Счетчик Гейгера-Мюллера мог бы спасти «радиевых девушек» в Америке

Счетчик Гейгера-Мюллера мог бы спасти «радиевых девушек» в Америке

Несмотря на то, желаем мы того или нет, но термин «радиация» надолго вклинился в наше сознание и бытие, и никому не скрыться от факта ее присутствия. Людям приходится учиться жить с этим в какой-то мере негативным феноменом. Явление радиации может проявлять себя при помощи невидимых и неощутимых излучений, и без специальной аппаратуры выявить его практически нереально.

Из истории изучения радиации

В 1895 году произошло открытие рентгеновских лучей. Уже через год был открыт феномен радиоактивности урана, также связанный с открытием и применением рентгеновских лучей. Исследователям пришлось столкнуться с абсолютно новым, невиданным до той поры природным явлением.

Следует отметить, что с феноменом радиации уже сталкивались за несколько лет до этого, однако явлению не было уделено должного внимания. И это при том, что обжигались рентгеновскими лучами даже знаменитый Никола Тесла, а также рабочий персонал в лаборатории Эдисона. Ухудшение здоровья объясняли всем, чем только могли, но не излучением.

Позднее с началом XX столетия произошло появление статьей о вредоносном воздействии радиации на подопытных животных. Это также прошло без внимания до одного нашумевшего происшествия, в котором пострадали «радиевые девушки» – работницы фабрики, выпускавшей светящиеся часы.

Руководство фабрики рассказало девушкам о безвредности радия, и они принимали смертельные дозы радиации: облизывали кончики кисточек с радиевой краской, ради развлечения красили ногти и даже зубы светящейся субстанцией. Пяти девушкам, которые пострадали от такой работы, удалось подать на фабрику судебный иск. В результате чего был создан прецедент по отношению к правам некоторых рабочих, которые получали профессиональные заболевания и подавали в суд на своих работодателей.

История появления счетчика Гейгера – Мюллера

Немецкий физик Ганс Гейгер, работавший в одной из лабораторий Резерфорда, в 1908 году разработал и предложил принципиальную схему действия счетчика «заряженных частиц». Он представлял собой модификацию уже знакомой тогда ионизационной камеры, которая была представлена в виде электрического конденсатора, наполненного газом с небольшим давлением. Камеру применял еще Пьер Кюри, когда изучал электрические свойства газов. Гейгер придумал ее употребить для выявления ионизирующего излучения именно оттого, что это излучение оказывало непосредственное воздействие на уровень ионизации газов.

В конце 20-х годов Вальтер Мюллер под руководством Гейгера создал некоторые типы счетчиков радиации, при помощи которых можно было регистрировать самые разнообразные ионизирующие частицы. Работа над созданием счетчиков была весьма необходимой, потому что без них нельзя было исследовать радиоактивные материалы. Гейгеру с Мюллером пришлось целеустремленно поработать над сотворением таких счетчиков, которые были бы чувствительны к любой из выявленных на то время разновидностей излучений типа α, β и γ.

Счетчики Гейгера-Мюллера оказались простыми, надежными, дешевыми, а также практичными датчиками радиации. Это при том, что они не являлись самыми точными инструментами для изучения излучения или некоторых частиц. Зато очень хорошо подходили в качестве приборов для общих измерений насыщенности ионизирующего излучения. В сочетании с другими приборами они и сейчас употребляются физиками-практиками для более точных замеров в процессе экспериментирования.

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).

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.

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.

Устройства счетчика Гейгера-Мюллера и принципы работы

Газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера, главным образом, выполняются как герметичные трубки, стеклянные или металлические, из которых выкачан весь воздух. Его заменяют добавленным инертным газом (неоном или аргоном или их смесью) при невысоком давлении, с галогеновым или спиртовыми примесями. По осям трубок натянуты тонкие проволоки, а соосно с ними расположены металлические цилиндры. И трубки и проволоки – это электроды: трубки – катоды, а проволоки – аноды.

К катодам подключаются минусы от источников постоянного напряжения, а к анодам – с использованием большого постоянного сопротивления – плюсы от источников с постоянным напряжением. С электрической точки зрения выходит делитель напряжения. а в середине него уровень напряжения почти такой же, как напряжение на источнике. Как правило, он может доходить до нескольких сот вольт.

В процессе пролета ионизирующих частиц через трубки, атомы в инертном газе, которые уже находятся в электрополе высокой интенсивности, сталкиваются с этими частицами. Та энергия, которая была отдана частицами в процессе столкновения немалая, ее хватит для того, чтобы оторвались электроны от атомов газа. Образовавшиеся электроны вторичного порядка сами в состоянии формировать дальнейшие столкновения, после чего выходит целый электронный и ионный каскад.

При воздействии электрополя происходит ускорение электронов по направлению к анодам, а положительно заряженных ионов газа – к катодам трубок. Вследствие этого зарождается электроток. Поскольку энергию частиц уже израсходовали для столкновений, целиком или отчасти (частицы пролетели через трубку), ионизированные атомы газа стали заканчиваться.

Как только заряженные частицы попали в счетчик Гейгера-Мюллера, путем зарождающегося тока произошло падение сопротивления трубки, одновременно с этим изменяется напряжение в центральной отметке разделителя, о чем было указано ранее. После этого сопротивление в трубке в результате его роста возобновляется, а уровень напряжения снова приходит в прежнее состояние. В результате, получаются отрицательные импульсы напряжения. Произведя отсчет импульсов, можно установить количество частиц, которые пролетели. Самая большая интенсивность электрополя наблюдается рядом с анодом, благодаря его малым размерам, вследствие этого счетчики становятся более чувствительными.

Конструкции счетчиков Гейгера-Мюллера

У всех современных счетчиков Гейгера-Мюллера имеются две основные разновидности: «классическая» и плоская. Классические счетчики выполняются из тонкостенных гофрированных металлических трубок. Гофрированные поверхности счетчиков делают трубки жесткими, они устоят перед внешним атмосферным давлением, и не дадут им мяться под любыми воздействиями. С торцов трубок имеются стеклянные или пластмассовые гермоизоляторы. Там же находятся отводы-колпачки, чтобы подключаться к схеме. Трубки маркированы и покрыты с помощью прочного изолирующего лака с указанием полярности отводов. Вообще это универсальные счетчики для любой разновидности ионизирующего излучения, особенно для бета-гамма-излучений.

Счетчики, которые могут быть чувствительными к мягким β-излучениям, производятся по-иному. Вследствие малых пробегов β-частиц, их делают плоскими. Слюдяные окошки слабо задерживают бета-излучения. Одним таким счетчиком можно назвать датчик БЕТА-2. Во всех остальных счетчиках определение их свойств относят к материалам их изготовления.

Все счетчики, которые регистрируют гамма-излучение, обладают катодами, изготовленными из таких металлов, в которых присутствует большое зарядовое число. Газы чрезвычайно неудовлетворительно ионизируются с помощью гамма-фотонов. Тем не менее, гамма-фотоны могут выбивать множество электронов вторичного происхождения из катодов, если выбирать их надлежащим образом. Большинство счетчиков Гейгера-Мюллера для бета-частиц изготавливаются так, чтобы у них были тонкие окна. Это делается, чтобы улучшить проницаемость частиц, потому что это всего лишь обычные электроны, получившие больше энергии. С веществами у них происходит взаимодействие очень хорошее и быстрое, вследствие этого энергия теряется.

С альфа-частицами дела обстоят куда сквернее. Например, невзирая на довольно-таки порядочную энергию, несколько МэВ, у альфа-частиц происходит весьма сильное взаимодействие с молекулами, движущимися в пути и скоро теряющими энергетический потенциал. Обычные счетчики неплохо реагируют на α-излучения, но исключительно на удалении в несколько сантиметров.

Чтобы произвести объективную оценку уровня ионизирующего излучения дозиметры на счетчиках с общим применением нередко снабжаются двумя последовательно функционирующими счетчиками. Один может быть более чувствительным к α-β-излучениям, а другой к γ-излучению. Порой среди счетчиков помещаются бруски или пластины из сплавов, в которых имеются примеси кадмия. При попадании нейтронов в такие бруски возникает γ-излучение, которое и регистрируется. Это делается для возможного определения нейтронного излучения, а к нему у простых счетчиков Гейгера практически отсутствует чувствительность.

Как на практике применяются счетчики Гейгера

Советской, а сейчас уже и российской промышленностью выпускается множество разновидностей счетчиков Гейгера-Мюллера. Такими приборами главным образом пользуются люди, которые имеют какое-то отношение к объектам ядерной индустрии, к научным или учебным учреждениям, к гражданской обороне, к медицинской диагностике.

После того, как произошла чернобыльская катастрофа, бытовые дозиметры, раньше абсолютно незнакомые населению нашей страны даже по наименованию, начали приобретать поистине всенародную популярность. Начало появляться множество моделей бытового назначения. Во всех них используются собственно счетчики Гейгера-Мюллера в качестве датчиков радиации. Обычно в бытовых дозиметрах устанавливаются одна-две трубки или торцевые счетчики.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА–МЮЛЛЕРА СВОИМИ РУКАМИ

Счетчик радиации Гейгера–Мюллера является сравнительно простым инструментом для измерения ионизирующих излучений. В простейшем случае он делается с одним датчиком. Чтобы увеличить чувствительность, конструкция, представленная здесь, содержит сразу 3 советских СТС-5 детекторных ламп. Это важно для измерения природных источников с низким уровнем излучения, таких как почва, камни, вода.

Принцип работы газоразрядного счетчика Гейгера–Мюллера заключается в том, что когда высокое напряжение (обычно 400 В) подаётся на датчик, трубка обычно не проводит электричество, но проводит в течение короткого периода, когда появляется излучение частиц. Эти импульсы поступают на детектор. Уровень ионизирующего излучения пропорционален количеству импульсов, обнаруженных в постоянном интервале времени.

Счетчик радиации состоит из двух электродов, ионизирующая частица создает искровой промежуток между ними, чтобы уменьшить величину тока, которая возникает в этой ситуации, последовательно с трубкой ставится резистор. Отмечен по схеме как R5. Есть разные способы получения сигнала от трубки, в представленном здесь, резистор соединены последовательно между трубой и землей, изменения напряжения на резисторе измеряется с помощью детектора. Этот резистор обозначен как R6.

Принципиальная схема счетчика Гейгера

Здесь микросхема MC34063 — это преобразователь постоянного тока, так как для нормальной работы требуется высокое напряжение. Ее преимущество перед простой NE555 или аналогичных генераторов заключается в том, что она может контролировать выходное напряжение и настраивает параметры, чтобы сделать его стабильным (элементы R3, R4, С3).

Микросхема ОУ IC1A используется в качестве компаратора для фильтрации шумов и формирования двоичного сигнала (низкий — нет импульса на данный момент, максимум — импульс прошёл). Напряжение питания схемы 5 В, потребляемый ток — 30 мА.

Запуск и устранение возможны неполадок

Напряжение на С4 должны быть в допустимых пределах для используемого счетчика Гейгера-Мюллера. Обычно оно составляет около 400 В — будьте осторожны во время проведения измерений! Если напряжение выходит за пределы диапазона, то с помощью С1 (частота DC/DC преобразователь), С3, R3, R4 (обратная связь напряжение тока DC/DC преобразователь) может быть скорректировано.

Следующим важным моментом является наличие или отсутствие импульсов на R6. Если нет импульсов, надо проверить подключена ли трубка детектора согласно полярности. Аналогично диоду, счетчик Гейгера имеет свою полярность и при подключении в обратном направлении он будет работать неправильно.

Если импульсы на R6 видны, но состояние выхода IC1A не меняется, тогда R7, R8 должны быть изменены, они задают пороговое значение сигнала. Как видно на фотографии, был использован цифровой частотомер блок 32F429I для подсчета импульсов и визуализации результатов. Схема, представленная в этом проекте, может быть скорректирована для работы с любыми другими датчиками излучений Гейгера — они различаются по требуемому напряжению.

Originally posted 2018-12-17 04:48:12. Republished by Blog Post Promoter

Как работает счётчик Гейгера?

Вы, наверное слышали о том, что при поиске металлов геологам сегодня помогает счётчик Гейгера. Или, возможно, вы слышали об этом приборе, когда речь шла о Чернобыле или Фокусиме. В обоих случаях речь шла о радиации, или радиационном излучении. Некоторые радиоактивные элементы таблицы Менделеева способны «излучать лучи», которые легко определяются и измеряются с помощью счётчика Гейгера. Этот счётчик был изобретён Хансом Вильгельмом Гейгером в 1908 году, а потом в 1928-ом усовершенствован его последователем, учёным с фамилией Вальтером Мюллером. Отсюда это устройство в научно-технических кругах часто ещё называют и счётчиком Гейгера-Мюллера.

В эпоху разработки ядерного оружия и в процессе «холодной войны» в Советском Союзе была необходимость в разработке устройств для измерения и фиксации интенсивности процессов распада радиоактивных материалов. Было создано много счётчиков, которые отличались между собой габаритами, надёжностью, точностью. Маркировались они как: СТС-5, ДП-5А, ДП-5В. И лишь в начале 70-х годов прошлого столетия начали массово выпускаться счётчики Гейгера типа СБМ-20. Счётчик получился достаточно удачным и его можно встретить во множестве современных дозиметров от Есоtest, СОЭКС, Радэкс.

Принцип работы газоразрядного счетчика Гейгера

Счётчик представляет собой вакуумную трубку, которая может быть изготовлена из металла или стекла. Она устроена достаточно просто: внутри тонкой стеклянной пробирки находятся две пластины и небольшое количество газа, например аргона или неона. Трубки, наполненные газом, аналогично как неоновые трубки рекламы, что горят на рекламных вывесках. Газ в неоновой трубке или лампе дневного света начинает гореть, если её контакты присоединить к достаточно высокому напряжению. Большое напряжение осаждает газ и даёт возможность огромному потоку электронов двигаться между двумя пластинами, катодом и анодом. Когда возникает движение потока электронов, то газ внутри трубки начинает гореть ярким цветом.

А в счётчике Гейгера всё происходит наоборот. Напряжение должно быть маленьким, чтобы газ не начал гореть в естественных условиях. Теперь давайте представим, что произойдёт, если рядом поместить радиоактивное вещество. Её излучение проникает в трубку и начинает взаимодействовать с молекулами газа. От этого они получают энергию и принуждают газ загораться. Чтобы электрические разряды в трубке могли возникать при минимальных возмущениях — в счётчике Гейгера специально создаётся пониженное давление. Таким образом в момент столкновения заряженной частицы с высокой энергией с элементами конструкции счётчика Гейгера-Мюллера, то выбивается некоторое количество электронов, которые находятся между электродами, и под действием ускоряющего напряжения электроны, находящиеся в инертном газе начинают двигаться к аноду. Происходит лавинообразная ионизация газа, что приводит к появлению коронного разряда между анодом и катодом, возникает скачкообразный электрический ток. Если его пропустить через счётчик импульсов, то можно определить количество радиации, что попала в трубку. А ещё можно заставить этот ток издавать своеобразное цоканье, которое у нас обычно ассоциируется со счётчиком Гейгера.

Типы счётчиков Гейгера.

Для фиксации радиоактивных конструктивно можно выделить два типа счётчиков Гейгера: цилиндрические (СБМ-20 и аналоги) и торцевые (Бета 1-1 и другие). Первый счётчик способен фиксировать бета и гамма излучения, а второй, благодаря своей конструкции и возможности применения тонкой слюдяной пластины в качестве поверхности счётчика кроме упомянутых бета и гамма «видит» и альфа излучение. Счётчик Гейгера Бета 1-1 по стоимости намного дороже СБМ-20 и обычно используется в профессиональных средствах дозиметрического контроля. Кроме гамма-частиц они способны регистрировать мягкое бета излучение и альфа-частицы.

Для того, чтобы остановить процесс разряда в газовую среду счётчика обычно вводят добавки некоторых других добавок таких, как: бром, йод, хлор, спирт. Счётчики с внесёнными добавками называются » самогасящими«. Нагрузочный резистор, с которого снимаются импульсы обычно имеет огромное сопротивление, которое может достигать десятком мегаОм. Из за такого сопротивления происходит большое падение напряжения между анодом и катодом., что позволяет оборвать лавинообразность процесса. Но есть и » несамогасящиеся» счётчики Гейгера-Мюллера. Для того, чтобы прекратить лавинообразный поток электронов в них просто отключается питание через короткий промежуток времени, после возникновения разряда ионизирующих частиц. Счётчик Гейгера обычно подключают по схеме, которая приведена ниже.

Для чего нужен счётчик Гейгера-Мюллера

• Обнаружение жесткого бета-излучения и гамма-фотонов
• Регистрация фотонов рентгеновского и гамма-излучения.
• Регистрация гамма и мягкого бета-излучения.
• Регистрация альфа-частиц

Для регистрации гамма-фотонов, рентгеновского и жесткого бета-излучения вполне подойдёт счётчик СБМ-20 или другой трубчатый счётчик из этой серии. Счётчик выполнен из метала и имеет рабочую зону 8 см. кв. Он может регистрировать гамма-кванты с энергией от 0,05 МэВ до 3 МэВ. А также бета-частицы, которые имеют энергию с нижним пределом 0,3 МэВ. Для более точного измерения гамма-квантов при использовании счётчика Гейгера СБМ-20 необходимо применение свинцовой пластины для отсекания бета излучения. Этот принцип используется в дозиметрах украинского производства Терра МКС-05, Терра-П, Терра-П+ в которых конструктивно предусмотрен фильтр (крышечка) со свинцовой пластиной.

В случае необходимости измерить альфа-частички следует помнить, что они обладают слишком маленькой энергией и в некоторых случаях их можно регистрировать на расстоянии всего лишь 2мм. Для увеличения вероятности обнаружения и расстояния на котором можно зафиксировать альфа частицы правильно будет прибегнуть к использованию торцовых счётчиков Гейгера, у которых обычно площадь фиксации побольше, чем у трубчатых счётчиков. Одним из них есть Бета-1.

Таким образом мы видим, что счётчики Гейгера могут выполнять роль приёмного элемента для фиксации радиоактивных частиц в дозиметрах для рентген кабинета, атомной станции, досмотра автотранспорта и грузов на таможне, проверки металлолома, охранных фирм, банков а также для бытовых целей. Например для проверки продуктов питания или жилища. Для разных целей нужно выбирать дозиметр с подходящими параметрами счётчика Гейгера. Ведь только счетчики с подходящими параметрами смогут уберечь вас от воздействия губительных лучей радиации.

Чтобы подобрать дозиметр конкретно для ваших целей обращайтесь к консультантам нашего магазина.

Как сделать трубку счетчика гейгера

Цифровой радиометр (счётчик Гейгера) Не требует жидкокристаллических индикаторов, может быть использован автономно.
Регистрация точной цифровой информации с последовательной передачей данных.

Уровень активности выводится на обычный гальванометр.

Принципиальна схема данного дозиметра пригодна для многих типов счётных трубок Гейгера, имеющих номинальное рабочее напряжение от 300 до 600 V. Других специальных компонентов не требуется. Может работать от батареек в 9V и использоваться в полевых условиях.

Как действует дозиметр ?

В Интернете легко найти информацию о принципе действия счётной трубки Гейгера-Мюллера. Если Вы с ним всё ещё не знакомы, советую посетить сайты:

Geiger Counter Design: Сайт компании «Gamma Scout» (на англиском)
www.chipdip.ru видео объясняет принцип действия трубки Гейгера-Мюллера
Использование счётчика Гейгера для начинающих на сайте РУДН: «учебный портал»

И для тех, кому не удалось найти готовую трубку Гейгера, предлагаю, очень интересную статью Ясуки Онодера том, как сделать дозиметр и счётную трубку Гейгера.

Вы можете сделать вывод, что возможность измерения гамма частиц, гамма и бета или, что реже случается, альфа, бета и гамма одним прибором, зависит от параметров трубки-счётчика Гейгера. Но даже, если трубка и чувствительна к нескольким типам излучений, она не может различать и регистрировать их раздельно. Чаще всего нет необходимости использовать экран для защиты от бета-частиц, так как на практике одновременное определение гамма и бета излучения достаточно точно характеризует аномальный уровень радиоактивности. Однако, для анализа отдельных проб (например, продуктов питания) требуется, исключить влияние фонового радиационного уровня. Точнее об этом здесь.

Предостережение
При изготовлении данного аппарата используется напряжения до 600 V. Предполагается, что Вы обладаете достаточным опытом и знаниями техники безопасности для предупреждения электрического шока. Вы несёте полную ответственность за возможные риски при создании или использовании оборудования представляемого данным сайтом.

Как и во многих других схемах, трубка Гейгера, расположенная в центре плато, запитана высоким напряжением от повышающего трансформатора за которым следует одноступенчатая накачка зарядов для удваивания напряжения (известный также как цепь «Cockcroft Walton»). Этот принцип даёт преимущество использования любых трансформаторов, преобразующих напряжение 220VAC в 6-9VAC. Необходимо просто поменять направление. Слабое кпд при использовании в обратном направлении не имеет значения, так как необходим очень ток очень низкого напряжения.

Отмечу, что высоковольтный генератор даёт возможность регулировать напряжение. Для сохранения постоянного напряжения смещения счётной трубки Гейгера, когда напряжение батареек колеблется между 9.5V и 7.5V и чтобы избежать использования стабистора (1), повышающий преобразователь напряжения имеет петлю регулирования, которая автоматически приспосабливает рабочий цикл запускающего устройства трансформатора для компенсации изменчивого напряжения. Потенциометр «HV Adj» позволяет осуществлять настройку высокого напряжения в зависимости от технических характеристик трубки Гейгера и трансформатора. Желательно настроить генератор высокого напряжения до подсоединения анода трубки Гейгера с тем, чтобы предотвратить постоянные пробои за счёт перенапряжения, что может сократить срок службы трубки-счётчика. В лучше случае для настройки следует использовать регулируемый источник питания, и убедиться, что напряжение трубки Гейгера держится на середине протяжённости плато, когда источник энергии колеблется между 7.5Vи 9.5V. Некоторые отклонения могут быть, но они должны соответствовать требованиям, приведённым в описании трубки-счётчика Гейгера. Если компенсация недостаточна, резистор 120K, который смещает точку «TP» обратного питания с Vpp, может быть переключен на нижнее значение(2). Если компенсация слишком сильна (обратный эффект), этот же резистор нужно повысить (2). В целом, до настройки генератора высокого напряжения не забудьте поднять «Rd» до соответствующего значения(3).

Система счёта импульсов основана на переключающих транзисторах (2N2222 с фильтрирующими конденсаторами) и на PIC16F84, который не только считает импульсы, но также управляет зуммером (один импульс на RB0 провоцирует одно движение на RB7). Это позволяет не использовать дополнительный буфер (логический вентиль или компаратор) для данной задачи. Если нет данного микроконтроллера, аналоговая часть схемы может быть использована, но нужно добавить запускающее устройство зуммера, с тем, чтобы сигналы были доступны для подсчёта другим внешним устройством.

На примере предложенного здесь мобильного оборудования, способ демонстрации данных не требует покупки специального жидкокристаллического индикатора, который возможно трудно найти. Обычный гальванометр прямо приводиться в движение микроконтроллером посредством сигнала модулированного рабочего цикла, который проходит через фильтр нижних частот. Ваш гальванометр может потреблять больше или меньше тока. Поэтому резистор фильтра нижних частот отмеченный «4K7» может быть понижен до 1K5 (как показано в скобках), если вам не удалось настроить стрелку на максимум при установке потенциометра. «Scale Adj» (подробности ниже). В зависимости от выбранной шкалы (включите «SCALE» на RA2), гальванометр может иметь линейные или логарифмические способы отражения скорости счёта (Смотрите шкала моего гальванометра чтобы приспособить логарифмическую шкалу к моей функции преобразования). Уровень активности непрерывно измеряется каждые 10 секунд. Значения, отражаемые на гальванометра, обновляются каждый 10 секунд, когда светодиод подсоединённый к RA4 вспыхивает. Это соединяет простоту аналогового дисплея со стабильностью и повторяемостью цифрового счётчика. В линейном режиме максимум отклонения гальванометра (рабочий цикл 100% и потенциометр «Scale Adj» тщательно отрегулированный) соответствует 25.5имп/сек (1530 имп/мин). В логарифмическом режиме отражаются импульсы между 0.1 имп/сек и 1500 имп/сек (в диапазоне шкалы 4,5 декады). В зависимости от чувствительности трубки Гейгера, вы можете градуировать ваш гальванометр в разных единицах (Беккерель, Кюри, Рентген/час, Грей, Зиверт/час).

Для точного измерения низкого уровня радиоактивности счёт импульсов предполагается в промежутках длиной более 10 секунд. Например, среднее значение из нескольких десятисекундных замеров или замер в продолжение 3 минут (см детально здесь). Именно поэтому, вывод данных осуществляется посредством RB6. Для соединения с компьютером этот сигнал уровня 5V нужно перевести в RS-232 напряжение (+/-9V минимум) используя, например, такой переходник(4) также используемый как стабилизированный источник питания для счётчика Гейгера, когда он использует стационарно. (Например : модель). Заметьте, что это устройство передаёт настоящие последовательные данные, а не только исчисляемые данные подобие байтам. Таким образом, любая несложная компьютерная программа может контролировать поток данных на скорости 1200 бод, в любой операционной системе и требования реального времени. Подробности формата и пример программы (исходный текст, а также исполняемые файлы для DOS/Windows/Linux) Вы можете скачать здесь.

(1) Стабистор высокого напряжения редко употребляется, к тому же мощность легко погасить до 1 Вт даже при смещении стабистора на 2 мА.
Проблема не только в разогреве, но и в бесполезной потери энергии батареек.
(2) Со временем, после заметы резистора, потенциометр «HV Adj» должен быть вновь отлажен.
(3) Замерьте сопротивление при постоянном токе «Rdc» на первичной обмотке трансформатора
(бывшей вторичной обмотке при запланированном изготовителем использовании) и выберете Rd = 6.Rdc.
(4) Если использовать очень старый компьютер (например 286, 386. ) уровень электрического напряжения требуемого на RS-232 может быть выше, чем +/-9V.
В этом случае используйте другой тип схемы интерфейса, а не IC MAX232.

Примечания о нагрузочном резисторе «Rp» трубки Гейгера:

Указанный производителем срок службы трубки Гейгера действует только при соблюдении правил эксплуатации. Если вы используете резисторы по 0.25Вт, разделите Rp на два одинаковых сопротивления Rp/2 соедините последовательно. Не разогрев является проблемой, но максимальное возможное напряжение на резистор, гарантирующее необходимую изоляцию.

Например, для российской счётной трубки Гейгера СБМ-19, которую я использовал:
рекомендуемый загрузочное сопротивление требуемые 10 мегом => Mинимум 2 x 4.7Meг последовательно.

Как вы можете видеть на схеме, компоненты высокого напряжения, выделенные пунктирной линией обозначающей зону «HV part», предпочтительно должны быть расположены отдельно от основной платы. Это обеспечивает улучшенную изоляцию, гарантирующую безопасное использование и отсутствие тока утечки, который бывает между смежными рельсовыми цепями и становится причиной функциональных проблем, учитывая уровень напряжения. Однако, часть высокого напряжения соединена с основной посредством 4 сигналов: масса, точка «TP», выход трансформатора и катод трубки Гейгера. На фотографии моё решение.

Детали высокого напряжения можно видеть в левой части коробки на фотографии, под трансформатором припаянные на монтажной панели старого типа. Это обеспечивает хорошую изоляцию. Можно видеть, что имеется больше, чем два конденсатора высокого напряжения, так как у меня не было 100nF , а только 47nF, и я их соединил параллельно. Маленькой печатной платой с планарно монтируемым компонентом (позади полистирола) я заменил PIC16F84 в комплекте с DIP18. Нет никакой необходимости использовать именно эту комплектацию.

Кусок полистирола предназначен отделить электрический провод от трубки Гейгера для того, чтобы цепь низкого напряжения не подверглась воздействию импульсам высокого напряжения. Эти провода подводят цепь высокого напряжения к клеймам трубки, с тем, чтобы сформировать наименьшую по размерам петлю, и таким образом избежать воздействия электромагнитных помех (не ионизированных радиацией).

Я решил расположить батарейки внутри коробки и монтировал ввод для внешних источников энергии на защищённой части сбоку. Я добавил данные детали не только с этой целью, но и для сокрытия концов трубки Гейгера зафиксированные в коробке, где трубка Гейгера дополнительно защищена пеной:

Клеймы трубки соединены с проводом посредством старых пружин разрезанных и подогнанных по размеру. Нагрузочные резисторы расположены насколько возможно ближе к аноду с тем, чтобы анодная цепь (очень высокого сопротивления) не подвергалась воздействию электромагнитных помехам, принятых их проводом. Тем не менее ,нельзя гарантировать, что мобильный телефон вблизи от прибора не спровоцирует помехи, в виде ложных импульсов. И хотя они не имеют ничего общего с радиоактивность, сильные неионизированные излучения также весьма вредно влияют на Ваш мозг 😉

Так как моя трубка Гейгера чувствительна к гамма и жесткому бета излучению, для пропуска бета частиц я вырезал отверстие на внешней стороне коробки:

Трубка чувствительна на всей своей протяжённости. Это не окошко для трубки Гейгера. Максимальная эффективность достигается, когда воздействие частиц перпендикулярно трубке.

Наладка и проверка

Как было отмечено выше, необходимо отладить высокий уровень напряжения до подсоединения трубки Гейгера. Можно использовать бычный цифровой мультиметр измеряющий до 1000V постоянного тока. Генератор высокого напряжения выдерживает постоянную нагрузку до 4 мегом без падения напряжения. Предполагается, что мультиметр до 1000V будет иметь полное сопротивление выше 4 мегом.

Лучше сначала наладить аппарат без микроконтроллера (Я предполагаю, что Вы в любом случае используете DIP18 гнездо для данной детали).

Когда выход высокого напряжения будет иметь идеальные показатели и будет правильно сбалансирован, можно присоединить трубку Гейгера (естественно не под напряжением). После подсоединения и включения напряжения, на RB0 должно быть видимо постоянное напряжение +5V с короткими негативными импульсами (50-200us). Полученный импульс приблизительно должен соответствовать фоновым характеристикам трубки.

Поверните «Scale Adj» в сторону электрической массы и присоедините навесной проводник между выводом Vdd и RB1 гнезда микроконтроллера. Плавно поверните «Scale Adj» в обратном направлении до показания гальванометром максимального значения. Таким образом, гальванометр откалиброван.

Отключите питание, вставьте микроконтроллер и включите аппарат. Тестовый звуковой сигнал должен прозвучать при запуске и светоизлучающий диод дважды вспыхнуть. Затем, когда зуммер зазвучит определяя импульсы, подсчёт начался. После первых 10 секунд светоизлучающий диод загорится ещё раз и стрелка покажет фоновый уровень радиоактивности (небольшое отклонение стрелки). Каждые 10 секунд позиция стрелки будет меняться по результату подсчёта импульсов за последний период.

Особые компоненты и возможные заметы. Программа для микроконтроллера

* Трубка-счётчик Гейгера: В некоторых странах, возможно, сложно купить трубку по Интернету. Я нашёл широкий выбор трубок на сайте: http://gstube.com. Это российский поставщик, отправляющий заказы, также, в Западную Европу и США. Я был весьма удовлетворён и качеством изделий и сроками поставки. Из продукции представленной на этом сайте, я бы порекомендовал трубки длиной более 15 см, чувствительные, по меньшей мере, к жёсткому бета излучению, и с доступными техническими параметрами. Они дороже, маленьких и тонких трубок, но чувствительнее. Что вполне понятно.

Этот тип безоконных трубок, с тонкими металлическими стенками не выдерживает сдавливания. Будьте осторожны, не раздавите их в руках!

* Другие: Если Вы не смогли найти транзисторы или пассивные компоненты указанные в схеме, стоит подобрать другие, обращаю внимание на следующие параметры:

— BC337: NPN, Icmax > 50mA, Hfe > 60
— 2N2222: NPN, GBW > 100MHz, Hfe > 80, Icmax > 50mA, советую переключающий транзистор
— Пьезоэлектрический зуммер: Неважно какой пьезоэлектрический зуммер сделанный на основе керамического диска (без осциллятора внутри).
Нужно просто получить звуковой сигнал.
— PIC16F84: PIC16C83, PIC16C84, PIC16F84A (другой PIC микроконтроллер, если исходный текст подходит).
— Кварц: Поставляемый PIC source file подходит к 2.097MHz кварцу.
Вам необходимо подогнать делитель таймера, а также стандартную программу для последовательной передачи с целью использования с другой частотой.
Однако, если Вам не важны последовательные данные, выбирайте частоту ближе к 2MHz, таким образом, аппарат можно будет использовать без смены кода:
=>Новое максимальное значение на гальванометре при линейном режиме = (2.097MHz / действующая частота) x 25.5имп/сек.
=>Новая логарифмическая шкала на гальванометре: Немного отличается, но всё-таки заметно.
=>Новый интервал счёта = (2.097MHz / действующая частота) x 10 секунд.

Если у вас есть кварц 2.00MHz , я предлагаю эту стандартную программу в помощь для согласования последовательной передачи к частоте кварца.

Готовый HEX file доступен, но подготовлен для 2.097MHz.

От переводчика: Переводчик не специалист, с благодарностью примет поправки.