Audytor.ru

Теплоснабжение "Аудитор"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ЭКОЛОГ индикатор радиоактивности бытовой

ЭКОЛОГ индикатор радиоактивности бытовой

ЭКОЛОГ индикатор радиоактивности бытовой

Карманный дозиметр/ бытовой индикатор радиоактивности «ЭКОЛОГ» предназначен для оперативного дозиметрического контроля путем обнаружения и оценки радиационного загрязнения радиоактивными веществами продуктов питания, строительных материалов, одежды, автомобилей, мебели, любых бытовых предметов, помещений и т.д.

Бытовой дозиметр Эколог предназначен для радиационного контроля позволяет проводить измерения уровня радиации на улице и в помещении, при свете и в темноте.

Индивидуальный дозиметр радиометр «ЭКОЛОГ» рекомендован для использования широким кругом населения как в бытовых условиях, так и на производствах с источниками ионизирующего излучения, так как его удобно носить в руке, кармане одежды или в сумочке, и он не требует обучения для работы с ним.

Принцип работы [ править ]

Цилиндрический счётчик Гейгера—Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров материала электродов и газовой среды внутри счетчика. В большинстве случаев широко распространенные отечественные счетчики Гейгера требуют напряжения 400 В.

Работа счётчика основана на ударной ионизации. γ-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает. Этим счетчик Гейгера отличается от пропорционального счетчика, где напряженность поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролета первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счетчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счетчике добавляют немного галогена (брома или йода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счетчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счетчик имеет определенный (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счетчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счета даже в отсутствии облучения, а затем в счетчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счетчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно выше (10 10 импульсов и выше).

Читайте так же:
Поверка счетчика это замена

Счетная характеристика (зависимость скорости счета от напряжения на счетчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счета очень слабо зависит от напряжения на счетчике. Протяженность такого плато достигает для низковольтных счетчиков 80-100 В, а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика (≈ 10 -4 с). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все γ-фотоны, попавшие на счетчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия γ-лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.

Эффективность регистрации частиц счетчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счетчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счетчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счетчике делают тонкое (2-7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10-15 для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной пленки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии γ-излучения.Так как γ-излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность γ-счётчиков мала и составляет всего 1-2 %. Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z, так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдет. Это приводит к характерной зависимости скорости счета от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жесткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счетчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счетчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жесткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жестких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счета от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съемным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счетчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

Читайте так же:
Счетчик псч класса точности 1

Нейтроны напрямую газоразрядными счетчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или бора в составе материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций. Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера—Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счетчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счета никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счетчика является жесткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счетчиком Гейгера практически равна 100%. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счетчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон дает спонтанная эмиссия электронов из катода счетчика.

Что такое ионизирующее излучение?

Для лучшего понимания работы счетчиков Гейгера-Мюллера не мешало бы ознакомиться с ионизирующим излучением как таковым. К нему может относиться все то, что вызывает ионизацию веществ, находящихся в естественном состоянии. Для этого потребуется присутствие какой-то энергии. В частности, ультрафиолетовый свет либо радиоволны не причисляются к ионизирующему излучению. Разграничение может начинаться так называемым «жестким ультрафиолетом», еще именуемым «мягким рентгеном». Такая разновидность потока называется фотонное излучение. Поток фотонов высокой энергии – это гамма-кванты.

В первый раз разделение ионизирующего излучения по трем видам было проделано Эрнстом Резерфордом. Все производилось на исследовательском оборудовании, в котором было задействовано магнитное поле в пустом пространстве. В дальнейшем все это было названо:

  • α – ядрами атомов гелия;
  • β – электронами высокой энергии;
  • γ – гамма-квантами (фотонами).
Читайте так же:
Можно ли ставить счетчики без термокорректора

Позднее произошло открытие нейтронов. Так, выяснилось, что альфа-частицы могут с легкостью задерживаться даже с помощью обыкновенной бумаги, бета-частицы обладают несколько большей проникающей способностью, а гамма-лучи – самой высокой. Самыми опасными считаются нейтроны, особенно на дистанции во много десятков метров в воздушном пространстве. Вследствие их электрической индифферентности, они не вступают во взаимодействие ни с какой электронной оболочкой молекул в веществе.

Последствия аварии в Чернобыле

Однако при попадании в атомные ядра с высоким потенциалом приводят к их неустойчивости и распаду, после чего образуются радиоактивные изотопы. А те, далее в процессе распада, сами образуют всю полноту ионизирующего излучения.

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.

Похожие патенты RU2192068C2

  • Степанок В.В.
  • Липатов Н.П.
  • Юмашев В.М.
  • Лыжин Б.К.
  • Фомченков В.М.
  • Гладышев Владимир Андреевич
  • Иовенко Эдуард Михайлович
  • Прозоров Игорь Григорьевич
  • Жолобов Е.Ф.
  • Зыков А.П.
  • Разин А.А.
  • Яновский В.Н.
  • Глухов Юрий Александрович
  • Садовников Роман Николаевич
  • Кулагин Иван Юрьевич
  • Кожевников Дмитрий Андреевич
  • Наумов Виталий Валерьевич
  • Глухов Юрий Александрович
  • Садовников Роман Николаевич
  • Румянцев Сергей Олегович
  • Лукоянов Дмитрий Иванович
  • Панов Михаил Александрович
  • Викулов Игорь Викторович
  • Артемов В.С.
  • Карих С.Н.
  • Галстян И.Л.
  • Николаенко О.К.
  • Столбов Ю.М.
Читайте так же:
Panasonic kx mb1500 сбросить счетчик картридж

Необходимые компоненты схемы детектора

Для того чтобы собрать представленную схему потребуются приобрести следующие детали:

  1. Преобразователь высокого напряжения NoEnName_Null. Вход 3–5 В, выход до 300–1200 В. Размер модуля: около: 25×48 мм. Выходной ток максимум 50 мА, регулируемый модуль блока питания.NoEnName Null
  2. Зарядное устройство Tikta Mini MICRO USB 1A TP4056. Литий-ионная плата 1×5 V позволяет заряжать аккумулятор с помощью разъема Mini USB или входа 4.5–5.5 В.Tikta Mini MICRO
  3. Преобразователь напряжения DROK Mini DC Volts 1V — 5V, неизолированный модуль BOOST. Размеры печатной платы: 14.1×18.8×5.5 мм, входное напряжение: 1–5 В постоянного тока, выходное напряжение: 5.1–5.2 В постоянного тока, одиночный литиевый вход с выходным током 1–1.5 A.DROK Mini DC Volts 1V-5V
  4. Arduino Nano V3.0 — плата ELEGOO Nano CH340 / ATmega328P без USB-кабеля. Совместимая с Arduino Nano V3.0.Nano использует чипы ATmega328P и CH340, с большим количеством аналоговых входных контактов и встроенной перемычкой + 5V AREF. Есть возможности макета Boarduino и Mini + USB с меньшими размерами, которое хорошо работает с Mini или Basic Stamp. Может получать питание через USB-соединение Mini-B, нерегулируемый внешний источник питания 7–12 В (контакт 30) или регулируемый внешний источник питания 5 В (контакт 27). Источник питания автоматически выбирает источник с самым высоким напряжением.Arduino Nano V3
  5. OLED-дисплей HiLetgo 0,91 » для Arduino STM32, подсветка не нужна, поскольку имеется самоподсветка. Цвет дисплея: синий. Использует распространенную шину I2C и работает на драйвере дисплея SSD1306. OLED с высоким разрешением для любого проекта микроконтроллера. 128×32 пикселей дает хороший четкий текст, может работать от 3.3 В. Разборчивый текст даже с 4-мя строками. Напряжение 5 В.OLED-дисплей
  6. Комплект резисторов 10М и 10К, соответствующих требованиям RoHS.Комплект резисторов
  7. Монолитный многослойный керамический конденсатор 470pf Hilitchi 550Pcs, допуск емкости: ± 5%. Основной материал: керамика. Цвет: желтый. Отличная влагостойкость, миниатюрный размер, большая емкость, надежная работа. Широкое применение в компьютерах, обработке данных, телекоммуникациях и промышленном управлении.Монолитный конденсатор
  8. Мини-кнопочный переключатель DPDT с мгновенным выходом, uxcell 6-контактный квадратный 7×7 мм, количество контактов: 6, шаг штифта: 4.5×1 мм, длина штифта 3.5 мм. Материал пластик, вес: 24 г.Мини кнопочный переключатель DPDT

Важно! Также потребуется аккумулятор, дополнительный активный пьезозуммер и сам счетчик Гейгера. Для него можно применить старую лампу, сделанную в СССР, под названием STS-5 и подобрать корпус. В данном примере он распечатан на 3D принтере.

Сборка

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.

Читайте так же:
Как узнать счетчик кнокс

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. Соединяем дисплей съемным кабелем, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю.

Схема самодельного дозиметра.

Схема дозиметра на микроконтроллере

Прибор предназначен для измерения ионизирующих излучений, вызванных бета — и гамма-лучи и имеет следующие параметры:

  • Диапазон измеряемой дозы: 0 — 250 миллирентген/час
  • Напряжение питания: 2 – 3.3 В две батареи АА
  • Средний потребляемый ток: 0.5 мА при отключенной звуковой индикации
  • Время выхода на рабочий режим: 30 секунд
  • Период обновления показаний: 1 секунда

Прибор состоит из следующих функциональных блоков: генератор высокого напряжения для питания газоразрядного счетчика, формирователь импульсов счетчика, узел управления жидкокристаллическим дисплеем, блок звуковой индикации, и стабилизаторы напряжения для питания различных цепей устройства.

Синхронное управление всеми блоками обеспечивается микроконтроллером DD2. Высокое напряжение формируется преобразователем на транзисторе VT2 и трансформаторе T1. На затвор VT2 поступают импульсы частотой 244 Гц и скважностью примерно 4-15% от микроконтроллера DD2. В момент импульса транзистор открыт и в магнитопроводе T1 накапливается магнитная энергия.

Схема самодельного радиометра.

При закрывании транзистора в обмотке I трансформатора формируется ЭДС самоиндукции, приводящая к короткому импульсу положительной полярности амплитудой порядка 60 В на стоке VT2. Это напряжение повышается обмоткой II и поступает на утроитель напряжения на диодах VD3-VD5 и конденсаторах C12-C14. Использование утроителя напряжения снижает требования к трансформатору и упрощает его конструкцию. Высокое напряжение порядка 400 В поступает на счетчик Гейгера BD1 через нагрузочный резистор R10.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector