Схема простого радиометра

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

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.

Автор:  О. В. Никитенко, г. Киев

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.