V naší době katastrof způsobených člověkem je nutné se chránit před jejich následky v podobě radioaktivní kontaminace. A k tomu musí být detekováno ionizující záření. Proto se při absenci průmyslových zařízení může každý radioamatér pokusit vyrobit Geigerův počítač vlastníma rukama.
Pro měření radioaktivního pozadí vyvinuli vědci a inženýři přístroje – Geigerovy počítače. Utěsněná plynová výbojka naplněná směsí inertních plynů, pojmenovaná podle vědců-vynálezců Geiger-Müllerova počítače, se používá jako senzor pro záření alfa, beta a gama. Profesionální přístroje jsou ale modernímu průměrnému člověku málo dostupné a jsou poměrně drahé.
Bylo vyvinuto několik druhů takových struktur. I ten nejnepřipravenější stalker si dokáže vyrobit DIY Geigerův pult z neonové lampy pro přežití v postapokalyptickém světě.
Mnoho amatérských konstruktérů již vyvinulo a vyrobilo Geigerův počítač vlastníma rukama. Existuje mnoho možností designu. Nejběžnější domácí vývojová schémata jsou známá:
Návrhy domácích dozimetrů a indikátorů záření pomocí senzorů SBM-20, STS-5, SBT-9 jsou poměrně jednoduché a mají vysokou citlivost. Mají ale velmi důležitou nevýhodu – jde o průmyslové senzory ionizujícího záření, které je obtížné sehnat a pořídit je drahé.
Indikátor záření se senzorem vyrobeným z polovodičové součástky je levný, ale vzhledem k nelinearitě charakteristik polovodičů je obtížně nastavitelný a je citlivý na změny teploty a napájecího napětí.
Zařízení s podomácku vyrobeným senzorem z PET lahve je extrémně jednoduché, ale vyžaduje obvod s tranzistorem s efektem pole, který není pro domácího vždy k dispozici. Kromě toho jsou tranzistory s efektem pole náchylné k poruchám v podmínkách silného záření.
Cenově nejdostupnější jsou provedení se snímači na bázi startéru z vadných zářivek nebo neonů. Mezi nevýhody snímače ze startéru, podobně jako neonové lampy, patří citlivost na změny teploty a napájecího napětí, nutnost stínění snímače před světlem a elektromagnetickým zářením. Mezi výhody patří snadná výroba a nastavení Geigerova počítače vlastníma rukama.
Výroba Geigerova čítače vlastníma rukama by měla začít studiem schématu zapojení zařízení. V tomto obvodu je jako snímač gama a beta záření použita neonová žárovka.
Podívejme se na schematický diagram.
Pro usměrnění střídavého proudu se používá dioda D1. Pro zajištění konstantního napětí 100 V je použit stabilizační obvod na bázi zenerovy diody D2. Parametry rezistoru R1 závisí na napájecím napětí Vac a jsou vypočteny pomocí vzorce
R1 = (Vac-100 V)/(5 mA).
Proměnný odpor R2 nastavuje napětí na neonové žárovce mírně pod zapalovací napětí. Neonová lampa by neměla svítit v pohotovostním režimu. Když radioaktivní částice proletí skleněnou baňkou, inertní plyn se ionizuje a lampa bliká.
V okamžiku, kdy lampa bliká, dojde k poklesu napětí na odporu R3 a na neonové lampě se objeví napětí, které je menší než přídržné napětí. Výbojkou neprochází žádný proud, dokud nebude zapálena ionizující částicí. Když lampou krátce proteče proud, v reproduktoru se ozve hlasité cvaknutí. Po sestavení Geigerova počítače vlastníma rukama z neonové lampy můžete začít s jeho nastavením.
Vyvinutý model postapokalyptického Geigerova čítače lze snadno nastavit vlastníma rukama. Pomocí proměnného odporu R2 je zařízení přivedeno do bodu spuštění senzoru neonové lampy. Dále se pro experiment přiblíží zaprášený hadr k indikátoru radioaktivity a pomocí regulačního rezistoru R2 se nastaví citlivost zařízení. Protože je prach plný radioaktivních izotopů, neonový indikátor radioaktivity by měl při správné konfiguraci pravidelně blikat a hlava reproduktoru by měla vydávat cvrlikání a cvakání.
Pro přesnější kalibraci zařízení je nutné použít dostupný zdroj záření. Mohl by to být páčkový spínač z vojenského rádiového zařízení s aplikovaným světelným radioaktivním fosforem. Kalibrace se provádí pomocí referenčního standardního dozimetru. Frekvence odezvy podomácku vyrobeného Geigerova počítače je přizpůsobena frekvenci počítání úrovně radiace průmyslového dozimetru. Ke kalibraci lze použít i standardní zdroj záření, který bývá vybaven vojenským dozimetrem.
Při sestavování Geigerova čítače vlastníma rukama můžete použít jakékoli materiály, které má radioamatér k dispozici. Hlavní věc je, že hodnocení rádiových komponent odpovídá zobrazenému schématu. Je nutné správně vybrat neonku jako snímač tak, aby zapalovací napětí přibližně odpovídalo 100 V. V tomto případě mohou být rádiové komponenty jak dovážené, tak domácí. Parametry součásti musí být vybrány pomocí referenční literatury.
Je důležité poznamenat, že ve výše uvedeném schématu zapojení je použito střídavé napájecí napětí ze sítě Vac = 220 V pomocí beztransformátorového obvodu, což je nebezpečné v důsledku úrazu elektrickým proudem pro tělo. Aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem, tělo zařízení by mělo být vyrobeno z elektricky izolačního materiálu. K tomuto účelu jsou vhodné plexisklo, getinax, sklolaminát, polystyren a další laminované plasty.
Při montáži Geigerova počítače vlastníma rukama se používá široká škála nástrojů:
Při práci s elektřinou je třeba dodržovat bezpečnostní požadavky.
Zařízení vynalezené Hansem Geigerem, schopné detekovat ionizující záření, je utěsněný válec se dvěma elektrodami, do kterého se čerpá plynná směs skládající se z neonu a argonu, která se ionizuje. Na elektrody je přivedeno vysoké napětí, které samo o sobě nezpůsobuje žádné výbojové jevy až do okamžiku, kdy začne proces ionizace v plynném prostředí zařízení. Vzhled částic přicházejících zvenčí vede k tomu, že primární elektrony, urychlené v odpovídajícím poli, začnou ionizovat další molekuly plynného média. V důsledku toho dochází vlivem elektrického pole k lavinové tvorbě nových elektronů a iontů, které prudce zvyšují vodivost elektron-iontového oblaku. V plynném prostředí Geigerova počítače dochází k výboji. Počet pulsů vyskytujících se v určitém časovém období je přímo úměrný počtu detekovaných částic.
Je schopen reagovat na ionizující záření široké škály typů. Jsou to alfa, beta, gama záření, stejně jako rentgenové, neutronové a ultrafialové záření. Vstupní okno Geigerova počítače, schopného detekovat záření alfa a měkké beta, je tedy vyrobeno ze slídy o tloušťce 3 až 10 mikronů. Pro detekci rentgenového záření je vyrobeno z berylia a ultrafialové záření je vyrobeno z křemene. Můžete si sestavit vlastní jednoduchý Geigerův počítač, který používá Geiger-Müllerovu trubici místo drahé a nedostatkové, pomocí fotodiody jako detektoru záření. Detekuje částice alfa a beta. Bohužel nebude schopen detekovat gama rozsah záření, ale pro začátek to bude stačit. Obvod je připájen na malý plošný spoj a celý je umístěn v hliníkovém pouzdře. K odfiltrování vysokofrekvenčního rušení se používají měděné trubice a kus hliníkové fólie.
Jak můžete vidět ze schématu, je to tak jednoduché, že se dá sestavit za pár hodin. Po sestavení se ujistěte, že polarita reproduktoru a LED je správná.
Umístěte měděné trubky a elektrickou pásku na fotodiodu. Mělo by sedět těsně.
Do boční stěny hliníkového pouzdra vyvrtejte otvor pro přepínač a nahoře pro fotosenzor, LED a ovládání citlivosti. V pouzdře by neměly být žádné další otvory, protože obvod je velmi citlivý na elektromagnetické rušení.
Jakmile jsou všechny elektrické komponenty připojeny, vložte baterie. Použili jsme tři baterie CR1620 naskládané dohromady. Omotejte kolem trubek elektrickou pásku, abyste zabránili jejich pohybu. To také pomůže zabránit světlu v dosahu fotodiody. Nyní je vše připraveno k zahájení detekce radioaktivních částic.
Můžete si to ověřit v akci na jakémkoli testovacím zdroji záření, který najdete ve speciálních laboratořích nebo ve školních učebnách, abyste mohli provádět praktickou práci na toto téma.
Geigerův počítač se skládá z vysokonapěťového generátoru, elektronky, zesilovače a pohotovostního multivibrátoru. Všechny čtyři komponenty jsou vyznačeny na obrázku. V druhé části článku si řekneme, jak připojit měřidlo k USB ovladači a počítači.
Vysokonapěťový generátor
Pozor! Vysoké napětí je životu nebezpečné, proto je povinné dodržovat bezpečnostní opatření. Nedotýkejte se živých částí elektrického obvodu. Před prací na částech obvodu vždy vypněte napájení. Kondenzátory C4/C5 mohou být napájeny i po odpojení obvodu od zdroje napájení.
Generátor vysokého napětí se skládá z pulzního generátoru s frekvencí 50 Hz na čipu NE555, transformátoru, násobiče napětí a stabilizátoru. Pokud je napětí příliš vysoké, stabilizátor tlumí oscilace v pulzním generátoru. Zenerovy diody navíc omezují napětí na 55 0V. Obvod používá standardní transformátor 9 V/220 V, ale k získání středního napětí využívá primární vinutí. Napětí za transformátorem můžete sledovat vysokoimpedančním voltmetrem nebo „zkušebním šroubovákem“.
Geigerova trubice
Dýmku lze zakoupit na ebay za pár eur nebo dolarů. Vhodných je mnoho typů elektronek, ale napětí bude potřeba upravit dle charakteristiky vybraného modelu - většinou 550-600 V. Proud v elektronce je omezen rezistorem 10 MΩ, ale je lepší zapojit dvě 4,7 MΩ rezistory v sérii nebo jeden rezistor vysoké napětí.
Pozor! Nedotýkejte se trubice, protože funguje pod vysokým napětím!
Zesilovač a pohotovostní multivibrátor
Pro zesílení signálu přicházejícího z elektronky se používá konvenční tranzistor. Jeho emitor je napojen na multivibrační čip 555, který lze spustit i velmi krátkým impulsem. Výstup mikroobvodu je připojen k reproduktoru, díky kterému Geigerův čítač tiká jako obvykle. Výstup lze také připojit k LED nebo optočlenu a ten zase ke vstupu mikrokontroléru.
Dotyk částí obvodu umístěných před optočlenem je životu nebezpečný!
Připojení k mikrokontroléru
Výstup optočlenu lze připojit k mikrokontroléru s podporou USB (ideální je ten popsaný na našem webu). Takto vypadá sestavený řetěz. Deska USB je připojena k počítači.
Aby byly informace přenášeny pokaždé, když je z měřiče přijat puls, musíte změnit firmware regulátoru. Měření intervalů mezi impulsy může být svěřeno buď samotnému regulátoru nebo počítačovému programu.
Provedením změn v souboru user.c (z příkladu práce s USB) můžete zkontrolovat stav připojeného pinu mikrokontroléru.
if(mUSBUSARTIsTxTrfReady())
{
while(PORTCbits.RC2);
mUSBUSARTTxRam("Impulze");
start_up_state=0;
}
Ahoj všichni! jak se máš? Dnes vám chci ukázat, jak vyrobit Geigerův počítač vlastníma rukama. Toto zařízení jsem začal vytvářet zhruba na začátku minulého roku. Od té doby prošel mou leností a třemi úplnými přehodnoceními.
Myšlenka vyrobit domácí dozimetr se objevila na samém začátku mé vášně pro elektroniku, myšlenka záření mě vždy zajímala.
Dozimetr je tedy vlastně velmi jednoduché zařízení, potřebujeme k němu citlivý prvek, v našem případě Geigerovu trubici, napájení, většinou cca 400V DC a indikátor, v nejjednodušším případě to může být běžný reproduktor. Když ionizující záření narazí na stěnu Geigerova počítače a vyrazí z něj elektrony, způsobí to, že se plyn v trubici stane vodičem, takže proud jde přímo do reproduktoru a způsobí jeho cvaknutí, pokud vás to zajímá. mnohem lepší vysvětlení online.
Myslím, že každý bude souhlasit s tím, že kliknutí není nejinformativnějším ukazatelem, nicméně má možnost upozornit na zvýšení radiace na pozadí, ale počítání záření pomocí stopek pro přesnější výsledky je poněkud zvláštní věc, takže jsem se rozhodl přidat nějaké mozky do zařízení .
Pojďme k praxi. Jako mozek jsem zvolil Arduino nano, program je velmi jednoduchý, počítá puls v trubici za určitou dobu a zobrazuje jej na displeji, dále zobrazuje roztomilou ikonku varování před radiací a stav nabití baterie.
Jako zdroj energie používám baterii 18650, ale Arduino potřebuje 5V, takže jsem zabudoval DC-DC boost konvertor a lithium-iontovou baterii, aby bylo zařízení zcela samonapájené.
Tvrdě jsem pracoval na vysokonapěťovém zdroji, vyrobil jsem ho ručně, namotal jsem transformátor asi na 600 závitů na sekundární cívku, zabalil jsem to s MOSFET a PWM na Arduino. Všechno funguje, ale chtěl jsem mít věci jednoduché.
Vždy je lepší, když si stačí koupit 5 modulů, připájet 10 drátů a získat funkční zařízení, než navíjet cívky a šroubovat PWM, protože chci, aby každý mohl replikovat moje zařízení. Tak jsem našel vysokonapěťový DC-DC boost konvertor, velmi zvláštní, ale ukázalo se, že je velmi obtížné ho najít a nejoblíbenější moduly měly pouze 100 prodejů.
Objednal jsem si ho, vyrobil nové pouzdro, ale když jsem začal testovat, vyráběl max. 300V, přičemž v popisu bylo, že vyrábí až 620V. Snažil jsem se to opravit, ale problém byl nejspíš v transformátoru. Každopádně jsem objednal další modul a měl jinou velikost, i když popis byl stejný... Dostal jsem peníze zpět za první modul, ale nechal jsem si je, protože dal 400 V, které jsme potřebovali, možná 450 V max místo 1200 ( Něco v čínských měřicích přístrojích funguje úplně špatně...) Obecně jsem právě znovu otevřel spor...
Ukázat dalších 7 obrázků
Stručně řečeno, konstrukce čítače Geiger Müller se skládá téměř výhradně z těchto modulů:
Na baterii, volitelné aktivní piezo chrastítko a samotný Geigerův čítač jsem použil staré sovětské. Model STS-5 je celkem levný a snadno k sehnání na eBayi nebo Amazonu, je kompatibilní i s elektronkou SBM-20 nebo jakoukoliv jinou, stačí si v programu nastavit parametry, v mém případě počet mikro- roentgenů za hodinu se rovná počtu pulzů trubice za 60 sekund. A ano, zde je model pouzdra vytištěný na 3D tiskárně: 
Začneme sestavovat. První věc, kterou musíte udělat, je upravit napětí na vysokonapěťovém DC-DC potenciometru. Pro STS-5 potřebujeme přibližně 410V. Poté jednoduše připájejte všechny moduly podle schématu, použil jsem pevné dráty, to zvyšuje stabilitu konstrukce a umožňuje sestavit zařízení na stůl a poté jej jednoduše umístit do pouzdra.
Důležitým bodem je, že musíme připojit mínus na vstupu a výstupu vysokonapěťového měniče, jen jsem připájel zástrčku. Vzhledem k tomu, že Arduino nemůžeme jen tak připojit na 400V, budeme potřebovat jednoduchý obvod s tranzistorem, jen jsem je připájel kloubovou metodou a obalil smršťovací bužírkou, přímo na konektor byl připojen rezistor 10MΩ z +400V .
Je lepší udělat měděný držák na trubku, ale já jsem jen navinul drát do kruhu, vše funguje dobře, neměňte plus a mínus Geigerova počítače. Displej jsem připojil k odnímatelnému kabelu a pečlivě ho izoloval, protože byl umístěn velmi blízko vysokonapěťového modulu. Trochu horkého lepidla. A montáž je hotová!
Vše vložíme do pouzdra a jsme připraveni na testy. Ale nemám doma co testovat, ale mimochodem radiace na pozadí by měla fungovat. co na to říct? Zařízení funguje. Ano, je to tak. Ale vidím mnoho způsobů, jak to vylepšit, jako je větší displej, aby se dala zobrazit grafika, modul Bluetooth nebo použití Sieverts místo rentgenu.
Se zařízením jsem spokojený, ale pokud jej vylepšíte, sdílejte prosím své zařízení! Děkujeme za sledování, uvidíme se příště!
