нужно вставить стальную проволоку. Один ее край загибают петлей в виде буквы «С», чтобы она надежно держалась за крышку, второй конец стального прута не должен касаться банки. После крышка закручивается.

Ножку затвора КП302а прикручивают к петле стальной проволоки, а к стоку и истоку подсоединяют клеммы тестера. Вокруг банки нужно обкрутить медную проволоку и одним концом закрепить к черной клемме. Капризный и недолговечный полевой транзистор можно заменить, например, соединить несколько других по схеме Дарлингтона, главное – суммарный коэффициент усиления должен быть равен 9000.

Самодельный дозиметр готов, но его нужно откалибровать. Для этого используют лабораторный источник радиации, как правило, на ней указана единица его ионного излучения.

Схема № 2 — установка счетчика

Для того, чтобы собрать дозиметр своими руками, подойдет обычный счетчик СБМ-20 — его придется купить в специализированном магазине радиодеталей. Сквозь герметичную трубку-катод по оси проходит анод – тонкая проволока. Внутреннее пространство при малом давлении наполнено газом, что создает оптимальную среду для электрического пробоя.

Напряжение СБМ-20 порядка 300 – 500 В, его необходимо настроить так, чтобы исключить произвольный пробой. Когда попадает радиоактивная частица, она ионизирует газ в трубке, создавая большое количество ионов и электронов между катодом и анодом. Подобным образом счетчик срабатывает на каждую частицу.

Важно знать! Для самодельного аппарата подойдет любой счетчик, рассчитанный на 400 вольт, но СБМ-20 – самый подходящий, можно приобрести популярный СТС-5, но он менее долговечный.

Схема дозиметра представляет собой два блока: индикатор и сетевой выпрямитель, которые собирают в коробочках из пластика и соединяют разъемом. Блок питания подключают к сети на небольшой промежуток времени. Конденсатор заряжается до напряжения 600 Вт и является источником питания устройства.

Блок отключают от сети и от индикатора, а к контактам разъемам подсоединяют высокоомные телефоны. Конденсатор следует выбрать хорошего качества, это продлит время работы дозиметра. Самодельный аппарат может функционировать в течение 20 минут и больше.

  • резистор выпрямителя оптимально подобрать с рассеивающей мощностью до 2 вт;
  • конденсаторы могут быть керамические или бумажные, с соответствующим напряжением;
  • счетчик можно выбрать любой;
  • исключите вероятность прикосновения руками к контактам резистора

Естественный радиационный фон будет регистрироваться как редкие сигналы в телефонах, отсутствие звуков означает, что нет питания.

Схема № 3 с двухпроводным детектором

Можно сконструировать самодельный дозиметр с двухпроводным детектором, для этого нужна пластиковая емкость, проходной конденсатор, три резистора и одноканальный демпфер.

Сам демпфер снижает амплитуду колебаний и устанавливается за детектором, непосредственно рядом с проходным конденсатором, который измеряет дозу. Для такой конструкции подойдут только резонансные выпрямители, а вот расширители практически не используются. Прибор будет более чувствителен к радиации, но потребует больше времени для сборки.

Существуют и другие схемы, как сделать дозиметр самостоятельно. Радиолюбители разработали и протестировали множество вариаций, но большинство из них основывается на схемах, описанных выше.

Дозиметр своими руками

Увидеть и почувствовать радиацию нельзя, но можно узнать о ее присутствии различными способами по засветке фотопленки, по световым вспышкам на дисплее, нопрактичнее всего — с помощью счетчика частиц, создающих электрический импульс при попадании в него частицы. В основном все счетчики Гейгера — Мюллера состоят из герметизированной трубочки, являющейся катодом и протянутой сквозь нее по оси проволочкой – анодом. Пространство внутри заполняется газом при маленьком давлении, чтоб создать оптимальные условия для электрического пробоя. Напряжение на счетчике около 300 — 500 В настраивают так, чтобы самостоятельного пробоя не происходило и ток через счетчик не тек. Но при попадании радиоктивной частицы она ионизирует находящийся в трубке газ, и между катодом и анодом возникает целая лавина электронов и ионов — начинает течь ток. Но через доли миллисекунды счетчик возвращается в исходное состояние и ожидает прохождения следующей частицы.

На фотографии представлен наиболее распространенный счетчик СБМ-20. Он чувствителен к бета- и гамма-излучению (рентгеновскому). Количество импульсов, регистрируемых им за 40 секунд равно интенсивности радиации в микрорентгенах в час (мкР/ч). Нормальный уровень обычно 12 — 16 мкР/ч. Но в горах он может быть в несколько раз выше.

Схема самодельного дозиметра состоит из двух блоков, собранных в небольших пластиковых коробочках: сетевого выпрямителя и индикатора.

Блоки соединяются между собой разъемом X1. При подаче питания конденсатор С3 начинает заряжатся до напряжения 600 В и затем является источником питания для счетчика. Отсоединив питание от розетки и отключив индикатор, начинаем слушать щелчки в высокоомных телефонах.

Как вы уже смогли догадаться щелчок в телефонах означает попадание радиоактивной частицы в счетчик. Время работы индикатора после одной зарядки зависит от тока утечки конденсатора, поэтому он должен быть хорошего качества. Как правило прибор способен без подзарядки проработать минут десять или сорок, зависит от интенсивности радиоактивного излучения.

Об окончании заряда конденсатора можно судить по прекращению щелчковв высокоомных телефонах. Номиналы деталей некритичны. Резистор R1 должен быть мощный 1-2 Вт. Счетчик В1 может быть любым, какой сможете найти.

Дозиметр своими руками СИ-13Г

На элементах DD1.1 и DD1.2 К176ЛА7 собран генератор расчитанный на частоту 1000Гц. Прямоугольные импульсы через дифференцирующееся цепочку C2R3, открывают транзистор VT1 КТ315, работающий в ключевом режиме. Импульсы с его коллекторного перехода, проходя по первичной обмотке трансформатор, наводят в его вторичной обмоткевысокое импульсное напряжение с потенциалом около 100 В. Диод VD1 предназначен для защиты коллектора транзистора от перенапряжения, могущего возникнуть на индуктивной нагрузке — трансформатора.

Выпрямитель с шестикратным умножением выдает постоянное400 В напряжение, которое подается на катод счетчика через токоограничительный резистор R4. Отрицательные импульсы с анода счетчика, вызванные пролетом радиоактивных частиц, переключают элемент DD1.3 и растягиваясь по длительности до долей секунды попадают на DD1.4, т.к на другой его вход поступают прямоугольные импульсы частоты 1 кГц. На выходе элемента получаются тональные звуковые сигналы, одновременно светится и светодиод HL1.

При естественном фоне радиации «попискивания» редкие раз в несколько секунд, при увелечении уровня радиации тональность звучит чаще, а при опасных значениях звуковой сигнал звучит непрерывно, а светодиод постоянно горит. В схеме применен счетчик СИ13Г, но можно использовать и анологичные. Он выпускается в стеклянной колбе и имеет меньшие габариты, чем счетчик СБМ-20, но и меньшую чувствительность.

Трансформатор самодельный, намотанный на миниатюрном Ш-образном ферритовом сердечнике Ш4×8, первичная обмотка которого содержит 100 витков провода ПЭЛ 0,1, вторичная — 1200 витков провода ПЭЛ 0,06. Намотку необходимо делать внавал, между обмотками прокладывают 1 — 2 слоя изоляции.

В этой статье найдете описание простых схем дозиметра на счетчике СБМ-20, обладающих достаточной чувствительностью и регистрирующих самые малые значения бета- и гамма- радиоктивных частиц. Схема дозиметра базируется на отечественном датчике радиационного излучениятипа СБМ-20. Он похож на металлический цилиндр диаметром 12 мм и длинной около 113 мм. В случае необходимости его можно заменить на ZP1400, ZP1320 или ZP1310.

В основе прибора – счетчик Гейгера-Мюллера типа СБМ-20. Это цилиндр из металла, с двумя электродами на концах. Внутри газ. На эти электроды подают постоянное напряжение около 400V. При прохождении через счетчик ионизирующей частицы происходит электрический пробой и сопротивление прибора резко снижается от бесконечного до весьма ощутимого. Таким образом с каждой ионизирующей частицей, пролетающей через счетчик он создает короткий импульс.

Этот бытовой дозиметр с использованием микроконтроллера способен фиксировать превышение уровня радиации в диапазоне от 0 мР до 144 мР. Конструкция состоит из повышающего преобразователя напряжения и микроконтроллера, который считает генерируемые импульсы и передает информацию на цифровой индикатор.

После катастрофы в Японии спрос на индивидуальные средства контроля радиоактивности резко возрос, и не только готовые приборы, но так же и отечественные счетчики Гейгера-Мюллера стали дефицитом. Поэтому пришлось обратить внимание на «зарубежный опыт», вернее, на зарубежную элементную базу. Вот продукт известной фирмы Philips -счетчик ZP1300. В отличие от отечественных аналогов ему требуется питающее напряжение 700V. В остальном все то же самое. На рисунке показана схема звукового индикатора радиоактивности на основе счетчика ZP1300.

При каждом пролете через счетчик ионизирующей частицы устройство издает короткий тональный звук. Чем выше радиация, тем чаще звучит. Схема генератора напряжения 700V сделана на основе миниатюрного силового трансформатора типа HRE3005000 с двумя обмотками, – вторичной на 6V и сетевой на 230V. Трансформатор очень малогабаритный и имеет мощность менее 1W. Вот этот трансформатор здесь используется для получения высокого напряжения. Он включен наоборот, то есть, в данной схеме низковольтная обмотка работает как первичная. Она включена в коллекторную цепь транзистора VT1, на базу которого поступают импульсы от генератора на микросхеме А1, – интегральном таймере типа 555. Чтобы получить необходимые 700V витков вторичной обмотки трансформатора недостаточно, поэтому есть еще дополнительный умножитель напряжения на диодах VD2-VD6.

Для обеспечения стабилизации выходного напряжения, в схеме есть обратная связь, которая осуществляется через резисторы R3 и R4. Через них поступает напряжение на вывод 2 А1, величина которого пропорциональна величине выходного напряжения. Соответственно меняется скважность импульсов, генерируемых микросхемой А1 и изменяется напряжение на выходе умножителя. Таким образом, напряжение на выходе умножителя поддерживается стабильно и мало зависит от напряжения питания. Устанавливают выходное напряжение подстройкой резистора R1. Следует заметить, что для точного измерения выходного напряжения обычный мультиметр не подходит из-за низкого входного сопротивления. Нужно использовать высокоомный вольтметр или измерять мультиметром через делитель напряжения, например, составленный из резисторов сопротивлением 10 мегаом и 100 килоом.

Читайте также:  Мини холодильник 12 В своими руками

В этом случае показания мультиметра нужно будет умножить на 100 (то есть, «7V» = 700V). Диод VD1 защищает транзистор VT1 от выбросов самоиндукции обмотки трансформатора. Напряжение 700V с выхода умножителя через резистор R9 поступает на счетчик Гейгера-Мюллера F1. Нагрузкой счетчика является резистор R7, на котором при пролете ионизирующей частицы возникает очень короткий импульс. Этот импульс поступает на ждущий мультивибратор на микросхеме А2. Диод VD7 защищает вход микросхемы от высокого напряжения, ограничивая амплитуду импульса величиной напряжения питания схемы.

При приходе импульса на вывод 2 А2, ждущий мультивибратор запускается и вырабатывает пачку импульсов, которая поступает на динамик В1. Раздается короткий звук высокого тона. Эту схему можно использовать и как часть цифрового дозиметра. Импульсы на его счетчик нужно будет подавать с вывода 3 А2. Детали. Главную деталь – счетчик Гейгера-Мюллера можно заменить и другим, например, отечественным. Но это потребует соответствующего изменения напряжения питания счетчика (для наших обычно 400V). То есть, нужно будет уменьшить число ступеней умножителя напряжения. Трансформатор Т1 можно заменить практически любым маломощным силовым трансформатором со вторичной обмоткой 6V. Или же мотать его самостоятельно. Динамик В1 – капсюль от малогабаритных головных телефонов. Его сопротивление должно быть в пределах 16-50 Огл. Налаживание заключается только в установке высокого напряжения регулировкой подстроечного резистора R1.

Схема этого измерителя радиации позволяет контролировать изменение излучения используя световые вспышки светодиода. Увеличение количества таких вспышек в единицу времени говорит об превышение радиационного фона в зоне контроля.

В портативных самодельных дозиметрах, в которых в роли датчиков радиации используются счетчики Гейгера, главным узлом конструкции является модуль, преобразующее малое напряжение питания от обычной батарейки в повышенное до 360…440 вольт, необходимого для питания счетчика Гейгера.

Самодельный дозиметр радиации: схема, как сделать

Измерение радиационного фона в домашних условиях позволяет контролировать уровень загрязнения помещения и окружающего пространства. Дозиметр радиации своими руками можно изготовить как с помощью простых подручных средств, так и с использованием современных технологий. Получившийся прибор не уступит в функциональности некоторым магазинным аналогам.

Можно ли сделать дозиметр своими руками

Самостоятельно довольно сложно собрать профессиональный многофункциональный прибор, который будет способен к измерению бета и гамма-излучения. Чаще всего под портативным дозиметром понимают устройство, способное показывать уровень заражения прилегающей территории радионуклидами.

Важно! Очень часто под дозиметром подразумевают радиометр. Второй прибор показывает именно степень заражения, а не общее количество содержащейся в воздухе радиации.

Получившийся в домашних условиях дозиметр получается не самым чувствительным, однако он способен указать на наличие критического уровня заражения. Несмотря на техническое несовершенство, устройство вполне может подойти в качестве страховки человеческой жизни в тяжелых условиях.

Как собрать дозиметр радиации своими руками

Существует большое количество схем по сбору портативного устройства для измерения радиационного фона. Для начинающих постигать основы радиотехники подойдут самые простые устройства на резисторах СБМ-20. Более опытные любители могут сконструировать дозиметр радиации своими руками с двух- или трехпроводным детектором, а также используя векторные или интегральные резисторы.

Независимо от выбора схемы будущего устройства, при его сборке стоит использовать несколько простых правил. Они позволят получить максимально качественный прибор, который будет безопасен для жизни и здоровья человека. Большинство экспертов советуют:

  1. Использование 400 вольтовых счетчиков. Если модуль рассчитан на 500 вольт, придется вносить дополнительные корректировки в настройки цепи.
  2. Перед началом использования прибора необходимо измерить его выходную мощность при помощи 10 Мом вольтметра. Оно должно составлять ровно 400 вольт. Стоит помнить, что несмотря на малую удельную мощность, при неправильной настройке конденсаторы могут нести опасность здоровью.
  3. Необходимо исключить возможность доступа к элементам, на которые подается высокое напряжение. Корпус должен плотно закрывать электрические приборы.
  4. Подключение всех узлов производится при отключенном питании и разряженных конденсаторах.

Несмотря на выбор схемы будущего устройства, общий принцип работы дозиметра радиации будет практически одинаковым. Он будет выдавать некоторое количество звуковых сигналов. При нормальном радиационном фоне этот показатель будет на уровне 30. Увеличенное количество сигналов говорит о значительном повышении уровня загрязнения окружающей среды.

Схема простого дозиметра своими руками за 3 минуты

Такой метод позволяет получить самодельный прибор для измерения радиации в максимально короткие сроки. Технология подразумевает минимальный набор навыков и самое простое оборудование.

Чтобы изготовить такое устройство, потребуется:

  • пластиковая бутылка;
  • консервная банка;
  • простой тестер;
  • 20 см медной или стальной проволоки;
  • транзистор кп303.

У жестяной банки удаляют верхнюю часть и слегка полируют края наждачной бумагой, чтобы не поранить руки. Бутылку обрезают под горлышко, оставляя около 10-15 см — она должна плотно входить в банку. В крышке делают 2 отверстия — в одно из них вставляют проволоку, чтобы она выходила на 1-2 см. После этого второй конец загибают и вставляют во вторую дырку.

Важно! Конец проволоки ни в коем случае не должен касаться дня жестяной банки.

Ножку транзистора прикручивают к получившейся петле. К его истоку и стоку подключают клеммы тестера. После этого можно приступать к непосредственной калибровке дозиметра. В качестве эталона используют лабораторные источники излучения.

Схема дозиметра своими руками на СБМ-20

Более продвинутые модели можно собрать, использовав специальные счетчики. СБМ-20 состоит из герметичной трубки — катода, сквозь который проходит анод в виде проволоки. Внутри полость наполнена газом — это обеспечивает оптимальную электропроводность.

Также для дозиметра радиации своими руками потребуется:

  • счетчик на 400 вольт СТС-5;
  • резистор до 2 вт;
  • керамические или бумажные конденсаторы.

Дозиметр состоит из двух пластиковых блоков — сетевого выпрямителя и индикатора. Их соединяют между собой разъемом. Сетевой выпрямитель собирают согласно схеме. Перед включением необходимо зарядить конденсаторы — для этого прибор включают в сеть на небольшой промежуток времени.

Важно! Устройство в сборе должно иметь закрытый блок с резисторами. Недопустимо прикасаться к их контактам голыми руками.

После зарядки к дозиметру подключают телефоны с высокими показателями сопротивления. При естественном природном уровне радиации аппарат будет регистрировать редкие телефонные сигналы. Загрязнение окружающего пространства повлечет более частые сигналы. Если дозиметр совсем замолчал — скорее всего, кончился заряд конденсаторов. Полностью заряженное устройство способно работать около 20 минут.

Дозиметр с двухпроводным детектором своими руками

Такой прибор отлично подойдет для улавливания значительных изменений радиации. Процесс изготовления такого дозиметра не доставит сложностей опытным радиолюбителям.

Для его сбора своими руками необходимо:

  • конденсатор проходной;
  • двухпроводной детектор;
  • 3 резистора;
  • одноканальный демпферный элемент;
  • пластиковый контейнер.

Двухпроводной детектор обеспечит лучшую чувствительность к перепадам радиации

Для конструкции не используют расширители, предпочитая им резонансные выпрямители. Демпфер ставят непосредственно после детектора для снижения амплитуды колебаний. За ним устанавливают проходной конденсатор — именно он определяет исходную дозу радиации. Изготовленный своими руками по такой технологии дозиметр будет более чувствительным к колебаниям радиации, однако потребует больше времени в сборке.

Дозиметр с трехпроводным детектором своими руками

Более сложные устройства относят уже к профессиональным приборам измерения. Они показывают не только уровень радиации, но и текущую мощность излучения. Задача сборки такого дозиметра может стать сложной даже для опытных радиолюбителей.

Важно! Детектор устанавливают лишь после закрепления всех проходных конденсаторов.

Для сборки используют электролитические резисторы закрытого типа и одноканальные демпферы. В выборе расширителей отдают предпочтение низкочастотным вариантам. Замер радиации выполняется только резонансными выпрямителями.

Дозиметр радиации на трехканальном детекторе позволяет замерять также мощность излучения

Мощность собранного своими руками дозиметра зависит от используемого выходного резистора. Отдельным моментом при сборке такого аппарата стоит отметить довольно частый отказ от использования стабилитронов — они являются причиной высоких погрешностей при измерении.

Как сделать самому дозиметр с векторными резисторами

Векторные элементы являются дополнением к более традиционным приборам с сетевыми детекторами. Основным отталкивающим фактором в изготовлении таких дозиметров радиации является итоговая цена основной запчасти — ее приобретение может вылиться в довольно внушительную сумму.

Векторные резисторы более дорогостоящие по сравнению с другими аналогами

Как и в случае с детекторными дозиметрами векторные резисторы устанавливают лишь после закрепления всех проходных конденсаторов. Число последних может варьироваться от одного до двух на одну модель в зависимости от желаемой мощности. Для нормальной работы необходимы конденсаторы объемом около 20 пФ.

Важно! При большом количестве проходных конденсаторов может значительно увеличиваться сопротивление, и, как следствие, итоговые погрешности.

После установки векторных резисторов в дозиметр радиации можно переходить к монтажу выпрямителя. Лучше всего использовать модели резонансного типа. Кроме того, эксперты говорят о возможности применения позиционных выпрямителей. После полного сбора устройства его помещают в пластиковый корпус и калибруют в лабораторных условиях.

Самодельный дозиметр с интегральными резисторами

Изготовленный по такой технологии прибор отличается высокими показателями чувствительности. Схема дозиметра радиации своими руками на микроконтроллере не представляет сложностей для опытных радиолюбителей. Встречаются как одноканальные, так и многоканальные модели.

Первым делом для изготовления дозиметра радиации своими руками необходимо подобрать корпус. Подойдет обычная пластиковая коробка соответствующих размеров. В нее устанавливают демпфер. Дальнейшая сборка совпадает с технологией изготовления прибора с векторными резисторами.

Особенностью интегральных резисторов является высокая точность измерения

Важной особенностью является установка конденсаторов после резисторов. В среднем понадобится около 3 элементов. Чувствительность конденсаторов напрямую зависит от используемого расширителя. После подбирается специальный счетчик двоичного типа. Их устанавливают непосредственно на сам детектор.

Заключение

Дозиметр радиации своими руками — отличное решение, которое позволяет самостоятельно регистрировать увеличение уровня загрязнения радионуклидами. Изготовленный прибор позволит вовремя заметить смещение радиационного фона. Правильно сконструированное устройство может конкурировать с более технологичными и дорогостоящими магазинными аналогами.

Ссылка на основную публикацию