Счетчик гейгера своими руками из неоновой. Самодельный счетчик гейгера

Левша 1995 №10

Описанный выше прибор для измерения уровня радиации привлекателен прежде всего простотой своего изготовления. Однако есть в нем и свой маленький нюанс: важнейшую деталь устройства, а именно - датчик излучения, который, собственно, и является основой счетчика Гейгера-Мюллера, достать не всем по силам. И хотя устройство счетчика известно из учебника физики, сделать его в домашних условиях практически невозможно - прибор достаточно сложен. Однако не стоит отчаиваться! Взамен устройства, описанного в предыдущей статье, можно сделать другое, доступное многим. Вместо счетчика изготовим неплохой заменитель, который вполне сможет регистрировать бета- и гамма- излучения.

Возьмите стартер от люминесцентной пампы и включите его в сеть последовательно с лампой накаливания 15 ватт (см. рисунок 1). Вот и получился простейший счетчик Гейгера. Теперь главное - выйти на рабочий режим. Наш счетчик работает так: после включения в сеть через газовый разрядный промежуток в стартере между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 начинает идти слабый ток; его силы недостаточно для горения лампы 3. Некоторое время спустя изогнутая биметаллическая пластина 1 нагревается, немного разгибается, прикасается к столбику 2 и замыкает цепь.

В этот момент загорается лампа накаливания 3. Примерно через 0,25 секунды биметаллическая пластина 1 остывает, снова сгибается, отходит от столбика 2, ток в цепи ослабевает, и лампа накаливания 3 гаснет. Между биметаллической пластиной 1 и столбиком 2 снова возникает тлеющий разряд, пластина опять нагревается, и процесс повторяется.

Теоретически он должен идти с какой-то регулярной периодичности, то есть лампа накаливания 3 должна, например, каждые пять секунд загораться и гаснуть. V некоторых стартеров так и бывает. Однако стартеры для люминесцентных ламп значительно разнятся по своим параметрам. Многие предприятия во время ремонтов часто выбрасывают металлическую арматуру для люминесцентных ламп, и если подобрать сразу 15 - 20 стартеров на 220 вольт, то среди них наверняка найдется один подходящий.

У части стартеров тлеющий разряд в разрядном промежутке недостаточен, чтобы нагреть пластину и замкнуть цепь, и лампа накаливания 3 не горит вообще.

Рабочий режим счетчика базируется на том явлении, что слабый разряд не может нагреть пластину, но в момент пролета частицы ток усиливается, пластина нагревается и на мгновение прикасается к столбику. Тут-то лампа накаливания и вспыхивает. Затем стартёр снова переходит в режим ожидания. Нерегулярность вспышек как раз и свидетельствует о том, что мы попали в рабочий режим. Перерыв между вспышками может варьировать от 0,1 до 3-5 с при, повторяем, полном отсутствии регулярности.

В учебнике физики сказано, что стандартный фабричный счетчик Гейгера не регистрирует частицы в момент искры (щелчка или срабатывания индикатора). У нашего счетчика этот момент существенно больше. Пластине нужно нагреться, а лампе накаливания - вспыхнуть и погаснуть. Но так как естественный фон радиоактивности невысок, а время срабатывания раз в 20 - 30 меньше периода пролета частиц, то результаты работы счетчика удовлетворительны. В минуту должно быть примерно от 12 до 25 вспышек.

У фабричных счетчиков существует зависимость числа срабатываний N от напряжения U (рис. 2). Если батарея дает низкое напряжение, то регистрируются не все частицы. При подаче расчетного для данного счетчика напряжения на графике появляется плато Гейгера, то есть все частицы регистрируются. При дальнейшем повышении напряжения увеличивается количество ложных срабатываний, и затем происходит непрерывный пробой - кривая на графике уходит вверх.

Все это справедливо и для нашего счётчика. Таким образом, режим регистрации частиц относительный. Если стартер лежит на столе, счетчик срабатывает реже, а если поднести к стартеру пыльную тряпку, то количество вспышек в минуту увеличивается - ведь пыль всегда содержит радиоактивные изотопы.

Следует учитывать и колебания силы тока в цепи, но в течение 20-30 минут она, как правило, постоянна. Предпочтительно также проводить измерения поздним вечером. Если у вас есть подстроечный трансформатор-стабилизатор со встроенным вольтметром от старого телевизора - вообще прекрасно. Главное, наш счетчик позволяет проводить относительные измерения - определять степень радиоактивности, скажем, овощей или интересующих вас предметов. Можно, наконец, тарировать счетчик по стандартному фабричному, взяв его ненадолго у кого-то из друзей или знакомых.

Счетчик радиации Гейгера-Мюллера является сравнительно простым инструментом для измерения ионизирующих излучений. В простейшем случае он делается с одним датчиком . Чтобы увеличить чувствительность, конструкция, представленная здесь, содержит сразу 3 советских СТС-5 детекторных ламп. Это важно для измерения природных источников с низким уровнем излучения, таких как почва, камни, вода.

Принцип работы газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера заключается в том, что когда высокое напряжение (обычно 400 В) подаётся на датчик, трубка обычно не проводит электричество, но проводит в течение короткого периода, когда появляется излучение частиц. Эти импульсы поступают на детектор. Уровень ионизирующего излучения пропорционален количеству импульсов, обнаруженных в постоянном интервале времени.

Счетчик радиации состоит из двух электродов, ионизирующая частица создает искровой промежуток между ними, чтобы уменьшить величину тока, которая возникает в этой ситуации, последовательно с трубкой ставится резистор. Отмечен по схеме как R5. Есть разные способы получения сигнала от трубки, в представленном здесь, резистор соединены последовательно между трубой и землей, изменения напряжения на резисторе измеряется с помощью детектора. Этот резистор обозначен как R6.

Здесь микросхема MC34063 - это преобразователь постоянного тока, так как для нормальной работы требуется высокое напряжение. Ее преимущество перед простой NE555 или аналогичных генераторов заключается в том, что она может контролировать выходное напряжение и настраивает параметры, чтобы сделать его стабильным (элементы R3, R4, С3).

Микросхема ОУ IC1A используется в качестве компаратора для фильтрации шумов и формирования двоичного сигнала (низкий - нет импульса на данный момент, максимум - импульс прошёл). Напряжение питания схемы 5 В, потребляемый ток - 30 мА.

Запуск и устранение возможны неполадок

Напряжение на С4 должны быть в допустимых пределах для используемого счетчика Гейгера-Мюллера. Обычно оно составляет около 400 В - будьте осторожны во время проведения измерений! Если напряжение выходит за пределы диапазона, то с помощью С1 (частота DC/DC преобразователь), С3, R3, R4 (обратная связь напряжение тока DC/DC преобразователь) может быть скорректировано.

Следующим важным моментом является наличие или отсутствие импульсов на R6. Если нет импульсов, надо проверить подключена ли трубка детектора согласно полярности. Аналогично диоду, счетчик Гейгера имеет свою полярность и при подключении в обратном направлении он будет работать неправильно.

Если импульсы на R6 видны, но состояние выхода IC1A не меняется, тогда R7, R8 должны быть изменены, они задают пороговое значение сигнала. Как видно на фотографии, был использован цифровой частотомер блок 32F429I для подсчета импульсов и визуализации результатов. Схема, представленная в этом проекте, может быть скорректирована для работы с любыми другими датчиками излучений Гейгера - они различаются по требуемому напряжению.

В наш век техногенных катастроф необходимо защитить себя от их последствий в виде радиоактивного заражения. А для этого ионизирующее излучение необходимо обнаружить. Поэтому при отсутствии промышленных приборов любой радиолюбитель может попытаться изготовить счетчик Гейгера своими руками.

Гейгера?

Для измерения радиоактивного фона учеными и инженерами разработаны приборы - счетчики Гейгера. В качестве датчика альфа-, бета- и гамма-излучений используется герметичная газоразрядная трубка, наполненная смесью инертных газов, названная в честь ученых-изобретателей счетчиком Гейгера - Мюллера. Но профессиональные приборы мало доступны современному обывателю и довольно дороги.

Разработано несколько разновидностей подобных конструкций. Счетчик Гейгера своими руками из неоновой лампы может изготовить даже самый неподготовленный сталкер для выживания в постапокалиптическом мире.

Разновидности конструкций самодельных счетчиков Гейгера

Счетчик Гейгера своими руками разработали и изготовили уже многие конструкторы-любители. Вариантов конструкций много. Известны наиболее распространенные схемы самодельных разработок:

Радиометр, с использованием стартера от лампы дневного света или неоновой лампы в качестве датчика бета- и гамма-излучения.
Простой самодельный индикатор радиации на базе датчика СТС-5.
Простейший дозиметр с датчиком СБМ-20.
Малогабаритный радиационный индикатор на базе датчика СБТ-9.
Индикатор ионизирующего излучения на базе датчика из полупроводникового прибора - диода.
Простейший индикатор радиации с самодельным разрядником, изготовленным из ПЭТ-бутылки и консервной банки.

Преимущества и недостатки конструкций

Конструкции самодельных дозиметров и индикаторов радиации с использованием датчиков СБМ-20, СТС-5, СБТ-9 достаточно просты, имеют высокую чувствительность. Но у них есть очень важный недостаток - это промышленные датчики ионизирующего излучения, которые труднодоступны и дороги для покупки.

Индикатор радиации с датчиком из полупроводникового прибора дешев, но, в связи с нелинейностью характеристик полупроводников, труден в настройке, чувствителен к изменению температуры и напряжению питания.

Прибор с самодельным датчиком из ПЭТ-бутылки предельно прост, но требует схемы с полевым транзистором, который не всегда доступен для самодельщика. Кроме того, полевые транзисторы склонны к пробою в условиях сильной радиации.

Наиболее доступными являются конструкции с датчиками на базе стартера от неисправных ламп дневного света или неоновой лампы. К недостаткам датчика из стартера, как и неоновой лампы, необходимо отнести чувствительность к изменению температуры и напряжения питания, необходимость экранирования датчика от света и электромагнитного излучения. К преимуществам относится простота изготовления и настройки счетчика Гейгера своими руками.

Схема индикатора радиации c неоновой лампой в качестве датчика

Изготовление счетчика Гейгера своими руками следует начинать с изучения принципиальной схемы устройства. В этой схеме в качестве датчика гамма- и бета-излучения используется неоновая лампочка.

Рассмотрим принципиальную схему.

Чтобы выпрямить переменный ток, применен диод D1. Для обеспечения постоянного напряжения 100 В использована стабилизационная схема на основе стабилитрона D2. Параметры резистора R1 находятся в зависимости от питающего напряжения Vac и рассчитываются по формуле

R1=(Vac-100V)/(5 мА).

Переменным сопротивлением R2 устанавливается напряжение на неоновой лампочке немного ниже напряжения поджигания. Неоновая лампа в режиме ожидания не должна гореть. При пролете радиоактивных частиц через стеклянную колбу, происходит ионизация инертного газа и вспышка лампы.

В момент вспышки лампы на сопротивлении R3 произойдет падение напряжения, а на неоновой лампе появится напряжение, меньше напряжения удержания. На лампе не будет прохождения тока до момента зажигания ее ионизирующей частицей. В момент краткого протекания тока через лампу в громкоговорителе прозвучит громкий щелчок. После сборки счетчика Гейгера своими руками из неоновой лампы можно приступать к его настройке.

Настройка и калибровка счетчика Гейгера

Разработанная модель постапокалиптического счетчика Гейгера своими руками настраивается просто. Переменным сопротивлением R2 прибор переводится в на грани срабатывания датчика из неоновой лампы. Далее для эксперимента, к индикатору радиоактивности приближается пыльная тряпка и регулирующим резистором R2 подстраивается чувствительность прибора. Так как в пыли полно радиоактивных изотопов, неоновая лампочка индикатора радиоактивности при правильной настройке должна периодически вспыхивать, головка громкоговорителя должна издавать стрекочущие звуки и щелчки.

Для более точной калибровки прибора необходимо применить доступный источник радиации. Им может быть тумблер от военной радиоаппаратуры с нанесенным на него светящимся радиоактивным люминофором. Калибровка осуществляется с помощью образцового стандартного дозиметра. Частота срабатывания самодельного счетчика Гейгера подстраивается под частоту подсчета уровня радиации промышленного дозиметра. Для калибровки также может применяться стандартный источник радиации, которым, как правило, укомплектован военный дозиметр.

Материалы и инструменты для сборки счетчика Гейгера

При сборке своими руками счетчика Гейгера материалы могут применяться любые, доступные радиолюбителю. Главное, чтобы номиналы радиодеталей соответствовали приведенной схеме. Необходимо правильно подобрать в качестве датчика неоновую лампу, чтобы напряжение зажигания примерно соответствовало 100 В. При этом радиодетали могут быть как импортные, так и отечественные. Параметры деталей необходимо подобрать, используя справочную литературу.

Важно отметить, что в приведенной принципиальной схеме использовано переменное напряжение питания от сети Vac =220 В по бестрансформаторной схеме, а это опасно поражением организма электрическим током. Для предотвращения электрической травмы, следует изготовить корпус прибора из электроизоляционного материала. Для этой цели подойдет плексиглас, гетинакс, стеклотекстолит, полистирол, другие слоистые пластики.

При сборке счетчика Гейгера своими руками инструмент применяется самый разнообразный:

Электрический паяльник мощностью 60 Вт необходим для пайки радиодеталей.
Ножовка по металлу широко используется для распиливания фольгированного стеклотекстолита, при изготовлении печатной платы. Применяется для раскройки и разрезания пластиковых деталей корпуса.
Электродрель применяется для сверления отверстий в печатной плате, сборки корпуса на уголках.
Пинцет крайне необходим для работы с мелкими деталями при пайке и монтаже электрической схемы.
Бокорезы рекомендуются для обрезки выступающих выводов радиодеталей.
Для пуско-наладки прибора совершенно необходим элементарный тестер, с помощью которого потребуется провести замеры напряжения в контрольных точках, а также других электрических параметров.
Для автономного электропитания подлинно постапокалиптического счетчика Гейгера желательно подключить аккумуляторную батарею напряжением 4,5-9 В, для чего применить любую простейшую схему преобразователя напряжения до 220 В переменного тока.

При работе с электричеством и следует выполнять требования техники безопасности.

Радиоактивный фон среды обитания человека является важнейшим фактором, обусловливающим ее пригодность и привлекательность для жизни. Поэтому дозиметры и радиометры являются эффективным средством контроля в производстве и быту. Их составным элементом является счетчик Гейгера – чувствительный элемент, позволяющий оценить концентрацию ионизирующих веществ в воздушных массах в течение определенного периода времени.

Устройство и принцип функционирования

Чтобы понять преимущества и недостатки счетчиков Гейгера, необходимо определить особенности его устройства. Приспособление имеет вид герметической трубки. Она может быть изготовлена из стекла или металла.

Из трубки откачивается воздух, внутрь под давлением закачивается инертный неон или аргон. В составе инертных газов присутствуют галогенные или спиртовые примеси.

Вдоль осевого сечения в трубке натягивается проволока с малым диаметром. В коаксиальной связи с ней предусмотрен цилиндр из металла.

Трубка с проволокой играют роль электродных элементов. Это катод и анод соответственно. К трубке подсоединяется минусовая полярность источника напряжения, а к проволоке-аноду – «плюс» посредством постоянного сопротивления с повышенным значением.

В получаемом делителе напряжения присутствует точка соединения сопротивления с анодом устройства. В ней напряжение сравнивается с напряжением источника.

Принцип действия счетчика Гейгера предполагает, что по трубке перемещается ионизирующая частица. В этот период атомы газа сталкиваются с ней. Передаваемая частице энергия влияет на энергетическое поле, что приводит к отрыву электронов от атомов аргона или неона.

Формируются вторичные электроны. Они продуцируют новые столкновения. Электрическое поле способствует ускоренному перемещению электронов к аноду. Газовые ионы с соответствующим зарядом перемещаются в сторону катода. Все это приводит к появлению тока электрического типа.

Заряженная частица, попадая в счетчик Гейгера и приводя к появлению тока, провоцирует снижение сопротивления в трубке, а также изменение параметров напряжения в делителе.

В последующем уровень сопротивления и напряжения приходят к первоначальному состоянию, что вызывает отрицательный импульс. Эти импульсы просчитываются, и определяется количество частиц, прошедших сквозь трубку.

Конструктивные особенности

Схема устройства счетчика ориентирована на возможность определения альфа, бета и гамма-излучения. В практике используются счетчики классического типа и плоские.

Первый вариант представляет собой трубку с тонкими стенками, изготовленную из металла с элементом гофрирования, что повышает прочность и жесткость устройства. Изоляторы на торцах производятся из стекла или пластмассы термореактивного вида. Трубка обработана лаком с изоляционным действием. Может применяться в основном для альфа и бета-частиц.

Плоские счетчики ориентированы на бетта-излучение. У них предусмотрено слюдяное окно. Оно минимально влияет на проходимость этого типа излучения. В приспособлениях, рассчитанных на гамма-излучение, катод изготавливается из металла, у которого зарядовое число велико.

А вот под бета-частицы предназначаются трубки с окнами очень маленькой толщины, что обеспечивает лучшее прохождение этих частиц. Альфа-частицы отличаются быстрой потерей энергии при контакте с молекулами. Поэтому стандартный счетчик оценивает альфа-излучение с требуемой точностью на расстоянии не более нескольких сантиметров.

Сфера применения

На рынке можно встретить несколько популярных моделей данных устройств. Область применения счетчиков Гейгера довольно широка:

замеры и регистрация γ-фотонов и жесткого бета-излучения;
идентификация фотонов рентгеновского и гамма-излучения;
оценка гамма-лучей и мягкого бета-излучения;
регистрация альфа-частиц.

Выпускаются дозиметры как профессионального, так и бытового типа. Для повышения точности и объективности замеров предусматривается использование двух параллельно работающих счетчиков.

Обратите внимание!

Один ориентирован на регистрацию альфа и бета-излучения, а второй настроен на гамма-лучи. Особенности разных модификаций можно увидеть на фото счетчиков Гейгера.

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.

Фото счетчика Гейгера

Обратите внимание!

На свалке вы облюбовали себе коронное место, койка возле старого рентгеновского аппарата, правда иногда подташнивает, но это наверное из-за бесплатной еды в McDonald’s. Сделать по схеме самодельный дозиметр или простой счетчика Гейгера вы не удосужились, и у вас начали выпадать волосы. Когда вы поймете, что это не из-за шампуня, а от ионизирующей радиации, то наверняка захотите узнать как сделать счетчик Гейгера своими руками в домашних условиях из неоновой лампы, работающим на бета и гамма излучение, а также как собрать простой индивидуальный дозиметр из обычного тестера, спицы, проволоки и пластиковой бутылки.

Как сделать счетчик Гейгера (дозиметр)?

Принцип действия счетчика Гейгера своими руками основан на зажигании неоновой лампы потоком ионизирующих частиц (наше устройство будет регистрировать бета- и гамма- излучение). Берем простую неоновую лампу и подключаем ее к схеме, которая отрегулирует силу тока чуть ниже, чем напряжение зажигания самой лампы. Чем больше излучение, тем больше раз неоновая лампа будет переходить в фазу «зажигания», через громкоговоритель издавая характерный треск и предупреждая нас о радиации.

Схема счетчика Гейгера в домашних условиях? (питание от сети!):

Диод D1 выпрямляет переменный ток. Стабилитрон D2 стабилизирует напряжение на уровне 100 Вольт, а сила сопротивления резистора R1 находится при помощи формулы: R=(Vac-100V)/(5мА). Резистором R2 отрегулируйте напряжение, чтобы лампа почти зажигалась.

Схема простого дозиметра излучения.

В отличии от самодельного счетчика Гейгера, который регистрирует бета- и гамма- излучение на данный момент времени, принцип действия дозиметра отличается лишь тем, что он интегрирует дозу излучения, что видно из единиц измерения прибора, количество радиации на отрезок времени.

Схема простого дозиметра.

Как видно из рисунка, пластиковая бутылка разрезается так, чтобы изогнутая металлическая спица, продетая через отверстия в крышке бутылки, почти касалась дна консервной банки, в которую эта бутылка вставлена. Далее к спице прикрепляется полевой транзистор КП 302А, к которому последовательно подсоединяется обычный китайский тестер сопротивления.

Последним этапом для изготовления простого дозиметра излучения в домашних условиях будет обмотать медную проволоку одним слоем вокруг консервной банки и соединить её с черным щупом тестера.

В отличии от счетчика Гейгера своими руками, результат работы индивидуального дозиметра будет не в силе характерного треска, а отображается на табло тестера в режиме измерения сопротивления. Советуем вам откалибровать его при помощи контрольного источника радиации. Помните, что самодельный дозиметр эффективен лишь на очень близком расстоянии от источника ионизирующего излучения.

(Visited 6 253 times, 1 visits today)