Принцип действия
Схема счетчика Гейгера с трубкой с «торцевым окном» для излучения с низким проникновением. Громкоговоритель также используется для индикации
Счетчик Гейгера состоит из трубки Гейгера – Мюллера (чувствительный элемент, который улавливает излучение) и обрабатывающей электроники, которая отображает результат.
Трубка Гейгера – Мюллера заполнена инертным газом, таким как гелий , неон или аргон, при низком давлении, к которому приложено высокое напряжение. Трубка ненадолго проводит электрический заряд, когда частица или фотон падающего излучения делает газ проводящим за счет ионизации. Ионизация внутри трубки значительно усиливается за счет эффекта разряда Таунсенда, чтобы получить легко измеряемый импульс обнаружения, который подается на электронику обработки и отображения. Этот большой импульс от трубки делает счетчик Гейгера относительно дешевым в производстве, поскольку последующая электроника значительно упрощается. Электроника также генерирует высокое напряжение, обычно 400–900 вольт, которое необходимо приложить к лампе Гейгера – Мюллера, чтобы обеспечить ее работу. Чтобы остановить разряд в трубке Гейгера – Мюллера, в газовую смесь добавляют немного газообразного галогена или органического вещества (спирта).
Зачитать
Существует два типа считывания обнаруженного излучения: счетчики или доза облучения . Отображение счетчиков является самым простым и представляет собой количество обнаруженных событий ионизации, отображаемое либо в виде скорости счета, например, «количество в минуту» или «количество в секунду», либо в виде общего количества импульсов за заданный период времени (интегрированный общий). Считывание количества обычно используется при обнаружении альфа- или бета-частиц. Более сложным является отображение мощности дозы излучения, отображаемое в таких единицах, как зиверт, которые обычно используются для измерения мощности дозы гамма- или рентгеновского излучения. Трубка Гейгера – Мюллера может обнаруживать присутствие излучения, но не его энергию , которая влияет на ионизирующий эффект излучения. Следовательно, приборы, измеряющие мощность дозы, требуют использования трубки Гейгера – Мюллера с , чтобы отображаемая доза соответствовала зарегистрированным счетчикам. Электроника будет применять известные факторы для выполнения этого преобразования, которое является специфическим для каждого прибора и определяется конструкцией и калибровкой.
Показания могут быть аналоговыми или цифровыми, а современные приборы предлагают последовательную связь с главным компьютером или сетью.
Обычно есть возможность производить звуковые щелчки, отображающие количество обнаруженных событий ионизации. Это характерный звук, который обычно ассоциируется с портативными или портативными счетчиками Гейгера. Это позволяет пользователю сконцентрироваться на манипуляциях с инструментом, сохраняя при этом слуховую обратную связь по интенсивности излучения.
Ограничения
Есть два основных ограничения счетчика Гейгера. Поскольку выходной импульс трубки Гейгера – Мюллера всегда имеет одинаковую величину (независимо от энергии падающего излучения), трубка не может различать типы излучения. Во-вторых, трубка не может измерять высокие уровни излучения, потому что за каждым событием ионизации следует «мертвое время», нечувствительный период, в течение которого любое дальнейшее падающее излучение не приводит к подсчету. Обычно мертвое время снижает указанные скорости счета от примерно 10 4 до 10 5 отсчетов в секунду, в зависимости от характеристики используемой трубки. В то время как некоторые счетчики имеют схемы, которые могут это компенсировать, для точных измерений предпочтительнее использовать приборы с ионной камерой из-за высокой интенсивности излучения.
Альфа, бета, гамма и конструкция счетчиков
Альфа-излучение задерживается бумажкой. Бета-излучение можно экранировать листом оргстекла. А от жесткого гамма-излучения нужно строить стену из свинцовых кирпичей. Это знают, пожалуй, все. И все это имеет прямое отношение к счетчикам Гейгера: чтобы он почувствовал излучение, нужно, чтобы оно, как минимум, проникло внутрь. А еще оно должно не пролететь навылет, как нейтрино сквозь Землю.
Альфа бета гамма излучение/
Счетчик типа СБМ-20 (и его старший брат СБМ-19 и младшие СБМ-10 и СБМ-21) имеют металлический корпус, в котором нет никаких специальных входных окон. Из этого вытекает, что ни о какой чувствительности к альфа-излучению речи не идет. Бета-лучи он чувствует достаточно неплохо, но только если они достаточно жесткие, чтобы проникнуть внутрь. Это где-то от 300 кэВ. А вот гамма-излучение он чувствует, начиная с пары десятков кэВ.
А счетчики СБТ-10 и СИ-8Б (а также новомодные и малодоступные из-за ломовых цен Бета-1,2 и 5) вместо сплошной стальной оболочки имеют обширное окно из тонкой слюды. Через это окно способны проникнуть бета-частицы с энергией свыше 100-150 кэВ, что позволяет увидеть загрязнение углеродом-14, которое абсолютно невидимо для стальных счетчиков. Также окно из слюды позволяет счетчику чувствовать альфа-частицы.
Правда, в отношении последних надо смотреть на толщину слюды конкретных счетчиков. Так, СБТ-10 с его толстой слюдой его практически не видит, а у Беты-1 и 2 слюда тоньше, что дает эффективность регистрации альфа-частиц плутония-239 около 20%. СИ-8Б — где-то посередине между ними.
А вот теперь что касается пролета насквозь. Дело в том, что альфа- и бета-частицы счетчик Гейгера регистрирует практически все, что смогли проникнуть внутрь. А вот с гамма-квантами все печально. Чтобы гамма-квант вызвал импульс в счетчике, он должен выбить из его стенки электрон. Этот электрон должен преодолеть толщу металла от точки, где произошло взаимодействие, до внутренней поверхности, и поэтому «рабочий объем» детектора, где происходит его взаимодействие с фотонами гамма-излучения — это тончайший, в несколько микрон, слой металла. Отсюда ясно, что эффективность счетчика для гамма-излучения очень мала — в сто и более раз меньше, чем для бета-излучения.
Что такое дозиметр
дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.
Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов. Дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик.
Как сделать счетчик гейгера своими руками.
Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение. Щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.
Как правильно выбирать
Чтобы точно ответить на вопрос, какой счетчик Гейгера лучше выбрать, необходимо рассматривать конкретные условия его применения и основные технические параметры:
- Чувствительность – рассматривается как соотношение числа импульсов, задаваемых излучением, и количества микрорентген, выделяемого эталонным источником (имп./мкР). Скорость счета может измеряться и в импульсах за 1 сек. (имп./сек.).
- Параметры площади, сквозь которую проходят частицы (см2). При ее большей величине количество улавливаемых частиц возрастает.
- Рабочее напряжение. Его типичное значение составляет 400 В.
- Ширина рабочей характеристики как расхождение между уровнем напряжения искрового пробоя и его значением в точке выхода на «плато». Стандарт – 100 В.
- Наклон рабочей характеристики – допустимая статистическая ошибка при подсчетах (около 0,15%).
- Рабочая температура (от -50 до +70 градусов).
- Ресурс – максимальное число замеряемых импульсов до появления ошибки.
- Мертвый период, когда проводится ток при срабатывании.
- Собственный фон – излучение деталей устройства.
- Диапазон возможной регистрации – спектр воспринимаемых фотонов и частиц.
Счетчик Гейгера является достаточно полезным устройством, которое используется в работе дозиметров при оценке параметров среды. Существуют разные модели с определенными техническими характеристиками. Они предназначены для регистрации гамма-фотонов, а также альфа и бета-излучения.
Из чего состоит дозиметр.
Часто задаваемые вопросы
Чем отличается счетчик Гейгера от дозиметра?
Счетчик Гейгера – это деталь, датчик ионизирующего излучения в дозиметрической аппаратуре. Дозиметр – прибор, определяющий накопленную дозу ионизирующего излучения. Радиометр – прибор, показывающий мощность дозы ионизирующего излучения в данный момент времени в данной точке.
Почему счетчик Гейгера трещит?
Электрические импульсы во внешней цепи, которые возникают при вспышке разряда, усиливаются. Именно их и регистрирует магнитный счетчик. Число таких импульсов зависит от уровня радиации и, соответственно, напряжения на его электродах. Чем выше радиация, тем сильнее треск.
Какие частицы регистрирует счетчик Гейгера?
Счетчик Гейгера способен регистрировать гамма-частицы и бетта-частицы так как остальные не могут проникнуть в счетчик и вызвать ионизации аргона. внутри счетчика.
Параметры и режимы работы счетчика Гейгера
Чтобы рассчитать чувствительность счетчика, оцените отношение количества микрорентген от образца к числу сигналов от этого излучения. Прибор не измеряет энергию частицы, поэтому не дает абсолютно точной оценки. Калибровка устройств происходит по образцам изотопных источников.
Также нужно смотреть на следующие параметры:
Рабочая зона, площадь входного окна
Характеристика площади индикатора, через которую проходят микрочастицы, зависит от его размеров. Чем шире площадь, тем большее число частиц будет поймано.
Рабочее напряжение
Напряжение должно соответствовать средним характеристикам. Сама характеристика работы — это плоская часть зависимости количества фиксированных импульсов от напряжения. Ее второе название – плато. В этом месте работа прибора достигает пиковой активности и именуется верхним пределом измерений. Значение – 400 Вольт.
Рабочая ширина
Рабочая ширина — разница между напряжением выхода на плоскость и напряжением искрового разряда. Значение – 100 Вольт.
Наклон
Величина измеряется в виде процента от количества импульсов на 1 вольт. Он показывает погрешность измерения (статистическую) в подсчете импульсов. Значение – 0,15 %.
Температура
Температура важна, поскольку счётчик часто приходится применять в сложных условиях. Например, в реакторах. Счетчики общего использования: от -50 до +70 С по Цельсию.
Рабочий ресурс
Ресурс характеризуется общим числом всех импульсов, зафиксированных до момента, когда показания прибора становятся некорректными. Если в устройстве есть органика для самогашения, количество импульсов составит один миллиард. Ресурс уместно подсчитывать только в состоянии рабочего напряжения. При хранении прибора расход останавливается.
Время восстановления
Это промежуток времени, за который устройство проводит электричество после реагирования на ионизирующую частицу. Существует верхний предел для частоты импульсов, ограничивающий интервал измерений. Значение – 10 микросекунд.
Из-за времени восстановления (его ещё называют мертвое время) прибор может подвести в решающий момент. Для предотвращения зашкаливания производители устанавливают свинцовые экраны.
Немного об ионизирующих излучениях
Можно было бы сразу перейти к описанию детектора, но его работа покажется непонятной, если вы мало знаете об ионизирующих излучениях. При излучении происходит эндотермическое влияние на вещество. Этому способствует энергия. К примеру, ультрафиолет или радиоволна к таким излучениям не относятся, а вот жесткий ультрафиолетовый свет — вполне. Здесь определяется граница влияния. Вид именуется фотонным, а сами фотоны — это γ-кванты.
Эрнст Резерфорд поделил процессы испускания энергии на 3 вида, используя установку с магнитным полем:
- γ — фотон;
- α — ядро атома гелия;
- β — электрон с высокой энергией.
От частиц α можно защититься бумажным полотном. β проникают глубже. Способность проникновения γ самая высокая. Нейтроны, о которых ученые узнали позже, являются опасными частицами. Они воздействуют на расстоянии нескольких десятков метров. Имея электрическую нейтральность, они не вступают в реакцию с молекулами разных веществ.
Однако нейтроны легко попадают в центр атома, провоцируют его разрушение, из-за чего образуются радиоактивные изотопы. Распадаясь, изотопы создают ионизирующие излучения. От человека, животного, растения или неорганического предмета, получившего облучение, радиация исходит несколько дней.
Фото счетчика Гейгера
Также рекомендуем просмотреть:
- Полировка фар своими руками
- Строительные леса своими руками
- Точилка для ножей своими руками
- Антенный усилитель
- Восстановление аккумулятора
- Мини паяльник
- Как сделать электрогитару
- Оплетка на руль
- Фонарик своими руками
- Как заточить нож для мясорубки
- Электрогенератор своими руками
- Солнечная батарея своими руками
- Течет смеситель
- Как выкрутить сломанный болт
- Зарядное устройство своими руками
- Схема металлоискателя
- Станок для сверления
- Нарезка пластиковых бутылок
- Аквариум в стене
- Врезка в трубу
- Стеллаж в гараж своими руками
- Симисторный регулятор мощности
- Фильтр низких частот
- Вечный фонарик
- Нож из напильника
- Усилитель звука своими руками
- Трос в оплетке
- Пескоструйный аппарат своими руками
- Генератор дыма
- Ветрогенератор своими руками
- Акустический выключатель
- Воскотопка своими руками
- Туристический топор
- Стельки с подогревом
- Паяльная паста
- Полка для инструмента
- Пресс из домкрата
- Золото из радиодеталей
- Штанга своими руками
- Как установить розетку
- Ночник своими руками
- Аудио передатчик
- Датчик влажности почвы
- Древесный уголь
- Wi-Fi антенна
- Электровелосипед своими руками
- Ремонт смесителя
- Индукционное отопление
- Стол из эпоксидной смолы
- Трещина на лобовом стекле
- Эпоксидная смола
- Как поменять кран под давлением
- Кристаллы в домашних условиях
Помогите проекту, поделитесь в соцсетях 
КОД
Напишем код для определения количества радиации.
Arduino
#include <SPI.h>
#define LOG_PERIOD 15000 //Период регистрации в миллисекундах, рекомендуемое значение 15000-60000.
#define MAX_PERIOD 60000 //Максимальный период регистрации.
unsigned long counts; //
unsigned long cpm; //
unsigned int multiplier; //
unsigned long previousMillis; //
float uSv; // Переменная для перевода в микроЗиверты
float ratio = 151.0; // Коофициент для перевода импульсов в микроЗиверты
float uP = 0;
const byte interruptPin = D2; // Порт ESP к которому подключен счетчик
void tube_impulse(){ //Функция подсчета имульсов
counts++;
}
void setup(){ //
counts = 0;
cpm = 0;
multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD;
Serial.begin(9600);
interrupts();
pinMode(interruptPin, INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), tube_impulse, FALLING); //Определяем количество импульсов через внешнее прерывание на порту
}
void loop(){ //Основной цикл
unsigned long currentMillis = millis();
if(currentMillis — previousMillis > LOG_PERIOD){
previousMillis = currentMillis;
cpm = counts * multiplier;
Serial.println(cpm);
uSv = cpm / ratio ;
Serial.println(uSv);
uP = uSv * 100 ;
Serial.println(uP);
counts = 0;
}
}
|
1 |
#include <SPI.h> unsignedlongcounts;// unsignedlongcpm;// unsignedintmultiplier;// unsignedlongpreviousMillis;// floatuSv;// Переменная для перевода в микроЗиверты floatratio=151.0;// Коофициент для перевода импульсов в микроЗиверты floatuP=; constbyteinterruptPin=D2;// Порт ESP к которому подключен счетчик voidtube_impulse(){//Функция подсчета имульсов counts++; } voidsetup(){// counts=; cpm=; multiplier=MAX_PERIOD/LOG_PERIOD; Serial.begin(9600); interrupts(); pinMode(interruptPin,INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin),tube_impulse,FALLING);//Определяем количество импульсов через внешнее прерывание на порту
} voidloop(){//Основной цикл unsignedlongcurrentMillis=millis(); if(currentMillis-previousMillis>LOG_PERIOD){ previousMillis=currentMillis; cpm=counts*multiplier; Serial.println(cpm); uSv=cpm/ratio; Serial.println(uSv); uP=uSv*100; Serial.println(uP); counts=; } } |
Расписывать код не вижу смысла. Он неплохо прокомментирован. Основной принцип подсчета сводиться, к подсчету количества импульсов от трубки J350Br, используя прерывание на порту D2. После того как получили количество импульсов, переводим наши «попугаи» в микрозиверты и микрорентгены. Конечно без калибровки наши данные так и останутся «попугаями», поэтому лучше всего найти эталонный источник радиации и попробовать откалибровать наш счетчик.
Список деталей нужных для радиосхемы
- 1 BPW34 фотодиода
- 1 LM358 ОУ
- 1 транзистор 2N3904
- 1 транзистор 2N7000
- 2 конденсатора 100 НФ
- 1 конденсатор 100 мкФ
- 1 конденсатор 10 нФ
- 1 конденсатор 20 нФ
- 1 10 Мом резистор
- 2 1.5 Мом резистора
- 1 56 ком резистор
- 1 150 ком резистор
- 2 1 ком резистора
- 1 250 ком потенциометр
- 1 Пьезодинамик
- 1 Тумблер включения питания
Как вы можете видеть из схемы, она настолько проста, что собирается за пару часов. После сборки убедитесь, что полярность динамика и светодиода, являются правильными. Наденьте на фотодиод медные трубки и изоленту. Она должна плотно прилегать. Просверлите отверстие в боковой стене алюминиевого корпуса для тумблера, а сверху для фотодатчика, светодиода и регулятора чувствительности.
Интересно почитать: Как смастерить датчик движения своими руками.
Больше никаких дырок в корпусе быть не должно, так как схема очень чувствительна к электромагнитным наводкам. После того, как все электрические компоненты будут соединены, вставьте батарейки. Мы использовали три сложеные вместе CR1620 батареи. Изоленту обмотайте вокруг трубок, чтобы они не смещались.
Это также поможет закрыть свет от воздействия на фотодиод. Вот теперь всё готово для начала обнаружения радиоактивных частиц. Проверить его в действии можно на любом тестовом источнике радиации, который вы можете найти в специальных лабораториях или в школьных кабинетах, по проведению практических работ.
https://youtube.com/watch?v=88GYaKCJPAk
Виды счётчиков Гейгера
По конструкции счетчики Гейгера бывают 2 видов: плоский и классический.
Таблица – Основные параметры некоторых счетчиков Гейгера.
Классический
Сделан из тонкого гофрированного металла. За счет гофрирования трубка приобретает жесткость и устойчивость к внешнему воздействию, что препятствует ее деформации. Торцы трубки оснащены стеклянными или пластмассовыми изоляторами, в которых находятся колпачки для вывода к приборам. На поверхность трубки нанесен лак (кроме выводов). Классический счетчик считается универсальным измерительным детектором для всех известных видов излучений. Особенно для γ и β.
Плоский
Чувствительные измерители для фиксации мягкого бета-излучения имеют другую конструкцию. Из-за малого количества бета-частиц, их корпус имеет плоскую форму. Есть окошко из слюды, слабо задерживающее β. Датчик БЕТА-2 – название одного из таких приборов. Свойства других плоских счетчиков зависят от материала.
Как сделать антенну Харченко для Т2 своими руками.
Читать далее
Устройство и схема трехфазного трансформатора.
Читать далее
Чем отличается пусковой конденсатор от рабочего.
Читать далее
Самодельные дозиметры, зачем они нужны?
Счетчик Гейгера является специфическим элементом дозиметра, совершенно недоступным для самостоятельного изготовления. Кроме того, он встречается только в дозиметрах или продается отдельно в магазинах радиотоваров. Если этот датчик есть в наличии, все остальные компоненты дозиметра могут быть собраны самостоятельно из деталей разнообразной бытовой электроники: телевизоров, материнских плат и др. На радиолюбительских сайтах, форумах сейчас предлагается около десятка конструкций. Собирать стоит именно их, поскольку это самые отработанные варианты, имеющие подробные руководства по настройке и наладке.
Схема включения счетчика Гейгера всегда подразумевает наличие источника высокого напряжения. Типичное рабочее напряжение счетчика — 400 вольт. Его получают по схеме блокинг-генератора, и это самый сложный элемент схемы дозиметра. Выход счетчика можно подключить к усилителю низкой частоты и подсчитывать щелчки в динамике. Такой дозиметр собирается в экстренных случаях, когда времени на изготовление практически нет. Теоретически, выход счетчика Гейгера можно подключить к аудиовходу бытовой аппаратуры, например, компьютера.
Самодельные дозиметры, пригодные для точных измерений, все собираются на микроконтроллерах. Навыки программирования здесь не нужны, так как программа записывается готовой из бесплатного доступа. Сложности здесь типичные для домашнего электронного производства: получение печатной платы, пайка радиодеталей, изготовление корпуса. Все это решается в условиях небольшой мастерской. Самодельные дозиметры из счетчиков Гейгера делают в случаях, когда:
- нет возможности приобрести готовый дозиметр;
- нужен прибор со специальными характеристиками;
- необходимо изучить сам процесс постройки и наладки дозиметра.
Самодельный дозиметр градуируется по естественному фону с помощью другого дозиметра. На этом процесс постройки заканчивается.
Как работает счетчик Гейгера?
Конструкция счетчика Гейгера очень проста. По сути, это конденсатор, внутри которого находится инертный газ: неон, аргон и так далее. Так называются летучие вещества, которые участвуют в очень малом количестве химических реакций. Чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно искусственно ионизировать каждый атом. Когда внутрь цилиндрического конденсатора попадает ионизирующее излучение, газ вступает в реакцию и возникает электрический ток. Именно из-за того, что внутри счетчика Гейгера возникают электрические разряды, в случае обнаружения радиации прибор и издает треск.
Счетчик Гейгера, подключенный к радиометру
Благодаря максимально простой конструкции, счетчики Гейгера стоят дешево. Поэтому их активно используют в случаях, когда нужно фиксировать всплески радиации на больших территориях — иногда приборами покрывают десятки, а временами даже сотни квадратных метров. Точность счетчика Гейгера равна 100%, потому что для возникновения электрического разряда разряда внутри конденсатора достаточно одной электрон-ионной пары.
