Описываемый индикатор был разработан из подручных деталей в 1986 г после Чернобыля. Целью было сделать малогабаритный несложный, но достаточно чувствительный индикатор загрязнения окружающей среды и продуктов питания. Известно, что человек постоянно подвергается радиоактивному облучению, как космическому, так и земному, источники которого - газ радон, выделяющийся из земной коры, различные радиоактивные минералы, находящиеся в почве, строительных материалах, часах и приборах со светящимися стрелками и циферблатами, особенно выпущенные в первой половине прошлого века, когда в них использовался радий. Применяются источники радиоактивного излучения и сегодня, например, в датчиках задымления. Подробно эта проблема изложена в [1].
Многие самодельные индикаторы радиоактивности, например, описанный в [2], позволяют заметить только довольно значительное превышение уровня излучения над естественным фоном, который крайне неравномерен. При малом уровне облучения вспышки светового индикатора или щелчки звукового происходят со случайными интервалами, от долей секунды до единиц и даже десятков секунд. Поэтому при их подсчёте "в уме" трудно не сбиться и недооценить или переоценить опасность наблюдаемого уровня облучения. Для достоверности приходится повторять процедуру несколько раз, точно соблюдая по секундомеру её продолжительность.
Правда, незначительное превышение фона практически безопасно для человека при внешнем воздействии. Однако при попадании радиоактивного вещества внутрь картина резко меняется. Особенно вредны альфа-частицы, излучаемые таким веществом, попавшим, например, в лёгкие с пылью. Они интенсивно разрушают окружающие ткани.
Предлагаемый индикатор способен зафиксировать очень небольшие превышения фона. Он позволил, например, обнаружить радиоактивное загрязнение некоторых образцов чая, сухого травяного сбора и сгущённого молока, которое не удавалось определить, подсчитывая вспышки светодиода.
Схема индикатора приведена на рисунке. Он состоит из источника высокого напряжения, датчика радиоактивных частиц (счётчика Гейгера), счётчика импульсов, расширителя импульсов, таймера и индикаторов на светодиодах.
Схема индикатора радиоактивности
В приборе применён счётчик Гейгера СБТ-11 (BD1), поскольку из всех малогабаритных, имевшихся у меня, только он благодаря тонкой слюде (20...25 мкм), закрывающей чувствительное окно, способен регистрировать частицы с малой энергией.
Источник высокого напряжения для питания счётчика Гейгера собран по схеме блокинг-генератора на транзисторе VT1, импульсном трансформаторе T1 и выпрямителе с удвоением напряжения на диодах VD2, VD3 и конденсаторах C3, C4.
Возникающие в счётчике Гейгера при прохождении через него радиоактивных частиц или квантов гамма-излучения импульсы тока вызывают импульсы напряжения на резисторе R5. Диод VD4 ограничивает амплитуду этих импульсов. Они поступают на вход 10 счётчика DD1, а через диод VD5 - на расширитель импульсов на полевом транзисторе VT2, вызывая хорошо заметные вспышки светодиода HL1. Значительное увеличение средней частоты этих вспышек сигнализирует об опасном уровне радиоактивного излучения.
На микросхеме К176ИЕ5 (DD1) реализованы два узла: счётчик импульсов, формируемых счётчиком Гейгера, и таймер. После включения напряжения питания счётчики микросхемы DD1 устанавливаются в нулевое состояние импульсом, формируемым на её входе R при зарядке конденсатора C7. Затем начинается раздельный подсчёт импульсов, поступающих на вход 10, и импульсов внутреннего генератора микросхемы, частотозадающие элементы которого - конденсаторы C8 и С9 и резисторы R12 (подстроечный) и R13.
Генератор вместе со вторым счётчиком микросхемы DD1 образует таймер, признаком истечения отсчитываемого которым интервала времени служит включение светодиода HL2, соединённого с выходом 9 микросхемы.
Светодиод HL3, соединённый с выходом 15 первого счётчика, включается, когда в этом счётчике накоплено более 128 импульсов счётчика Гейгера. При нормальном фоновом уровне излучения светодиод HL2 должен включиться раньше, чем HL3, а при его превышении - наоборот. Этого добиваются, регулируя подстроечным резистором R12 частоту генератора.
Чем меньше промежуток времени между включением индикатора переключателем SA1 и зажиганием светодиода HL3, тем интенсивнее излучение. При большой его интенсивности светодиод HL3 мигает, причём частота мигания растёт пропорционально интенсивности, а затем вспышки сливаются в непрерывное свечение. Резистор R9 служит для полной разрядки конденсатора C5 при выключенном питании.
Индикатор собран в металлическом корпусе размерами 120x40x30 мм, все детали расположены на монтажной плате. Для установки счётчика Гейгера СБМ-11 предусмотрена обычная панель для семиштырьковой пальчиковой радиолампы. Чувствительное окно счётчика прикрывают откидной защитной крышкой. Выключатель и светодиоды расположены в торце корпуса. Питается индикатор от батареи "Крона", также находящейся внутри его корпуса.
Импульсный трансформатор T1 намотан на кольце типоразмера K17,5x8,2x5 из феррита 2000НМ. Обмотка I - 8 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм, обмотка II - 3 витка такого же провода, а обмотка III - 250 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм. Обмотку III наматывают на ферритовое кольцо первой. Она должна быть хорошо изолирована (например, фторопластовой лентой) от кольца и от намотанных поверх неё обмоток I и II. Необходимо строго соблюдать указанную на схеме фазировку обмоток I и II. Если блокинг-генератор не возбуждается, следует поменять местами выводы одной из этих обмоток.
Диоды КД510А можно заменить любыми импульсными, например КД522Б. Резистор R6 - КИМ-0,125 или импортный, подстроечный резистор R12 - СП-38а, остальные - МЛТ-0,125. Конденсаторы C3 и C4 - керамические трубчатые КТ-1 группы Н70, C5 -любой оксидный, остальные конденсаторы - керамические или плёночные. Светодиоды, указанные на схеме, можно заменить современными повышенной яркости. Переключатель SA1 - движковый ПД9-1.
Налаживание индикатора сводится к установке высокого напряжения 390 В (допустимые пределы 320...460 В) подбором резисторов R1 и R2 и установке времени измерения подстроечным резистором R12. Измерять высокое напряжение следует вольтметром с высоким входным сопротивлением - 10 МОм и более.
Время измерения должно быть таким, чтобы в отсутствие вблизи прибора каких-либо источников излучения (кроме естественного фона) светодиод HL2 включался чуть раньше, чем HL3. Необходимо учитывать, что фон непостоянен, поэтому эту регулировку придётся производить неоднократно.
В режиме счёта индикатор потребляет ток 0,8...0,9 мА.
Литература
1. Радиация. Дозы, эффекты, риск. Пер. с англ. Ю. А. Банникова. - М.: Мир, 1990.
2. Нечаев И. Индикатор радиоактивности. - Радио, 2014, № 10, с. 35, 36.
Автор: Г. Закоморный, г. Тбилиси, Грузия