Простой радиометр

March 24, 2011 by admin Комментировать »

О. В. Никитенко, г. Киев

   При нахождении в местности, зараженной продуктами радиоактивного распада, либо при контроле мест, особо опасных для пребывания людей, прибор позволяет снизить до минимума время измерений с одновременной возможностью получить информацию о наиболее опасных участках (или предметах), длительное пребывание возле которых опасно для человека. В этих случаях поможет прибор, описание которого приведено ниже.

   Предлагаемый вниманию радиолюбителей прибор предназначен для оценки экспозиционной дозы гамма-из-лучения до 100 мкР/ч в диапазоне энергий 0,1…1,0 мэВ. Результаты измерений отображаются практически сразу (в течение 1-2 с). Прибор обладает довольно высокой чувствительностью и позволяет контролировать даже незначительные изменения уровня излучения.

   Радиометр при наличии необходимых деталей можно собрать за очень короткое время. Прибор (см. рисунок) собран на 6 транзисторах и безотказно функционирует на протяжении 12 лет.

   Регистрация излучения проводится по стрелочному прибору и свето-диоду. Для питания используется любой источник с напряжением не менее 4,5 В. Напряжение питания прибора можно варьировать от 4,5 до 6 В. Работоспособность радиометра сохраняется при уменьшении питающего напряжения до 3,75 В. Ток, потребляемый прибором,приведен в таблице.

   Прибор состоит из выносного блока детектирования ВД1 – регистратора импульсов, в качестве которого используется счетчик Гейгера-Мюлле-ра, помещенный в герметичный пластмассовый корпус; высоковольтного преобразователя на транзисторе VT1, являющегося источником питания счетчика импульсов; эмиттерного повторителя на VT2; усилителя на VT3; усилителя на полевом транзисторе VT4; выходных транзисторных усилителей на VT6, VT5 с интегратором; стрелочного прибора РА1 и светодиода НИ.

   

   Высоковольтный источник питания счетчика импульсов (счетчика Гейгера-Мюллера) состоит из преобразователя напряжения на транзисторе VT1 по схеме трансформаторного автогенератора и выпрямителя, собранного по схеме умножителя напряжения на VD1-VD4, С1-С4, что позволяет получить необходимое напряжение питания счетчика импульсов. Указанное напряжение колеблется в пределах от 360 до 450 В в зависимости от выбранного счетчика импульсов. Автор применил малогабаритный счетчик СБМ-20, однако данная схема без каких-либо изменений и доработок позволяет использовать любой счетчик промышленного производства, например, СТС-6, СИ-19Г, СИ-20Г, СИ-21Г, СИ-22Г. Все вышеуказанные типы счетчиков проверены на работоспособность в рассматриваемой схеме и показали хорошую надежность.

   При попадании в счетчик ВД1 заряженной частицы (beta-частицы) или гамма-кванта, являющихся результатом распада радиоактивных элементов, в газовой среде счетчика возникают ионы и электроны. Это приводит к лавинообразному процессу, в результате которого происходит газовый разряд, который сразу же гасится гасящим элементом – примесью галогенов. В результате на конденсаторе С5 возникает отрицательный импульс, который подается на базу транзистора VT2 (усилителя тока) эмиттерного повторителя, и через усилители на VT3-VT6 отражается одиночной вспышкой светодиода НИ.

   Если таких импульсов в единицу времени в результате радиоактивного распада несколько, то они будут непрерывно “отражаться” на светодиоде НИ. Кроме этого, сформированные схемой радиометра импульсы через усилитель на VT5 и через цепочку R1 ,С6 будут фиксироваться на стрелочном индикаторе РА1.

   Для лучшего понимания функционирования радиометра рассмотрим два режима работы транзисторов: когда импульс от счетчика на входе VT2 отсутствует и когда он присутствует.

   В первом режиме (гамма-квант отсутствует) напряжение (относительно общего провода, т.е. положительного вывода источника питания) на эмиттере VT2 равно “0” (VT2 закрыт), на коллекторе VT3 напряжение “-4.5” (VT3 закрыт), на стоке VT4 -“0” (VT4 открыт), светодиод НИ не светится (транзистор VT6 закрыт).

   Во втором режиме в результате радиоактивного распада одиночный кратковременный импульс от счетчика импульсов (от одиночного гамма-кванта) поступает на VT2. Этот одиночный импульс можно проконтролировать по осциллографу: на эмиттере VT2 – отрицательный, на коллекторе VT3 – положительный, на стоке VT4 – отрицательный, на коллекторах VT5 и VT6 -положительный.

   Если импульсов от счетчика ВД1 в результате радиоактивного распада beta- или гамма-частиц в единицу времени поступает несколько, то эти импульсы будут одновременно регистрироваться на светодиоде HL1 и на стрелочном индикаторе РА1. Показания прибора по шкале мкА нетрудно перевести в мкР/ч.

   Если прибор работает нормально, то наличие этих импульсов в вышеуказанных точках можно проконтролировать по осциллографу. При этом импульсы будут просматриваться аналогично прохождению одиночного импульса и в аналогичной полярности.

   Например, при наблюдении естественного радиоактивного фона (это гамма-кванты – результат естественного распада радиоактивных элементов плюс космические распады) по осциллографу можно наблюдать редкие одиночные импульсы в количестве 50-100 импульсов/мин. При этом каждый импульс, контролируемый на осциллогрфе, будет зафиксирован вспышкой светодиода HL1.

   Предел, выбранный автором, составляет 0-100 мкР/ч и его можно легко изменить в сторону уменьшения или увеличения. Для этого достаточно изменить параметры интегрирующей цепи R1 ,С6 и R4.

   Налаживание прибора начинают после окончания его монтажа, подключения к нему (через разъем Х1) счетчика импульсов и подачи напряжения питания 4,5-6 В. Сначала необходимо проверить наличие высоковольтного напряжения, которое будет только в том случае, если работает бло-кинг-генератор на транзисторе VT1. Если же блокинг-гене-ратор не возбуждается, необходимо перепаять оба конца любой из обмоток Т1, которая подключена к коллектору или базе VT1. После этого высокоомным вольтметром (например, ВК7-9) надо контролировать напряжение, подаваемое на счетчик импульсов. В связи с тем что плато [5] характеристик счетчиков широко и составляет приблизительно 100 В, выбираем оптимальное напряжение питания счетчика (UnocT = 380 В). В случае отсутствия высокоомного вольтметра наличие высокого напряжения можно проконтролировать кратковременным подключением простого вольтметра (с сопротивлением не ниже 10 кОм/В) на самом высоковольтном пределе вольтметра (1000-2000 В). При этом только фиксируется наличие напряжения, а не его величина.

   Таблица

   и пит. Б

   1 по тр.м А. одиночные импульсы

   1потр,чйкс.нА. регистрации повышенной активности

   3.75

   7.5

   ДО 9

   4.0

   8

   до 10

   4,5

   12,5

   до 14

   5,0

   18

   до 20

   5,5

   30

   до

   5.8

   38

   до 40

   Й.О

   4й

   до 46

   Для регулировки напряжения питания счетчика импульсов предназначена обмотка IV трансформатора Т1, которую при необходимости можно подключать последовательно или навстречу высоковольтной обмотке III. Если прибор собран без ошибок и имеется работоспособный счетчик, то после подачи напряжения питания будет фиксироваться натуральный фон, о чем будут сигнализировать одиночные вспышки в количестве 50-100 импульсов/мин. При регистрации радиоактивного излучения по прибору РА1 (в мкР/ч) необходимо фиксировать только показания прибора, которые в течение 0,5 с изменяются незначительно (стрелка колеблется вблизи некоторого значения шкалы прибора).

   Детали. В качестве трансформатора Т1 использовано тороидальное пермаллоевое кольцо размерами 18x26x5 мм. Вместо пермаллоевого кольца можно применить феррито-вое кольцо аналогичных размеров, однако в этом случае необходимо очень аккуратно выполнить намотку каждой обмотки по всему периметру ферритового кольца. Количество витков трансформатора составляет: I (коллекторная) – 30 витков ПЭВ 0,21-0,25, II (базовая) -56 витков ПЭВ 0,15-0,21, III (высоковольтная) – 660 витков ПЭВ 0,1-0,12, IV (наладочная) – 60 витков ПЭВ 0,1-0,12. В качестве прибора применен микроамперметр М476 со шкалой 0-100 мкА, однако можно применить и любой другой прибор с аналогичным пределом измерений (0-100 мкА). Разъем Х1 для подключения счетчика импульсов типа РШ2Н-1-17. Можно применить любой другой малогабаритный разъем.

   Конденсаторы высоковольтного выпрямителя емкостью 0,01 мкФ на рабочее напряжение 200 В типа БМ-2. Диоды выпрямительные типа КД105Г можно заменить на любые аналогичные. Резисторы R9, R11 мощностью 0,5 Вт, остальные резисторы маломощные (0,25 Вт или 0,125 Вт). Конденсаторы С6-С8 типа К50-6. Конденсатор СЮ типа К73-9. Транзистор VT4 – полевой с малым напряжением отсечки. Допускается замена на 2П103А, КП201Е. Транзистор VT1 -любой из серии МП21, МП25 или МП26. Транзисторы VT3, VT5, VT6 – любые кремниевые р-п-р типа.

   В заключение следует отметить, что в распоряжении радиолюбителей не всегда имеются приборы для выполнения точной калибровки шкалы радиометра. Поэтому его показания ориентировочные и их можно использовать только для приближенной оценки уровня мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Литература

   1. Молчанов А. Домашний дозиметр//Моделист-конструк-тор.-1992.-№8.-С.28-29.

   2. Нунупаров Г., Цветков А. Переносный радиометр. ВРЛ, Вып.84.1983.-С.1-7.

   3. Виноградов Ю. Измеритель интенсивности ионизирующего излучения//Радио – 1990 – №7.-С.31-35.

   4. Климчук Г. Дозиметр-радиометр//Радио.-1992. -№6.-С.12-17.

   5. Виноградов Ю. Счетчики Гейгера//Радио.-1992.-№9.-С.57-58.

   6. Счетчики ядерных излучений. Рекламный проспект Тех-снабэкспорта.- Внешторгиздат, 1987.

   

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты