У наш час техногенних катастроф потрібно захистити себе від своїх наслідків як радіоактивного зараження. А для цього іонізуюче випромінювання потрібно виявити. Тому за відсутності промислових приладів будь-який радіоаматор може спробувати виготовити лічильник Гейгер своїми руками.
Для вимірювання радіоактивного фону вченими та інженерами розроблено прилади – лічильники Гейгера. Як датчик альфа-, бета- і гамма-випромінювань використовується герметична газорозрядна трубка, наповнена сумішшю інертних газів, названа на честь вчених-винахідників лічильником Гейгера - Мюллера. Але професійні прилади мало доступні сучасному обивателю і досить дорогі.
Розроблено кілька різновидів таких конструкцій. Лічильник Гейгера своїми руками з неонової лампи може виготовити навіть непідготовлений сталкер для виживання в постапокаліптичному світі.
Лічильник Гейгера своїми руками розробили та виготовили вже багато конструкторів-аматорів. Варіантів конструкцій багато. Відомі найпоширеніші схеми саморобних розробок:
Конструкції саморобних дозиметрів та індикаторів радіації із використанням датчиків СБМ-20, СТС-5, СБТ-9 досить прості, мають високу чутливість. Але у них є дуже важлива вада - це промислові датчики іонізуючого випромінювання, які важкодоступні і дорогі для покупки.
Індикатор радіації з датчиком з напівпровідникового приладу дешевий, але, у зв'язку з нелінійністю характеристик напівпровідників, важкий у налаштуванні, чутливий до зміни температури та напруги живлення.
Прилад із саморобним датчиком із ПЕТ-пляшки гранично простий, але вимагає схеми з польовим транзистором, який не завжди доступний для саморобника. Крім того, польові транзистори схильні до пробою за умов сильної радіації.
Найбільш доступними є конструкції із датчиками на базі стартера від несправних ламп денного світла або неонової лампи. До недоліків датчика зі стартера, як і неонової лампи, необхідно віднести чутливість до зміни температури та напруги живлення, необхідність екранування датчика від світла та електромагнітного випромінювання. До переваг відноситься простота виготовлення та налаштування лічильника Гейгера своїми руками.
Виготовлення лічильника Гейгера своїми руками слід розпочинати з вивчення принципової схеми пристрою. У цій схемі як датчик гамма-і бета-випромінювання використовується неонова лампочка.
Розглянемо важливу схему.
Щоб випрямити змінний струм, застосований діод D1. Для забезпечення постійної напруги 100 використана стабілізаційна схема на основі стабілітрона D2. Параметри резистора R1 залежать від напруги живлення Vac і розраховуються за формулою
R1=(Vac-100V)/(5 мА).
Змінним опором R2 встановлюється напруга на неоновій лампочці трохи нижче за напругу підпалювання. Неонова лампа не повинна горіти в режимі очікування. При прольоті радіоактивних частинок через скляну колбу відбувається іонізація інертного газу і спалах лампи.
У момент спалаху лампи на опорі R3 відбудеться падіння напруги, а на неоновій лампі з'явиться напруга менше напруги утримання. На лампі не буде проходження струму до моменту запалення її іонізуючою частинкою. У момент короткого протікання струму через лампу в гучномовці пролунає гучне клацання. Після збирання лічильника Гейгера своїми руками з неонової лампи можна приступати до його налаштування.
Розроблена модель постапокаліптичного лічильника Гейгера своїми руками налаштовується просто. Змінним опором R2 прилад переводиться на межі спрацьовування датчика з неонової лампи. Далі для експерименту, до індикатора радіоактивності наближається запорошена ганчірка і регулюючим резистором R2 підлаштовується чутливість приладу. Так як в пилу повно радіоактивних ізотопів, неонова лампочка індикатора радіоактивності при правильному налаштуванні повинна періодично спалахувати, головка гучномовця повинна видавати звуки і клацання.
Для більш точного калібрування приладу необхідно застосувати доступне джерело радіації. Їм може бути тумблер від військової радіоапаратури з нанесеним на нього радіоактивним люмінофором, що світиться. Калібрування здійснюється за допомогою стандартного зразкового дозиметра. Частота спрацьовування саморобного лічильника Гейгер підлаштовується під частоту підрахунку рівня радіації промислового дозиметра. Для калібрування також може застосовуватися стандартне джерело радіації, яким зазвичай укомплектований військовий дозиметр.
При складанні своїми руками лічильника Гейгера матеріали можуть застосовуватись будь-які, доступні радіоаматору. Головне, щоб номінали радіодеталей відповідали наведеній схемі. Необхідно правильно підібрати як датчик неонову лампу, щоб напруга запалювання приблизно відповідала 100 В. При цьому радіодеталі можуть бути як імпортні, так і вітчизняні. Параметри деталей потрібно підібрати, використовуючи довідкову літературу.
Важливо, що в наведеній принциповій схемі використано змінну напругу живлення від мережі Vac = 220 за безтрансформаторною схемою, а це небезпечно ураженням організму електричним струмом. Для запобігання електричній травмі слід виготовити корпус приладу з електроізоляційного матеріалу. Для цієї мети підійде плексиглас, гетинакс, склотекстоліт, полістирол, інші шаруваті пластики.
При складанні лічильника Гейгера своїми руками інструмент застосовується найрізноманітніший:
При роботі з електрикою слід виконувати вимоги техніки безпеки.
Винайдений Гансом Гейгером прилад, здатний визначити іонізуюче випромінювання, є герметизованим балоном з двома електродами, куди закачується газова суміш, що складається з неону і аргону, яка іонізується. На електроди подається висока напруга, яка сама собою ніяких розрядних явищ не викликає до того самого моменту, поки в газовому середовищі приладу не почнеться процес іонізації. Поява частинок, що прийшли ззовні, призводить до того, що первинні електрони, прискорені у відповідному полі, починають іонізувати інші молекули газового середовища. В результаті під впливом електричного поля відбувається лавиноподібне створення нових електронів та іонів, які різко збільшують провідність електронно-іонної хмари. У газовому середовищі лічильника Гейгер відбувається розряд. Кількість імпульсів, що виникають протягом певного проміжку часу, прямо пропорційно кількості частинок, що фіксуються.
Він здатний реагувати на іонізуючі випромінювання різних видів. Це альфа-, бета-, гамма-, а також рентгенівське, нейтронне та ультрафіолетове випромінювання. Так, вхідне вікно лічильника Гейгера, здатного реєструвати альфа- та м'яке бета-випромінювання, виконується зі слюди товщиною від 3 до 10 мікрон. Для виявлення рентгенівського випромінювання його виготовляють із берилію, а ультрафіолетового – з кварцу. Побудувати найпростіший лічильник Гейгера, який використовує замість дорогої та дефіцитної трубки Гейгера-Мюллера, можна задіючи фотодіод як детектор випромінювання. Він виявляє альфа- та бета частинки. На жаль, гамма-діапазон радіації він засікти не зможе, але для початку вистачить і такого. Схема паяється на невелику друковану плату і все це поміщено в алюмінієвий корпус. Мідні трубки та шматок алюмінієвої фольги використовуються для фільтрації радіочастотних перешкод.
Як ви можете бачити зі схеми, вона настільки проста, що збирається за кілька годин. Після складання переконайтеся, що полярність динаміка та світлодіода є правильними.
Надягніть на фотодіод мідні трубки та ізоленту. Вона має щільно прилягати.
Просвердліть отвір у бічній стіні алюмінієвого корпусу для тумблера, а зверху для фотодатчика, світлодіода та регулятора чутливості. Більше ніяких дірок у корпусі не повинно бути, оскільки схема дуже чутлива до електромагнітних наведень.
Після з'єднання всіх електричних компонентів вставте батареї. Ми використали три складені разом CR1620 батареї. Ізоленту обмотайте навколо трубок, щоб вони не зміщувалися. Це також допоможе закрити світло від дії на фотодіод. Ось тепер все готове для виявлення радіоактивних частинок.
Перевірити його в дії можна на будь-якому тестовому джерелі радіації, яке ви можете знайти у спеціальних лабораторіях або у шкільних кабінетах з проведення практичних робіт з цієї теми.
Лічильник Гейгера складається з генератора високої напруги, трубки, підсилювача та мультивібратора, що чекає. Усі чотири складові позначені на схемі. У другій частині статті ми розповімо, як підключити лічильник до USB-контролера та комп'ютера.
Генератор високої напруги
Увага! Висока напруга небезпечна для життя, тому дотримання техніки безпеки є обов'язковим. Не торкайтеся ділянок електричного ланцюга, що знаходяться під напругою. Перед початком роботи з дільницями ланцюга завжди відключайте живлення. Конденсатори С4/С5 можуть бути під напругою навіть після відключення ланцюга від джерела живлення.
Генератор високої напруги складається з генератора імпульсів з частотою 50 Гц на мікросхемі NE555, трансформатора, помножувача напруги та стабілізатора. Якщо напруга стає дуже високою, стабілізатор гасить коливання в генераторі імпульсів. Крім того, діоди Зенера обмежують напругу до позначки 55 0В. У схемі застосований стандартний трансформатор 9/220 В, але для отримання проміжної напруги використовується первинна обмотка. Контролювати напругу після трансформатора можна вольтметром з високим імпедансом або тестовою викруткою.
Трубка Гейгера
Трубку можна придбати на аукціоні ebay за кілька євро чи доларів. Підходять багато видів трубок, але напругу потрібно буде відрегулювати відповідно до характеристик обраної моделі, - зазвичай це 550-600 В. Сила струму в трубці обмежується резистором з опором 10 МОм, але краще підключити послідовно два резистори по 4,7 МОм або один резистор високої напруги.
Увага! Не торкайтеся трубки, оскільки вона працює під високою напругою!
Підсилювач і мультивібратор, що чекає
Для посилення сигналу, що надходить з трубки використовується звичайний транзистор. Його емітер приєднано до мікросхеми 555 мультивібратора, для запуску якого досить навіть дуже короткого імпульсу. Вихід мікросхеми приєднаний до динаміка, завдяки чому лічильник Гейгера звично цокає. Також вихід можна підключити до світлодіодів чи оптопари, а її, у свою чергу, – до входу мікроконтролера.
Торкатися ділянок ланцюга, що знаходяться перед оптопарою, небезпечно для життя!
З'єднання з мікроконтролером
Вихід оптопари можна підключити до мікроконтролера за допомогою USB (ідеально підійде описаний на нашому сайті). Ось так виглядає зібраний ланцюг. USB-плата підключена до комп'ютера.
Щоб інформація передавалася щоразу, коли з лічильника надходить імпульс, необхідно змінити прошивку контролера. Вимір проміжків між імпульсами можна доручити як самому контролеру, і комп'ютерної програмі.
Змінивши файл user.c (з прикладу роботи з USB) можна перевірити стан підключеного виводу мікроконтролера.
if(mUSBUSARTIsTxTrfReady())
{
while(PORTCbits.RC2);
mUSBUSARTTxRam("Impulsion");
start_up_state=0;
}
Привіт всім! Як ваші справи? Сьогодні я хочу показати вам, як зробити лічильник Гейгера своїми руками. Я почав створювати цей прилад приблизно на початку минулого року. З того часу він зазнав моїх лінощів і трьох повних переосмислень.
Ідея зробити побутовий дозиметр з'явилася на початку мого захоплення електронікою, ідея радіації завжди цікавила мене.
Отже, дозиметр - насправді дуже простий прилад, нам потрібен чутливий елемент, у нашому випадку трубка Гейгера, живлення для неї, зазвичай, близько 400V постійного струму та індикатор, у найпростішому випадку це може бути звичайний динамік. Коли іонізуюче випромінювання ударяється об стінку лічильника Гейгера і вибиває з неї електрони, воно змушує газ у трубці стати провідником, тому струм йде прямо на динамік і змушує його клацати, якщо вам цікаво, то в мережі можна знайти краще пояснення.
Я думаю, всі погодяться, що щілинки — не найінформативніший індикатор, проте має можливість оповіщати про збільшення радіаційного фону, але підрахунок радіації за допомогою секундоміра для більш точних результатів — штука досить дивна, тому я вирішив додати пристрою трохи мізків. .
Давайте перейдемо до практики. Як мозок я вибрав Ардуїно нано, програма дуже проста, вона вважає пульс у трубці за певний час і відображає його на екрані, також вона показує милий значок-попередження про радіаційну небезпеку та рівень заряду батареї.
Як джерело енергії я використовую батарейку 18650, але Ардуїно потрібно 5V, тому я вбудував підвищуючий перетворювач DC-DC і літій-іонний акумулятор, щоб зробити пристрій повністю автономним.
Я добре попрацював над високовольтним джерелом живлення, зробивши його вручну, намотавши трансформатор приблизно на 600 витків на вторинній котушці, запакувавши його з МОП-транзистором і PWM на Ардуїно. Все працює, але мені хотілося, щоб речі залишалися простими.
Завжди краще, коли ти можеш просто купити 5 модулів, припаяти 10 дротів і отримати робочий девайс, ніж намотувати котушки та прикручувати PWM, адже я хочу, щоб кожен міг повторити мій пристрій. Так що я знайшов високовольтний DC-DC, що підвищує конвертер, дуже дивно, але його виявилося дуже важко знайти і найпопулярніші модулі мали всього по 100 продажів.
Я замовив його, зробив новий корпус, але коли почав тестування, він видавав максимум 300V, тоді як в описі говорилося, що він видає до 620V. Я спробував відремонтувати його, але проблема, швидше за все, була в трансформаторі. У будь-якому випадку, я замовив інший модуль, і він був іншого розміру, хоча опис був однаковим… Я повернув свої гроші за перший модуль, але зберіг його, тому що він давав 400V, які нам потрібні, можливо максимум 450V, замість 1200 ( в китайських вимірювальних приладах щось працює зовсім неправильно ...) Загалом, я просто знову відкрив суперечку ...
Показати ще 7 зображень
Отже, в результаті дизайн лічильника Гейгера Мюллер майже повністю складається з цих модулів:
Акумулятор, опціональну активну п'єзо-тріскачку і сам лічильник Гейгера я використовував старі радянські. Модель STS-5 досить дешева і її легко знайти на Ібей або Амазоні, вона також сумісна з трубкою SBM-20 або будь-якою іншою, вам потрібно просто задати параметри в програмі, в моєму випадку кількість мікрорентгенів на годину дорівнює кількості імпульсів трубки за 60 секунд. І так, ось модель кейсу, надрукованого на 3Д-принтері: 
Давайте почнемо складання. Перше, що потрібно зробити, це налаштувати вольтаж на високовольтному DC-DC із потенціометром. Для STS-5 нам потрібно приблизно 410V. Потім просто спаяйте всі модулі за схемою, я використовував однодротяні дроти, це підвищує стабільність конструкції і дає можливість зібрати пристрій на столі, а потім просто помістити його в кейс.
Важливий момент полягає в тому, що нам потрібно з'єднати мінус на вході та виході високовольтного конвертера, просто припаяв штекер. Так як ми не можемо просто приєднати Ардуїно до 400V, нам знадобиться проста схема з транзистором, я просто спаяв їх навісним методом і обернув у термозбіжну трубку, резистор 10MΩ від +400V був закріплений прямо на конекторі.
Краще зробити мідний кронштейн для трубки, але я просто накрутив провід по колу, все працює нормально, не міняйте плюс та мінус лічильника Гейгера. Я приєднав дисплей до знімного кабелю, ретельно його ізолював, оскільки він розташовувався дуже близько до модуля високовольтного. Трохи гарячого клею. І складання завершено!
Покладаємо все в кейс, і ми готові до тестів. Але у мене немає нічого для тестів у домашніх умовах, але, до речі, фонова радіація має спрацювати. Що я можу сказати? Девайс працює. Так все вірно. Але я бачу безліч способів покращити його, наприклад, більший дисплей, щоб можна було відображати графічні елементи, модуль Bluetooth, або використовувати Зіверти замість Рентгена.
Мене девайс влаштовує, але якщо ви покращите його, будь ласка, поділіться вашим пристроєм! Дякую за перегляд, побачимося наступного разу!
