Счетчик Гейгера: мастер-класс создания своими руками из подручных средств. Счетчик гейгера - это просто Устройство и принцип функционирования
Вы когда-нибудь хотели проверить уровень радиоактивности? Или может вы хотели подготовиться к ядерному Апокалипсису? Тогда этот мастер-класс по изготовлению счетчика Гейгера именно для вас. Я покажу вам, как сделать очень простой и дешевый счетчик Гейгера из старых и ненужных деталей бывших в эксплуатации. Видео о сборке и работе счетчика смотрите в конце моей статьи. Давайте начнем!
Как работает счетчик Гейгера?
Для начала, я объясню вам основы того, как все работает. В счетчике Гейгера используется специальная трубка, наполненная инертным газом при очень низком давлении для обнаружения радиации. Внутри этой трубки имеется цилиндрический кусок металла, который выступает в качестве катода. Внутри этого цилиндра есть небольшой металлический отрезок проволоки, который выступает в качестве анода. Когда высокое напряжение присутствует на аноде трубки, ничего не происходит, но когда в трубку попадают лучевые частиц, это вызывает ионизацию инертного раза, и он начинает проводить электрический ток. Этот ток можно измерить специальными приборами, но в этой схеме будет только детектирование сигнала о наличии радиационного излучения.
Схема счетчика Гейера
Счетчик Гейгера состоит из двух частей: высоковольтного источника питания - преобразователя и детектора. В вышеприведенной схеме высоковольтная цепь состоит из таймера 555, на котором построен генератор. Таймер 555 генерирует прямоугольные импульсы, которые через резистор открывает и закрывает транзистор периодически. Этот транзистор управляет небольшим повышающим трансформатор. С выходного трансформатора напряжение подается на удвоитель напряжения, где повышается примерно до 500 Вольт. Затем, напряжение стабилизируется с помощью стабилитронов до 400 вольт, необходимых для питания трубки счетчика Гейгера.
Детектор состоит из пьезо-электрического элемента, подключенного напрямую к ануду трубки без всяких усилителей.
Инструменты и детали
Чтобы выполнить этот проект, вам понадобятся различные инструменты и материалы.
Инструменты:
- Кусачки.
- Стриппер для зачистки проводов.
- Паяльник.
- Пистолет с горячим клеем.
- Трансформатор 8:800 - это был трансформатор источника питания сломанного будильника.
- Трубка Гейгера - куплена - .
- Таймер 555.
- Резисторы 47К (х2).
- Конденсатор 22nF.
- Конденсатор 2.2 nF.
- Резистор 1К.
- Любой N-канальный MOSFET.
- Макетная плата.
- 1n4007 диод(х2).
- Конденсатор 100 нф на 500 вольт.
- Стабилитроны - 100 вольт (х4)
- Пьезоэлектрический элемент (из старой микроволновой печи).
- Провода.
- Припой.
Сборка генератора с транзистором MOSFET
После того как вы собрали свои инструменты и материалы самое время, чтобы перейти к пайке компонентов. Первая, что вам надо спаять это генератор и транзистор. Для этого каждый компонент на макетной плате установить наиболее эффективным образом. Например, припаять MOSFET рядом, где с трансформатором. Это поможет вам использовать меньше проводов при пайке. Как все детали смаяны между собой, обрезать излишки провода.
Припаиваем трансформатор и удвоитель напряжения со стабилизацией
После сборки генератора нужно припаять обмотку трансформатора с меньшим сопротивлением между MOSFET плюсом питания. Затем припаять выход трансформатора с высоковольтной обмотки к удвоителю. Затем, припаиваем все конденсаторы и стабилитроны. После спайки высоковольтный источник питания нужно проверить его с помощью вольтметра, чтобы увидеться, что он собран правильно и выдает нужное напряжение. Если у вас другая трубка Гейгера, не как у меня, посмотреть ее технические характеристики, чтобы узнать напряжение её питания, которое может отличаться. Затем добавите соответствующие стабилитроны.
Добавление трубку Гейгера и детектор
Заключительная часть и мне осталось добавить в схему саму трубку - счетчик и детектор. Начинаем припаивать провода к каждому концу трубки. Затем, припаиваем анод к выходу регулируемого источника питания и катодом к пьезоэлемента. Наконец, припаяем пьезоэлемент на общий провод. Благородя использованию детектора состоящего всего из двух компонентов это и считается простейший счетчик Гейгера. Большинство более сложных счетчиков содержать транзисторы в детекторе. Не надо никаких токоограничивающих резисторов в этом детекторе не требуется из-за очень незначительных токов.
Испытания
Наконец, настало время, чтобы проверить счетчиком Гейгера! Для этого сначала подключите счетчик к источнику питания. Затем, возьмите радиоактивный источник для проверки. С помощью плоскогубцев, удерживайте источник радиации рядом с трубкой Гейгера. Вы должны услышать несколько заметных щелчков, которые раздаются в пьезоэлементе. Это означает, что счетчик исправно работает. Чтобы услышать и увидеть это, смотреть видео. Спасибо за чтение!
Отказ от ответственности: этот проект работает с высоким напряжением, соблюдайте правила техники безопасности и работайте с осторожностью.
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.
Answer
Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.
Счетчик Гейгера своими руками
Мысль приобрести счетчик Гейгера появилась у меня давно, как говорится, на всякий случай.
Но посмотрев на цены готовых приборов, желание пропало:)
Так же несколько раз натыкался в интернете на схемы приборов, но подходящий для себя так и не нашел.
...и вот, однажды, почитав какой то форум, о том, как много всяких радиоактивных вещей может нас окружать, о которых мы даже и не догадываемся, желание иметь под рукой подобный прибор появилось вновь.
Для этого было решено разработать собственный прибор.
Ниже расположена схема счетчика Гейгера на микроконтроллере PIC 16F84, печатная плата в PCAD"е и прошивка микроконтроллера.
Характеристики прибора:
Питание: 9 В
Потребляемый ток без подсветки ЖКИ: 7 мА
с подсветкой ЖКИ: 11 мА (зависит от яркости)
Диапазон измерений: 0 мкР - 144 мР (предел счетчика СБМ-20)
ЖКИ пришлось заказвыать, т.к. в магазинах подходящих по габаритам не оказалось. Для этих целей оптимально подходит 8 символьный 2 строчный ЖКИ на базе контроллера HD44780.
В принципе, должен подойти любой 2х строчный ЖКИ на базе контроллера HD44780
Повышающий трансформатор намотан на ферритовом кольце 16х10х4.5
Обмотка I - 420 витков провода ПЭВ 0.1
Обмотка II - 8 витков провода ПЭВ 0.15 - 0.25
Обмотка III - 3 витка провода ПЭВ 0.15 - 0.25
В качестве корпуса использован цифровой мультиметр DT-830. Дешевле оказалось купить мультиметр ради его корпуса, чем покупать корпус отдельно:)
Небольшая доработка
Вынимаем потроха, удаляем наклейку, канцелярским ножом и напильником доводим до совершенства.
Так же сверлим необходимые отверстия:
При проектировании я не учел одну вещь - найти малогабаритную кнопку и выключатель для крепления на корпусе оказалось непросто.
Поэтому пришлось сделать дополнительно небольшую печатку для монтажа выключателя от неисправного мультиметра, а кнопку закрепить хомутиком на внутренней стороне передней панели.
Проверка прибора:
Для начала проверяем правильность монтажа, подключение трансформатора и ЖКИ, а также полярность подключения счетчика СБМ-20.
Подаем питание.
ВНИМАНИЕ! В схеме присутствует высокое напряжение!
На конденсаторе С1 должно быть напряжение не менее 200 вольт (при измерении цифровым мультиметром, т.к его внутреннее сопротивление не достаточно высоко, происходит падение напряжения, на самом деле на конденсаторе С1 должно быть около 350 вольт!).
На ЖКИ появляется текст:
После инициализации, на дисплее отображаются показания эквивалентной дозы радиации. В среднем, около 14-22 мкР, но может быть и более.
В дальнейшем, каждую секунду происходит обновление показаний, с уточнением средней эквивалентной дозы радиации за единицу времени.
Далее нужно проверить, что счетчик действительно работает, и может показывать что нибудь большее, чем естественный радиационный фон.
Для этого в магазине удобрений можно купить "нитрат калия" (KNO3). В KNO3 содержится его радиоактивный изотоп, на который должен реагировать прибор.
Емкость с KNO3 необходимо расположить максимально близко к чувствительной стороне прибора (там, где находится счетчик СБМ-20).
Опять же, результат может быть разный, но показания должны быть существенно выше естественного фона.
Счетчик Гейгера состоит из генератора высокого напряжения, трубки, усилителя и ждущего мультивибратора. Все четыре составляющие обозначены на схеме. Во второй части статьи мы расскажем, как подключить счетчик к USB-контроллеру и компьютеру.
Генератор высокого напряжения
Внимание! Высокое напряжение опасно для жизни, поэтому соблюдение техники безопасности обязательно. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением участкам электрической цепи. Перед началом работы с участками цепи всегда отключайте питание. Конденсаторы С4/С5 могут находиться под напряжением даже после отключения цепи от источника питания.
Генератор высокого напряжения состоит из генератора импульсов с частотой 50 Гц на микросхеме NE555 , транформатора, умножителя напряжения и стабилизатора. Если напряжение становится слишком высоким, стабилизатор гасит колебания в генераторе импульсов. Кроме того, диоды Зенера ограничивают напряжение до отметки в 55 0В. В схеме применен стандартный трансформатор 9 В/220 В, но для получения промежуточного напряжения используется первичная обмотка. Контролировать напряжение после трансформатора можно вольтметром с высоким импедансом или «тестовой отверткой».
Трубка Гейгера
Трубку можно приобрести на аукционе ebay за несколько евро или долларов. Подходят многие виды трубок, но напряжение нужно будет отрегулировать в соответствии с характеристиками выбранной модели, - обычно это 550-600 В. Сила тока в трубке ограничивается резистором с сопротивлением 10 МОм, но лучше подключить последовательно два резистора по 4,7 МОм или один резистор высокого напряжения.
Внимание! Не прикасайтесь к трубке, так как она работает под высоким напряжением!
Усилитель и ждущий мультивибратор
Для усиления поступающего из трубки сигнала используется обычный транзистор. Его эмиттер подсоединен к микросхеме 555 мультивибратора, для запуска которого достаточно даже очень короткого импульса. Выход микросхемы подсоединен к динамику, благодаря чему счетчик Гейгера привычно тикает. Также выход можно подключить к светодиодам или оптопаре, а ее, в свою очередь, - ко входу микроконтроллера.
Прикасаться к участкам цепи, находящимся перед оптопарой, опасно для жизни!
Соединение с микроконтроллером
Выход оптопары можно подсоединить к микроконтроллеру с поддержкой USB (идеально подойдет описанный на нашем сайте ). Вот так выглядит собранная цепь. USB-плата подключена к компьютеру.
Чтобы информация передавалась каждый раз, когда со счетчика поступает импульс, нужно изменить прошивку контроллера. Измерение промежутков между импульсами можно поручить как самому контроллеру, так и компьютерной программе.
Внеся изменения в файл user.c (из примера работы с USB) можно проверить состояние подключенного вывода микроконтроллера.
if(mUSBUSARTIsTxTrfReady())
{
while(PORTCbits.RC2);
mUSBUSARTTxRam("Impulsion");
start_up_state=0;
}