Развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений в различных областях науки, техники, а также их возможное появление в бытовых условиях требуют ознакомления со свойствами и методами регистрации альфа-, бета- и гамма-излучений, а также обретения соответствующих знаний и практических умений по защите от их воздействия.
Оценку и проведение исследования характеристик радиоактивных источников удобно проводить с использованием приборов, которые обеспечивают количественное измерение параметров альфа-, бета- и гамма- излучения. Особенность измерения малых доз ионизирующего излучения (меньше 25 мкР/ч) и проведения анализа в бытовых условиях требует использования соответственной технической базы и способов, отличных от тех, которые может обеспечить элементарный индикатор частичек на основе газоразрядной трубки Гейгера-Мюллера. Таким прибором может быть цифровой радиометр (рис.1).
Радиометр не содержит дефицитных комплектующих и прост в изготовлении. Его может собрать радиолюбитель
средней квалификации самостоятельно в домашних условиях.
Цифровой радиометр может пополнить перечень типичных измерительных приборов, которые постоянно используются в бытовых условиях для регистрации реальных текущих физических параметров окружающей среды, подобно таким, как часы, термометр, барометр-анероид, гигрометр. В цифровом радиометре используются газоразрядные индикаторы ИН-18, линейные размеры цифр которых позволяют проводить наблюдения в бытовых условиях с расстояния в несколько метров. Датчиком ионизирующего бета- и гамма-излучений в радиометре служит газоразрядная трубка Гейгера-Мюллера типа СТС-8 или другая, желательно с фоновым значением 60-80 Беккерель, что позволяет уменьшить время измерения, погрешность и повысить результативность исследования. Для измерения интенсивности альфа излучения в качестве датчика излучения можно использовать искровой детектор или датчик как промышленного, так и самостоятельного изготовления.
Схема цифрового радиометра (рис.2) разработана на основе микросхем серии К155 и обеспечивает демонстрацию, контроль и измерение ионизационного бета- и гамма-излучений со спектром, который ограничен снизу значениями 0,5 и 0,05 МеВ соответственно. Прибор отображает результат измерения в единицах естественного радиационного фона и регистрирует его изменение. Индикация измерений происходит на цифровом дисплее. Разработка обеспечивает фиксацию регистрированных частичек в аудио- и визуальный формах, а также радиоактивный фон в мкР/час или мЗ/час. В отличие от промышленных радиометров, работающих на основе постоянного счета импульсов с периодическим сбросом и индикацией промежуточных результатов, где вывод измеряемого значения фона фиксируется незначительное время, в цифровом радиометре используется запоминающее устройство для вывода текущих значений и исключается постоянное изменение показаний дисплея.
Действие радиометра основывается на том, что значение фоновой активности трубки Гейгера-Мюллера, причина которого есть природная радиоактивность Земли и Космоса — паспортизированная характеристика конкретного датчика и может служить критерием измерения. Радиометр целесообразно эксплуатировать с промышленными счетчиками Гейгера-Мюллера, которые обеспечивают лучшие демонстрационные и наглядные качества, а также необходимое быстродействие прибора. Для использования можно посоветовать газоразрядные счетчики типа СТС-6, СТС-8 или СИ-22Г, значения фоновой активности которых находится в пределах 60-80 имп/мин, т. е. в обычных условиях они формируют в среднем от 60 до 80 импульсов за минуту в зависимости от конкретного использованного прибора и условий. Основываясь на том, что при постоянных условиях в среднем такое количество импульсов можно зарегистрировать за любую минуту измерения, выбирают такое время регистрации, когда количество зафиксированных импульсов численно равно значению естественного радиоактивного фона. Использованный метод измерения положен в основу действия многих аналогичных промышленных разработок и обеспечивает точность измерения, достаточную для проведения и анализа результатов познавательного эксперимента. При таком подходе не требуется специализированных калибровочных приборов и тщательного поверочного процесса. Калибровку можно провести в бытовых условиях по известному среднему значению активности фона для данной местности. Следует отметить, что паспортизированная инструментальная погрешность измерения значений радиоактивного излучения приборами на основе газоразрядной трубки Гейгера-Мюллера достигает 30%.
Индикатором радиоактивного излучения в цифровом радиометре (рис. 2) служит датчик BD1, питание которого осуществляется от источника с удвоителем напряжения на диодах VD1, VD2 и конденсаторах C3, C4.
Через конденсатор С2 и резистор R4 зафиксированные импульсы от датчика BD1 поступают на формирующие элементы DD2.1 и DD2.2 триггера Шмитта и счетчики А1-А3.
Для обеспечения аудио сопровождения с триггера Шмитта сигнал также поступает на инвертор DD2.3 и через разделительный конденсатор С5 на телефон BF1. Счетчиками A1-A3 управляет тактовый генератор инфранизкочастотных колебаний на элементах DD1.1-DD1.3 и полевом транзисторе VT1. Управление происходит с использованием элементов, которые формируют сигналы записи (DD2.4, C6, R8, R9) и сброса (DD1.4.DD1.6, VD5, C7, C8, R7, R10, R11).
Схемы счетчиков А1.А3 идентичные. Их количество зависит от разрядности дисплея (из трех или четырех индикаторов). В состав счетчика входят микросхемы DD3 . четырехразрядный десятичный счетчик; DD4 . элементы памяти на D-триггерах; DD5 — высоковольтный десятичный дешифратор и газоразрядный индикатор HG1.
При безошибочном монтаже схема работает безотказно. Настройка цифрового радиометра сводится к установке резистором
R1 такой частоты генератора, при которой за время регистрации количество зафиксированных импульсов численно равно среднему значению естественного радиоактивного фона.
Все элементы цифрового радиометра, кроме блока питания, излучателя BF1 и газоразрядной трубки Гейгера-Мюллера BD1,
собраны на плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной1,5-2 мм. Для уменьшения соединительных
проводников и упрощения монтажа газоразрядные индикаторы 1HG1.4HG1 крепят с помощью панелей или же непосредственно на плате. Вид платы со стороны монтажа изображен на рис.3, со стороны деталей — на рис.4, расположение деталей на плате — на рис.5. На рисунках изображена печатная плата для четырехразрядного дисплея,
при необходимости можно отказаться от четвертого или даже третьего разряда, соответственно не устанавливая радиоэлементы 4DD3-4DD5, 4HG1 и 3DD3-3DD5, 3HG1, при этом не забыв установить соответствующие перемычки на месте отсутствующих соединительных выводов микросхем.
На печатной плате предусмотрены места для установки блокировочных конденсаторов Cb (на принципиальной схеме не указаны) емкостью 10-68 нФ.
Для питания микросхем радиометра используют стабилизированный источник с напряжением 5 В и током не меньше 1 А. В качестве такого источника удобно использовать широко распространенные блоки питания на основе микросхемы К142ЕН5. Газоразрядные индикаторы и трубка Гейгера-Мюллера питаются от источника переменного тока напряжением 220 В и максимальным током до 25 мА. Следует помнить, что при питании цифрового радиометра непосредственно от бытовой сети существует угроза поражения током, поэтому для безопасного применения желательно использовать разделительный трансформатор или иной источник питания, отвечающий требованиям техники безопасности.
Литература РАДІОАМАТОР 1.2001 Автор: О. Н. Желюк, г. Ровно
Загрузка...