Тест дозиметрів: який вибрати? Простий радіаційний індикатор Конструкції лічильників Гейгера-Мюллера

У цьому огляді наводиться опис нескладного і досить чутливого дозиметра, що реєструє навіть незначне бета-і гамма-випромінювання. Як датчик радіаційного випромінювання виступає вітчизняний типу СБМ-20.

Зовні він виглядає як металевий циліндр діаметром 12 мм та довжиною близько 113 мм. Його робоча напруга складає 400 вольт. Аналогом йому може бути закордонний датчик ZP1400, ZP1320 або ZP1310.

Опис роботи дозиметра на лічильнику Гейгера СБМ-20

Живлення схеми дозиметра здійснюється від однієї лише батарейки на 1,5 вольта, оскільки струм споживання не перевищує 10 мА. Але оскільки робоча напруга датчика радіації СБМ-20 становить 400 вольт, то в схемі застосований перетворювач напруги, що дозволяє збільшити напругу з 1,5 до 400 вольт. У зв'язку з цим слід дотримуватись крайньої обережності при налагодженні та використанні дозиметра!

Підвищуючий перетворювач дозиметра – не що інше, як простий блокінг-генератор. Виникають імпульси високої напруги на вторинній обмотці (висновки 5 - 6) трансформатора Тр1, випрямляються діодом VD2. Цей діод має бути високочастотним, оскільки імпульси досить короткі і мають високу частоту проходження.

Якщо лічильник Гейгера СБМ-20 знаходиться поза зоною радіаційного випромінювання, звукова і світлова індикація відсутня, оскільки обидва транзистори VT2 і VT3 замкнені.

При попаданні на датчик СБМ-20 бета- або гамма-частинок відбувається іонізація газу, який знаходиться всередині датчика, в результаті чого на виході утворюється імпульс, який надходить на транзисторний підсилювач і телефонний капсуль BF1 лунає клацання і спалахує світлодіод HL1.

Поза зоною інтенсивного випромінювання, спалаху світлодіода та клацання з телефонного капсуля слідують через кожні 1…2 сек. Це вказує на нормальне, природне радіаційне тло.

При наближенні дозиметра до будь-якого об'єкта, що має сильне випромінювання (шкалою авіаційного приладу часів війни або до циферблата старого годинника, що світиться), клацання стануть частіше і навіть можуть злитися в один безперервний тріск, світлодіод HL1 буде постійно горіти.

Так само дозиметр має і стрілочний індикатор — мікроамперметр. Підстроювальним резистором роблять підстроювання чутливості показання.

Деталі дозиметра

Трансформатор перетворювача Тр1 виконаний на броньовому осерді має діаметром приблизно 25 мм. Обмотки 1-2 та 3-4 намотані мідним емальованим дротом діаметром 0,25 мм і містять відповідно 45 та 15 витків. Вторинна обмотка 5-6 намотана мідним дротом діаметром 0,1 мм, містить 550 витків.

Світлодіод можна встановити АЛ341, АЛ307. У ролі VD2 можна застосувати два діоди КД104А, підключивши їх послідовно. Діод КД226 можна міняти на КД105В. Транзистор VT1 можна міняти на КТ630 з будь-якою літерою, на КТ342А. Телефонний капсуль необхідно вибрати з опором акустичної котушки понад 50 Ом. Мікроамперметр із струмом повного відхилення 50 мкА.

Вимірювання рівня радіоактивного фону здійснюється за допомогою спеціального приладу – дозиметра. Його можна придбати у спеціалізованому магазині, але домашніх умільців привабить інший варіант – зробити дозиметр своїми руками. Побутову модифікацію можна зібрати в кількох варіаціях, наприклад, з підручних засобів або встановленням лічильника СБМ-20.

Звичайно, професійний або багатофункціональний дозиметр зібрати буде досить складно. Побутові портативні чи індивідуальні прилади реєструють бета чи гама випромінювання. Радіометр призначений для дослідження конкретних об'єктів та зчитують рівень радіонуклідів. Фактично дозиметр та радіометр – це два різні пристрої, але побутові версії часто поєднують у собі і перше, і друге. Тонка термінологія відіграє роль лише для фахівців, тому навіть комбіновані моделі називають узагальнено – дозиметр.

Вибравши одну із запропонованих схем для складання, користувач отримає найпростіший пристрій із низькою чутливістю. Користь у такому приладі все ж таки є: він здатний реєструвати критичні дози радіації, це свідчить про реальну загрозу здоров'ю людини. Незважаючи на те, що саморобний пристрій у рази поступається будь-якому побутовому дозиметру з магазину, для захисту власного життяйого можна використовувати.

Перед тим, як вибрати для себе одну із схем складання, ознайомтеся з загальними рекомендаціямивиготовлення приладу.

Для апарату власного складання вибирають 400 вольтові лічильникиЯкщо перетворювач розрахований на 500 вольт, то потрібно коригувати налаштування ланцюга зворотного зв'язку. Допустимо підібрати іншу конфігурацію стабілітронів і неонових ламп, дивлячись, яка схема дозиметра застосовується при виготовленні.
Вихідна напруга стабілізатора заміряється вольтметром із вхідним опором від 10 Мом. Важливо перевірити, що воно фактично дорівнює 400 вольт, заряджені конденсатори потенційно небезпечні для людини, незважаючи на малу потужність.
Поблизу лічильника у корпусі робиться кілька дрібних отворів для проникнення бета-випромінювань. Доступ до ланцюгів з високою напругою повинен бути виключений, це потрібно врахувати при встановленні приладу в корпус.
Схему вимірювального вузла підбирають виходячи з вхідної напруги перетворювача. Підключення вузла здійснюється суворо при відключеному живленні та розрядженому накопичувальному конденсаторі.
При природному радіаційному тлісаморобний дозиметр видаватиме близько 30 – 35 сигналів за 60 секунд. Перевищення показника свідчить про високе іонне випромінювання.

Схема №1 - елементарна

Щоб сконструювати детектор для реєстрації бета та гамма-випромінювань «швидко і просто», цей варіант підійде якнайкраще.

Що знадобиться до конструювання:
пластикова пляшка, а точніше – шийка з кришкою;
консервна банка без кришки з обробленими краями;
звичайний тестер;
шматок сталевого та мідного дроту;

транзистор кп302а чи будь-який кп303.

Для складання потрібно відрізати шийку від пляшки таким чином, щоб вона щільно увійшла до консервної банку. Найкраще підійде вузька, висока банка, як від згущеного молока. У пластиковій кришці робиться два отвори, куди потрібно вставити сталевий дріт. Один її край загинають петлею у вигляді букви «С», щоб вона надійно трималася за кришку, другий кінець сталевого прута не повинен торкатися банки. Після цього кришка закручується. Ніжку затвора КП302а прикручують до петлісталевого дроту

, а до стоку та витоку приєднують клеми тестера. Навколо банки потрібно обкрутити мідний дріт і одним кінцем закріпити до чорної клеми. Капризний і недовговічний польовий транзистор можна замінити, наприклад, з'єднати кілька інших за схемою Дарлінгтона, головне – сумарний коефіцієнт посилення має дорівнювати 9000. Саморобний дозиметр готовий, але його потрібновідкалібрувати.

Для цього використовують лабораторне джерело радіації, як правило, на ній зазначена одиниця його іонного випромінювання.

Схема № 2 - встановлення лічильника Для того щоб зібрати дозиметр своїми руками, підійде звичайний— його доведеться купити у спеціалізованому магазині радіодеталей. Крізь герметичну трубку-катод по осі проходить анод – тонкий дріт. Внутрішній простір при малому тиску наповнений газом, що створює оптимальне середовище для електричного пробою.

Напруга СБМ-20 близько 300 - 500 В, його необхідно налаштувати так, щоб унеможливити довільний пробій. Коли потрапляє радіоактивна частка, вона іонізує газ у трубці, створюючи велику кількість іонів та електронів між катодом та анодом. Подібним чином лічильник спрацьовує на кожну частинку.

Важливо знати! Для саморобного апарату підійде будь-який лічильник, розрахований на 400 вольт, але СБМ-20 - найбільш підходящий, можна придбати популярний СТС-5, але менш довговічний.

Схема дозиметраявляє собою два блоки: індикатор та мережевий випрямляч, які збирають у коробочках із пластику та з'єднують роз'ємом. Блок живлення підключають до мережі невеликий проміжок часу. Конденсатор заряджається до напруги 600 Вт та є джерелом живлення пристрою.

Блок відключають від мережі та від індикатора, а до контактів роз'ємів приєднують високоомні телефони. Конденсатор слід вибрати хорошої якостіце продовжить час роботи дозиметра. Саморобний апарат може працювати протягом 20 хвилин і більше.

Технічні особливості:

резистор випрямляча оптимально підібрати з розсіювальною потужністю до 2 вт;
конденсатори можуть бути керамічні або паперові, з відповідною напругою;
лічильник можна вибрати будь-який;
виключіть ймовірність дотику руками до контактів резистора

Природний радіаційний фон реєструватиметься як рідкісні сигнали в телефонах, відсутність звуків означає, що немає живлення.

Схема № 3 із двопровідним детектором

Можна сконструювати саморобний дозиметр із двопровідним детектором, для цього потрібна пластикова ємність, прохідний конденсатор, три резистори та одноканальний демпфер.

Сам демпфер знижує амплітуду коливань та встановлюється за детектором, безпосередньо поряд із прохідним конденсатором, який вимірює дозу. Для такої конструкції підійдуть лише резонансні випрямлячі, А ось розширювачі практично не використовуються. Прилад буде більш чутливим до радіації, але вимагатиме більше часу для складання.

Існують інші схеми, як зробити дозиметр самостійно. Радіоаматори розробили та протестували безліч варіацій, але більшість із них ґрунтується на схемах, описаних вище.

Тут BD1 – датчик іонізуючої радіації – лічильник Гейгера типу СБМ20. Висока напруга з його аноді формує блокинг-генератор (VT1, Т1 та інших.). На підвищувальній обмотці I трансформатора Т1 періодично з частотою в кілька герц (f ≈ 1/R6C5) виникають імпульси напруги, амплітуда яких близька до Uімп = (U C6 - 0,5) n 1 /n 2 = (9 - 0,5) 420/8 ≈ 450 В (U C6 ≈ 9 В -напруга живлення блокінг-генератора, 0,5 В - імпульсна напруганасичення транзистора КТ3117А; n 1 і n 2 - число витків в обмотках I та II трансформаторів). Ці імпульси через діоди VD1 і VD2 заряджають конденсатор С1, який стає таким чином джерелом живлення лічильника Гейгера.

Діод VD3, демпфуючи зворотний імпульс напруги на обмотці II, перешкоджає переходу блокінг-генератора в режим значно більш високочастотного LC-генератора.

При збудженні лічильника Гейгера β-частинкою або γ-квантом у ньому виникає імпульс струму з коротким фронтом та затягнутим спадом.

Відповідно імпульс напруги такої форми виникає на його аноді. Його амплітуда - щонайменше 50 У.

Призначення одновібратора, виконаного на елементах DD1.1 і DD1.2, полягає в тому, щоб перетворити імпульс, знятий з анода лічильника Гейгера, на «прямокутний» імпульс цифрового стандарту тривалістю tім ≈ 0,7 R4 С3 = 0,7 10 6 0 ,01 10 -6 = 7 мс.

Майже всі резистори в індикаторі МЛТ-0,125 (R1 – КІМ-0,125). Конденсатори: С1 – К73-9; С2 – КД-26; СЗ, С7 та С8-КМ-6 або К10-17-2б; С4 та С6 - К50-40 або К50-35; С5 – К53-30. Чорні квадрати на рис. б показані з'єднання їх «заземлюваних» висновків з нуль-фольгою; чорними квадратами зі світлою точкою в центрі - з'єднання з нуль-фольгою деяких фрагментів друкованого монтажу та виведення 7 мікросхеми.

Лічильник СБМ20 фіксують у потрібному положенні за допомогою контактних стійок, які можна виготовити, наприклад, канцелярських скріпок. Їх натяг надягають на висновки лічильника і припаюють до друкованої плати (для міцності - з обох сторін).

Щоб уникнути перегріву, можливого при паянні товстого сталевого дроту, рекомендується користуватися хорошим флюсом.

Трансформатор Т1 намотують на кільцевому осерді М3000НМ (нікель-марганцевий ферит) типорозміру К16 х 10 х 4,5 мм (зовнішній діаметр х внутрішній діаметр х висота). Гострі ребра сердечника загладжують шкіркою та покривають електрично та механічно міцною ізоляцією, наприклад, обмотують тонкою лавсановою або фторопластовою стрічкою.
Першою намотують обмотку I, вона містить 420 витків дроту ПЕВ-2-0,07. Намотування ведуть майже виток до витка, в один бік, залишаючи між її початком і кінцем проміжок 1...2 мм. Обмотку I покривають шаром ізоляції і поверх намотують обмотку II - 8 витків дроту діаметром 0,15...0,2 мм у будь-якій ізоляції - і обмотку III - 3 витка тим самим дротом. Обмотки II і III повинні бути розподілені по сердечнику, можливо, рівномірніше.
Розташування обмоток та його висновків має відповідати малюнку друкованої плати, які фазування - зазначеної на принципової схемою (синфазні кінці обмоток - які входять у отвір сердечника з одного боку - позначені точками).

Виготовлений трансформатор покривають шаром гідроізоляції, наприклад обмотують вузькою смужкою липкої ізоленти ПВХ. На плату трансформатор кріплять гвинтом М3 з використанням двох еластичних (обмоток, що не продавлюються) шайб (рис.).

У передній панелі вирізають отвір діаметром 30 мм під п'єзовипромінювач ЗП-1 (у гніздо ЗП-1, що утворилося таким чином, може бути вклеєний або зафіксований в ньому якось інакше).
З зовнішнього боку цей отвір може бути закритий декоративними ґратами. На передній панелі розміщують вимикач живлення типу ПД9-1.
Повністю змонтовану передню панель вводять у корпус приладу - коробку відповідних розмірів, виготовлену з полістиролу. У стінці корпусу, що примикає безпосередньо до лічильника Гейгера, необхідно вирізати прямокутний отвір розміром 10 х 85 мм, який, щоб уникнути ослаблення контрольованого випромінювання (табл.), можна перекрити лише рідкісними гратами.

Матеріал	Товщина, мм	Кратність ослаблення
Дюралюміній
Фольгований склотекстоліт
Удароміцний полістирол
Ізолента ПВХ	0,25
Поліетиленова плівка	0,05
Алюмінієва фольга	0,02	1,02

Про можливі заміни.
Лічильник СБМ20 випускається у трьох модифікаціях, що відрізняються лише оформленням висновків. Близький за своїми характеристиками до СБМ20 і лічильник СТС5, що випускався раніше.
Може бути замінений і п'єзовипромінювач ЗП-1: випромінювач ЗП-22, що має ті ж розміри, практично ні в чому йому не поступається.
У блокінг-генераторі можна використовувати будь-який середньочастотний кремнієвий транзистор, що має імпульсну напругу насичення не вище 0,5 (при струмі в колекторі 1...2 А) і коефіцієнт посилення по струму не менше 50.
Діоди VD1 та VD2 можна замінити стовпом КЦ111А. При будь-яких інших замінах необхідно звертати увагу на зворотний струм діода – він не повинен перевищувати 0,1 мкА. Інакше радіаційний індикатор, втративши енергоекономічність, перетвориться на вельми пересічний прилад.

Індикатор перетворює короткочасний імпульс струму, що виникає в лічильнику Гейгера під дією іонізуючої частинки, акустичний клацання. І якщо реакція лічильника СБМ20 на природне радіаційне тло становить, скажімо, 18...25 імпульсів на хвилину, то саме таке клацання приладу і чутиме його власник. Якщо він наблизиться до джерела радіації настільки, що інтенсивність поля іонізуючого випромінювання, наприклад, подвоїться, то подвоїться і частота цих клацань.

Лічильник Гейгера - Мюллера

Д ля визначення рівня радіації застосовується спеціальний прилад – . І для таких приладів побутового та більшості професійних пристроїв дозиметричного контролю, як чутливий елемент використовується лічильник Гейгера . Ця частина радіометра дозволяє досить точно визначити рівень радіації.

Історія появи лічильника Гейгера

У перші, пристрій для визначення інтенсивності розпаду радіоактивних матеріалів з'явився на світ у 1908 році, його винайшов німецький фізик Ганс Гейгер . Через двадцять років, разом із ще одним фізиком Вальтер Мюллер прилад був удосконалений, і на честь цих двох вчених був названий.

У період розвитку та становлення ядерної фізики в колишньому радянському союзі, також було створено відповідні пристрої, які широко застосовувалися у збройних силах, на атомних електростанціях та у спеціальних групах радіаційного контролю цивільної оборони. До таких дозиметрів, починаючи з сімдесятих років минулого століття, входив лічильник, заснований на принципах Гейгера, а саме СБМ-20 . Даний лічильник, так само, як і ще один його аналог СТС-5 , широко застосовується і зараз, а також входить до складу сучасних засобів дозиметричного контролю .

Рис.1. Газорозрядний лічильник СТС-5.

Рис.2. Газорозрядний лічильник СБМ-20

Принцип роботи лічильника Гейгера – Мюллера

І дія реєстрації радіоактивних частинок запропонованої Гейгер відносно проста. Вона заснована на принципі появи електричних імпульсів серед інертного газу під дією високозарядженої радіоактивної частинки або кванта електромагнітних коливань. Щоб детальніше зупинитися на механізмі дії лічильника, зупинимося трохи на його конструкції і процесах, що відбуваються в ньому, при проходженні радіоактивної частки через чутливий елемент приладу.

Р егіструючий пристрій є герметичний балон або контейнер, який наповнюється інертним газом, це може бути неон, аргон і т.д. Такий контейнер може бути виготовлений з металу або скла, причому газ у ньому перебуватиме під низьким тиском, це робиться спеціально, щоб спростити процес реєстрації зарядженої частинки. Усередині контейнера розташовані два електроди (катод і анод), на які подається висока напруга постійного струму через спеціальний навантажувальний резистор.

Рис.3. Пристрій та схема включення лічильника Гейгера.

П ри активації лічильника в середовищі інертного газу на електродах не виникає розряду за рахунок високого опору середовища, проте ситуація змінюється якщо в камеру чутливого елемента приладу потрапляє радіоактивна частка або квант електромагнітних коливань. І тут частка, має заряд досить високої енергії, вибиває кілька електронів з найближчого оточення, тобто. з елементів корпусу чи фізично самих електродів. Такі електрони, опинившись серед інертного газу, під впливом високої напруги між катодом і анодом, починають рухатися убік анода, шляхом іонізуючи молекули цього газу. В результаті вони вибивають із молекул газу вторинні електрони, і цей процес зростає в геометричних масштабах, поки між електродами не відбувається пробою. У стані розряду ланцюг замикається на дуже короткий проміжок часу, а це зумовлює стрибок струму в резисторі навантаження, і саме цей стрибок і дозволяє зареєструвати проходження частки або кванта через реєстраційну камеру.

Т Який механізм дозволяє зареєструвати одну частинку, проте в середовищі, де іонізуюче випромінювання досить інтенсивно, потрібно швидке повернення реєстраційної камери у вихідне положення, для можливості визначення нової радіоактивної частки . Це досягається двома різними способами. Перший полягає в тому, щоб на короткий проміжок часу припинити подачу напруги на електроди, в цьому випадку іонізація інертного газу різко припиняється, а нове включення випробувальної камери дозволяє почати реєстрацію з самого початку. Такий тип лічильників має назву незмаганні дозиметри . Другий тип пристроїв, а саме дозиметри, що самогасяться, принцип їх дії полягає в додаванні в середовище інертного газу спеціальних добавок на основі різних елементів, наприклад, бром, йод, хлор або спирт. У цьому випадку їхня присутність автоматично призводить до припинення розряду. При такій будові випробувальної камери в якості резистора навантаження використовуються опори іноді на кілька десятків мегаом. Це дозволяє під час розряду різко зменшити різницю потенціалів на кінцях катода та анода, що припиняє струмопровідний процес і камера повертається у вихідний стан. Варто відзначити, що напруга на електродах менше 300 вольт автоматично припиняє підтримку розряду.

Весь описаний механізм дозволяє реєструвати величезну кількість радіоактивних частинок протягом короткого проміжку часу.

Види радіоактивного випромінювання

Ч щоб розуміти, що саме реєструють лічильники Гейгера – Мюллера варто зупинитися на тому, і які види її існують. Відразу варто зазначити, що газорозрядні лічильники, які входять до складу більшості сучасних дозиметрів, здатні лише зареєструвати кількість радіоактивних заряджених частинок або квантів, але не можуть визначити ні їхні енергетичні характеристики, ні тип випромінювання. Для цього дозиметри роблять більш багатофункціональними та цільовими, і щоб правильно їх порівнювати слід точніше розуміти їхні можливості.

П про сучасні уявлення ядерної фізики радіаційне випромінювання можна розділити на два типи, перший у вигляді електромагнітного поля , другий у вигляді потоку частинок (Корпускулярне випромінювання). До першого типу можна віднести потік гамма-часток або рентгенівське випромінювання . Головною їх особливістю є здатність поширюватися у вигляді хвилі на дуже великі відстані, при цьому вони досить легко проходять через різні предмети і можуть легко проникати в самі різні матеріали. Наприклад, якщо людині потрібно сховатися від потоку гамма-променів, внаслідок ядерного вибуху, то сховавшись у підвалі будинку чи бомбосховища, за умови його відносної герметичності, він зможе убезпечити себе від цього типу випромінювання лише на 50 відсотків.

Рис.4. Кванти рентгенівського та гамма-випромінювання.

Т Який тип випромінювання носить імпульсний характері і характеризується поширенням у навколишньому середовищі як фотонів чи квантів, тобто. коротких спалахів електромагнітного випромінювання. Таке випромінювання може мати різні енергетичні та частотні характеристики, наприклад, рентгенівське випромінювання має у тисячі разів меншу частоту, ніж гамма-промені. Тому гамма-промені значно небезпечніші для людського організму та їх вплив має значно більш руйнівний характер.

І випромінювання, засноване на корпускулярному принципі, це альфа та бета частки (корпускули). Вони виникають в результаті ядерної реакції, при якій відбувається перетворення одних радіоактивних ізотопів на інші з виділенням колосальної кількості енергії. При цьому бета-частинки є потік електронів, а альфа-частинки, істотно більші і більш стійкі утворення, що складаються з двох нейтронів і двох протонів пов'язаних один з одним. По суті, така будова має ядро атома гелію, тому можна стверджувати, що потік альфа-частинок це потік ядер гелію.

Прийнята наступна класифікація , найменшою проникаючою здатністю володіють альфа-частинки, щоб від них захиститися, людині достатньо і щільного картону, більшою проникаючою здатністю володіють бета-частинки, щоб людина могла убезпечити себе від потоку такого випромінювання їй потрібно буде металевий захист в кілька міліметрів завтовшки (наприклад, алюмінієвий лист). Від гамма - квантів практично немає захисту, і вони поширюються на значні відстані, загасаючи у міру віддалення від епіцентру чи джерела, і підкоряючись законам поширення електромагнітних хвиль.

Рис.5. Радіоактивні частинки альфа та бета типу.

До кількість енергії, якою володіють всі ці три типи випромінювання, також різні, і найбільшою з них має потік альфа частинок. Для прикладу, енергія, якою володіють альфа частки у сім тисяч разів більше, ніж енергія бета-часток , тобто. проникаюча здатність різних типів радіації, знаходиться у зворотному пропорційної залежності від їхньої проникаючої здатності.

Д ля людського організму найбільш небезпечним типом радіоактивного випромінювання вважаються гама кванти , за рахунок високої проникаючої здатності, а потім за спадною, бета-частинки та альфа-частинки. Тому визначити альфа-частинки досить важко, якщо сказати неможливо звичайним лічильником. Гейгера - Мюллера, тому що для них є перешкодою практично будь-який об'єкт, не кажучи вже про скляний або металевий контейнер. Визначити бета-частинки таким лічильником можна, але лише в тому випадку, коли їхньої енергії достатньо для проходження через матеріал контейнера лічильника.

Для бета-частинок із малими енергіями звичайний лічильник Гейгера – Мюллера неефективний.

Про Братна ситуація з гамма-випромінюванням, є можливість, що вони наскрізь пройдуть через контейнер, не запустивши реакцію іонізації. Для цього в лічильниках встановлюють спеціальний екран (з щільної сталі або свинцю), який дозволяє знизити енергію гамма-квантів та активувати таким чином розряд у камері лічильника.

Базові характеристики та відмінності лічильників Гейгера – Мюллера

З таїть також висвітлити деякі базові характеристики та відмінності різних дозиметрів, обладнаних газорозрядними лічильниками Гейгера – Мюллера. Для цього слід порівняти деякі з них.

Найбільш поширені лічильники Гейгера – Мюллера обладнані циліндричнимиабо торцевими датчиками. Циліндричні схожі на довгастий циліндр у вигляді трубки з невеликим радіусом. Торцева іонізаційна камера має округлу або прямокутну форму невеликих розмірів, але зі значною робочою торцевою поверхнею. Іноді зустрічаються різновиди торцевих камер з подовженою трубкою циліндричної з невеликим вхідним вікном з торцевої сторони. Різні зміни лічильників, зокрема самих камер, можуть реєструвати різні типи випромінювань, або їх комбінації, (наприклад, комбінації гамма і бета променів, або всього спектра альфа, бета і гамма). Таке стає можливим завдяки спеціально розробленій конструкції корпусу лічильника, а також матеріалу, з якого він виготовляється.

Е ще однією важливою складовою для цільового застосування лічильників це площа вхідного чутливого елемента та робочої зони . Тобто це сектор, через який потраплятимуть, і реєструватися цікаві для нас радіоактивні частинки. Чим більша ця площа, тим більше лічильник зможе вловити частинок, і тим сильніше буде його чутливість до радіації. У паспортних даних вказується площа робочої поверхні, як правило, у квадратних сантиметрах.

Е ще один важливий показник, який вказується у характеристиках до дозиметра, це величина шуму (Вимірюється в імпульсах в секунду). Іншими словами, цей показник можна назвати величиною власного тла. Його можна визначити в лабораторних умовах, для цього прилад поміщають у добре захищеному приміщенні або камері, як правило, з товстими стінками зі свинцю, і реєструють рівень радіації, що випускає пристрій. Зрозуміло, якщо такий рівень буде досить суттєвим, то ці наведені шуми безпосередньо позначаться на похибки вимірювань.

Кожен професійний і радіації має таку характеристику, як радіаційна чутливість, також вимірюється в імпульсах на секунду (імп/с), або в імпульсах на мікрорентген (імп/мкР). Такий параметр, а точніше його використання, безпосередньо залежить від джерела іонізуючого випромінювання, на який налаштовується лічильник, і яким буде проводитися подальший вимір. Часто налаштування проводять за джерелами, що включають такі радіоактивні матеріали як радій – 226, кобальт – 60, цезій – 137, вуглець – 14 та інші.

Е ще один показник, за яким варто порівнювати дозиметри, це ефективність реєстрації іонного випромінювання чи радіоактивних частинок. Існування цього критерію пов'язане з тим, що не всі пройдені через чутливий елемент дозиметра радіоактивні частки будуть зареєстровані. Це може відбуватися у випадку, коли квант гамма-випромінювання не викликав іонізацію в камері лічильника, або кількість частинок, що пройшли, і викликали іонізацію і розряд настільки велике, що пристрій неадекватно їх підраховує, і з деяких інших причин. Щоб точно визначити цю характеристику конкретного дозиметра, його тестують за допомогою деяких радіоактивних джерел, наприклад, плутонію-239 (для альфа-часток), або талію – 204, стронцію – 90, ітрію – 90 (бета-випромінювач), а також інших радіоактивні матеріали.

З крижаний критерій, на якому необхідно зупинитися, це діапазон реєстрованих енергій . Будь-яка радіоактивна частка або квант випромінювання мають різну енергетичну характеристику. Тому дозиметри розраховані на вимір не тільки конкретного типу випромінювання, а й на їхню відповідну енергетичну характеристику. Такий показник вимірюється в мегаелектронвольтах або кілоелектронвольтах (МеВ, КеВ). Наприклад, якщо бета-частинки не мають достатньої енергією, то вони не зможуть вибити електрон у камері лічильника, і тому не будуть зареєстровані, або тільки високоенергетичні альфа-частинки зможуть пробитися через матеріал корпусу лічильника Гейгера - Мюллера і вибити електрон.

І З усього вищевикладеного, сучасні виробники дозиметрів радіації випускають широкий асортимент приладів для різних цільових призначень і галузей промисловості. Тому варто розглянути конкретні різновиди лічильників Гейгера.

Різні варіантилічильників Гейгера – Мюллера

П Перший варіант дозиметрів, це пристрої, розраховані на реєстрацію та виявлення гамма-фотонів та високочастотного (жорсткого) бета-випромінювання. На даний діапазон вимірювань розраховані практично всі раніше вироблених і сучасних, як побутових наприклад: , так і професійних дозиметрів радіації, наприклад: . Таке випромінювання має достатню енергію і велику проникаючу здатність, щоб камера лічильника Гейгера змогла їх зареєструвати. Такі частинки та фотони легко проникають через стінки лічильника та викликають процес іонізації, а це легко реєструється відповідною електронною начинкою дозиметра.

Д Для реєстрації такого типу радіації чудово підходять популярні лічильники типу СБМ-20 , Що мають датчик у вигляді циліндричної трубки-балону з розташованими коаксіально дротяними катодом і анодом Причому стінки трубки датчика служать одночасно катодом і корпусом і виготовлені з нержавіючої сталі. Цей лічильник має такі характеристики:

площу робочої зони чутливого елемента 8 квадратних сантиметрів;
радіаційна чутливість за гамою випромінювання близько 280 імп/с, або 70 імп/мкР (тестування проводилося за цезієм – 137 при 4 мкР/с);
власне тло дозиметра становить близько 1 імп/с;
датчик розрахований на реєстрацію гамма-випромінювання з енергією в діапазоні від 0,05 МеВ до 3МеВ, та бета-часток з енергією 0,3 МеВ по нижньому кордоні.

Рис.6. Влаштування лічильника Гейгера СБМ-20.

У даного лічильника існували різні модифікації, наприклад, СБМ-20-1 або СБМ-20У , які мають схожі характеристики, але відрізняються принциповою конструкцією контактних елементів та вимірювальною схемою. Інші модифікації цього лічильника Гейгера - Мюллера, а це СБМ-10, СІ29БГ, СБМ-19, СБМ-21, СІ24БГ мають схожі параметри також, багато хто з них зустрічається в побутових дозиметрах радіації, які можна знайти в магазинах і на сьогоднішній день.

З Лігуча група дозиметрів радіації розрахована на реєстрацію гамма-фотонів та рентгенівського випромінювання . Якщо говорити про точність таких пристроїв, то слід розуміти, що фотонне і гама випромінювання є квантами електромагнітного випромінювання, які рухаються зі швидкістю світла (близько 300 000 км/с), тому зареєструвати подібний об'єкт є досить важким завданням.

Ефективність роботи таких лічильників Гейгера становить близько одного відсотка.

Ч щоб підвищити її потрібно збільшення поверхні катода. По суті, гамма-кванти реєструються непрямим способом завдяки вибитим ними електронам, які беруть участь у наслідок в іонізації інертного газу. Щоб максимально ефективно сприяти цьому явищу, спеціально підбираються матеріал та товщина стінок камери лічильника, а також розміри, товщина та матеріал катода. Тут велика товщина і щільність матеріалу можуть знизити чутливість реєстраційної камери, а занадто мала дозволить легко потрапляти високочастотному бета-випромінювання в камеру, а також збільшить кількість природних для приладу радіаційних шумів, що заглушить точність визначення гамма-квантів. Звичайно, точні пропорції підбираються виробниками. По суті, на даному принципі виготовляються дозиметри на підставі лічильників Гейгера – Мюллера для прямого визначення гамма випромінювання на місцевості, при цьому такий прилад виключає можливість визначення будь-яких інших видів випромінювання та радіоактивного впливу, що дозволяє точно визначити радіаційну забрудненість та рівень негативного впливу на людину тільки по гамма-випромінюванню.

У вітчизняних дозиметрах, які оснащені циліндричними датчиками, встановлюються такі їх типи: СІ22Г, СІ21Г, СІ34Г, Гамма 1-1, Гамма – 4, Гамма – 5, Гамма – 7ц, Гамма – 8, Гамма – 11 та багато інших. Причому в деяких типах встановлюється спеціальний фільтр на вхідному, торцевому, чутливому вікні, який спеціально служить для відсікання альфа і бета-частинок і додатково збільшує площу катода, для більш ефективного визначення гамма-квантів. До таких датчиків можна віднести Бета – 1М, Бета – 2М, Бета – 5М, Гамма – 6, Бета – 6М та інші.

Ч Щоб зрозуміти більш наочно принцип їхньої дії, варто докладніше розглянути один з таких лічильників. Наприклад, торцевий лічильник із датчиком Бета – 2М , Що має округлу форму робочого вікна, що становить близько 14 квадратних сантиметрів. При цьому радіаційна чутливість до кобальту - 60 становить близько 240 імп/мкР. Цей тип лічильника має дуже низькі показники власного шуму. , Що становить не більше 1 імпульсу в секунду. Це можливо за рахунок товстостінної свинцевої камери, яка, в свою чергу, розрахована на реєстрацію фотонного випромінювання з енергією в діапазоні від 0,05 МеВ до 3 МеВ.

Рис.7. Торцевий гамма-лічильник Бета-2М.

Для визначення гамма випромінювання цілком можна використовувати лічильники для гамма-бета імпульсів, які розраховані на реєстрацію жорстких (високочастотних та високоенергетичних) бета-часток та гамма-квантів. Наприклад, модель СБМ – 20. Якщо в цій моделі дозиметра ви хочете виключити реєстрацію бета-часток, то для цього достатньо встановити свинцевий екран або щит з будь-якого іншого металевого матеріалу (свинцевий екран ефективніше). Це найбільш поширений спосіб, яким користуються більшість розробників при створенні лічильників для гамма та рентгенівського випромінювання.

Реєстрація «м'якого» бета-випромінювання.

До Як ми вже раніше згадували, реєстрація м'якого бета випромінювання (випромінювання з низькими енергетичними характеристиками та порівняно невеликою частотою), досить важке завдання. Для цього потрібно забезпечити можливість легшого їх проникнення в реєстраційну камеру. Для цих цілей виготовляється спеціальне тонке робоче вікно, як правило, із слюди або полімерної плівки, яке практично не створює перешкод для проникнення бета-випромінювання цього в іонізаційну камеру. При цьому катодом може виступати безпосередньо сам корпус датчика, а анод є системою лінійних електродів, які рівномірно розподілені і змонтовані на ізоляторах. Реєстраційне вікно виконано в торцевому варіанті, і на шляху бета-часток у такому випадку виявляється лише тонка плівка слюдяна. У дозиметрах з такими лічильниками реєстрація гамма випромінювання йде як додаток і по суті як додаткова можливість. А якщо потрібно позбавитися реєстрації гамма-квантів, то необхідно мінімізувати поверхню катода.

Рис.8. Влаштування торцевого лічильника Гейгера.

З Варто відзначити, що лічильники для визначення м'яких бета-часток були створені вже досить давно і з успіхом застосовувалися в другій половині минулого століття. Серед них найпоширенішими були датчики типу СБТ10 і СІ8Б , які мали тонкостінні слюдяні робочі вікна Більш сучасний варіант такого приладу Бета-5має площу робочого вікна близько 37 кв/см, прямокутної форми із слюдяного матеріалу. Для таких розмірів чутливого елемента, прилад може реєструвати близько 500 імп/мкР, якщо вимірювати по кобальту - 60. При цьому ефективність визначення частинок становить до 80 відсотків. Інші показники цього приладу виглядають наступним чином: власний шум становить 2,2 імп/с., діапазон визначення енергій від 0,05 до 3 МеВ, причому нижній поріг визначення м'якого бета-випромінювання становить 0,1 МеВ.

Рис.9. Торцевий бета-гамма-лічильник Бета-5.

І Звичайно, варто згадати про лічильниках Гейгера – Мюллера, здатних реєструвати альфа-частинки Якщо реєстрація м'якого бета-випромінювання є досить складним завданням, то зафіксувати альфа-частинку, що навіть має високі енергетичні показники, ще складніше завдання. Таку проблему можна вирішити тільки відповідним зменшенням товщини робочого вікна до товщини, якої буде достатньо для проходження альфа-частинки в реєстраційну камеру датчика, а також повним наближенням вхідного вікна до джерела випромінювання альфа-частинок. Така відстань повинна дорівнювати 1 мм. Зрозуміло, що пристрій автоматично реєструватиме будь-які інші типи випромінювання, і, причому з досить високою ефективністю. У цьому є і позитивна та негативна сторона:

Позитивна – такий прилад можна використовувати для широкого спектру аналізу радіоактивного випромінювання

Негативна – за рахунок підвищеної чутливості, виникатиме значна кількість шумів, які ускладнять аналіз отриманих реєстраційних даних.

До Крім того, занадто тонке слюдяне робоче вікно хоч і підвищує можливості лічильника, проте на шкоду механічній міцності та герметичності іонізаційної камери, тим більше, що саме вікно має достатньо велику площуробочої поверхні. Для порівняння, у лічильниках СБТ10 і СІ8Б, про які ми згадували вище, при площі робочого вікна близько 30 кв/см, товщина шару слюдяного становить 13 – 17 мкм, а при необхідній товщині для реєстрації альфа-частинок у 4-5 мкм, вхідний вікно можна зробити лише трохи більше 0,2 кв/см., йдеться про лічильнику СБТ9.

Про Проте, більшу товщину реєстраційного робочого вікна можна компенсувати близькістю до радіоактивного об'єкта, і навпаки при порівняно невеликій товщині вікна слюдяного, з'являється можливість зареєструвати альфа-частинку на вже більшій відстані, ніж 1 -2 мм. Варто навести приклад, при товщині вікна до 15 мкм, наближення до джерела альфа-випромінювання повинне становити менше 2 мм, при цьому під джерелом альфа-частинок розуміється випромінювач плутоній – 239 з енергією випромінювання 5 МеВ. Продовжимо, при товщині вхідного вікна до 10 мкм, зареєструвати альфа-частинки можливо вже на відстані до 13 мм, якщо зробити вікно вікна товщиною до 5 мкм, то альфа-випромінювання буде реєструватися на відстані 24 мм, і т.д. Ще один важливий параметр, який впливає на можливість виявлення альфа-часток, це їх енергетичний показник. Якщо енергія альфа-частинки більша ніж 5 МеВ, то відповідно збільшиться відстань її реєстрації для товщини робочого вікна будь-якого типу, а якщо енергія менша, то й відстань потрібно зменшувати, аж до повної неможливості зареєструвати м'яке альфа-випромінювання.

Е ще одним важливим моментом, Що дозволяє збільшити чутливість альфа лічильника, це зменшення реєстраційної здатності для гамма-випромінювання. Щоб це зробити, досить мінімізувати геометричні розміри катода, і гамма-фотони проходитимуть через реєстраційну камеру не викликаючи іонізації. Такий захід дозволяє зменшити вплив на іонізацію гамма-квантів у тисячі і навіть десятки тисяч разів. Усунути вплив бета-випромінювання на реєстраційну камеру вже неможливо, проте з цієї ситуації є досить простий вихід. Спочатку реєструється альфа і бета-випромінювання сумарного типу, потім встановлюється фільтр із щільного паперу, і здійснюється повторний вимір, який зареєструє тільки бета-частинки. Розмір альфа-випромінювання у разі розраховується як різницю загального випромінювання і окремого показника розрахунку бета-випромінювання.

Для прикладу варто запропонувати характеристики сучасного лічильника Бета-1, який дозволяє зареєструвати альфа, бета, гамма випромінювання. Ось ці показники:

площу робочої зони чутливого елемента 7 кв/см;
товщина слюдяного шару 12 мкм, (відстань ефективного виявлення альфа-часток по плутонію - 239, порядку 9 мм. По кобальту - 60 радіаційна чутливість досягається близько 144 імп/мкР);
ефективність вимірювання радіації для альфа-часток - 20% (за плутонію - 239), бета-часток - 45% (по талію -204), та гамма-квантів - 60% (за складом стронцій - 90, ітрій - 90);
власне тло дозиметра становить близько 0,6 імп/с;
датчик розрахований на реєстрацію гамма-випромінювання з енергією в діапазоні від 0,05 МеВ до 3МеВ, і бета-часток з енергією більше 0,1 МеВ по нижньому кордоні, і альфа-часток з енергією 5МеВ і більше.

Рис.10. Торцевий альфа-бета-гамма-лічильник Бета-1.

До Звичайно, існує ще досить широкий ряд лічильників, які призначені для більш вузького та професійного використання. Такі прилади мають ряд додаткових налаштувань і опцій (електричні, механічні, радіометричні, кліматичні та ін.), які включають безліч спеціальних термінів і можливостей. Однак на них ми не концентруватимемося. Адже для розуміння базових принципів дії лічильників Гейгера – Мюллера , Описаних вище моделей цілком достатньо.

У аж також згадати, що існують спеціальні підкласи лічильників Гейгера , які спеціально сконструйовані визначення різних видів іншого випромінювання. Наприклад, для визначення величини ультрафіолетового випромінювання, для реєстрації та визначення повільних нейтронів, які функціонують за принципом коронного розряду, та інші варіанти, які не належать до цієї теми безпосередньо, і не розглядатимуться.

У цій статті знайдете опис простих схем дозиметра на лічильнику СБМ-20, які мають достатню чутливість і реєструють найменші значення бета- і гамма-радіоактивних частинок. Схема дозиметра виходить з вітчизняному датчику радіаційного випромінювання типу СБМ-20. Він схожий на металевий циліндр діаметром 12 мм та довжиною близько 113 мм. У разі потреби його можна замінити на ZP1400, ZP1320 чи ZP1310.

Проста схема дозиметра на СБМ-20

Підключено конструкцію всього до однієї пальчикової батарейки типу АА. Як відомо, робоча напруга датчика СБМ-20 400 вольт, тому виникає необхідність використовувати перетворювач напруги.

Підвищує перетворювач виконаний на основі простого блокінг-генератора. Високовольтні імпульси з вторинної обмотки трансформатора випрямляються високочастотним діодом.

Якщо лічильник СБМ-20 розташувати поза зоною радіаційного випромінювання обидва транзистори VT2 і VT3 закриті. Звукова та світлова сигналізація не активна. Як тільки на лічильник потрапляють радіоактивні частки іонізується газ, що знаходиться всередині датчика, а на його виході з'являється імпульс, який проходить на транзисторний підсилювач і в телефонному динаміці чується клацання і спалахує світлодіод.

При слабкій природній радіаційній інтенсивності спалахи світлодіода і клацання повторюються через кожні 1...2 сек. Це говорить лише про нормальну фонову радіацію. Зі зростанням рівня радіоактивності клацання стануть частіше і при критичних значеннях зливаються в один безперервний тріск, а світлодіод буде постійно увімкнений.

Так як радіоаматорська конструкція має мікроамперметр, то підстроювальним опором здійснюють підстроювання чутливості показань.

Трансформатор перетворювача зібраний з використанням броньового осердя має діаметр 25 мм. Обмотки 1-2 і 3-4 з мідного дроту діаметром 0,25 мм містять відповідно 45 і 15 витків. Вторинна обмотка також з мідного дроту, але діаметром 0,1 мм - 550 витків.

Проста конструкція лічильника радіоактивності на СБМ-20 варіант 2

Основні технічні характеристики дозиметра:

Датчиком дозиметра є лічильник Гейгера СБМ20. Блокінг-генератор формує високу напругу на його аноді - з обмотки трансформатора, що підвищує, імпульси йдуть через діоди VD1, VD2 і заряджають ємність фільтра С1. Опір R1 є навантаженням лічильника.

Одновібратор виконаний на елементах DD1.1, DD1.2, СЗ і R4, перетворюють імпульси, що йдуть з лічильника Гейгера і мають затягнутий спад, прямокутні. На елементах DD1.3, DD1.4, С4 та R5, зроблений генератор звукової частоти. Пороговий підсилювач, зібраний на мікросхемі DD2.

Від частоти проходження імпульсів із лічильника Гейгера залежить напруга на ємності С9; після досягнення ним рівня відкриття транзистора, що входить у DD2, спалахує світлодіод HL1 частота миготіння якого зростатиме зі збільшенням квантів радіації, що потрапляють на датчик.

Трансформатор Т1 виготовляється своїми руками на кільцевому сердечнику М3000НМ К16х10х4, 5 мм. Первинна обмотка містить 420 витків дроту ПЕВ-2-0,07. Вторинна обмотка складається з 8 витків дроту діаметром 0,15...0,2 мм; третя обмотка 3 витка тим самим дротом.