Вариант первый.
Прибор реагирует на изменение ионизирующего излучения в окружающем человека пространстве путем увеличения или уменьшения числа световых вспышек в единицу времени, например в минуту. Он чувствителен к космическому радиационному фону, предупреждает человека об изменении радиационной обстановки в данной местности и может найти применение, например в качестве индикатора уровня концентрации радиоактивных элементов, содержащихся в материалах.
Может быть полезен геологам, командирам штабов гражданской обороны, обслуживающему персоналу в радиологических учреждениях, при производстве работ, связанных с неразрушающим контролем качества материалов при помощи источников ионизирующего излучения в условиях повышенного шума, когда звуковые сигнализаторы малоэффективны. Полезен и тем, кто занимается изучением и охраной природы. Принципиальная схема прибора показана на рис. ниже.
Его основой служит счетчик элементарных частиц Гейгера-Мюллера ВН1 типа СБМ-21 (или СБМ-10). Для нормальной работы счетчика разработан экономичный преобразователь постоянного напряжения 2,5 В (GB1) в низкочастотное импульсное напряжение 400 В.
Преобразователь состоит из задающего генератора на транзисторе VT1 и умножителя напряжения на диодах VD1 - VD4 и конденсаторах С2 - С5. Частота генератора составляет несколько герц и зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. Амплитуда импульсов на вторичной обмотке трансформатора Т1 достигает 100 В, а на выходе умножителя напряжения - 400 В.
В исходном состоянии (при включенном питании) транзистор VT2 закрыт, конденсатор С6 заряжается практически до напряжения источника питания. В это время диод VD6 закрыт, напряжение на затворе полевого транзистора VT3 равно нулю, в результате сопротивление его канала минимальное и транзистор VT4 надежно закрыт. Таким образом, ток, потребляемый сигнализатором в ждущем режиме (ждущем поступления элементарных частиц) определяется в основном средним током генератора высоковольтного напряжения и составляет 0,5...0,8 мА.
При попадании элементарных частиц в газоразрядный счетчик ВН1 происходит ионизация газа, и между электродами возникает ток. В результате транзистор VT2 открывается и конденсатор С6 разряжается через него и цепь С7, R5, R3. В процессе разрядки конденсатора С6 заряжается конденсатор С7, в результате на затворе транзистора VT3 оказывается отрицательный потенциал и его канал сток - исток закрывается. Это ведет к открыванию транзистора VT4 - и через светодиод VD7 начинает идти ток силой 3...5 мА. По мере разрядки конденсатора С7 транзистор VT3 открывается, транзистор VT4 закрывается и светодиод гаснет. Число световых вспышек светодиода характеризует интенсивность потока элементарных частиц.
Питается прибор от двух аккумуляторов Д-0,06, соединенных последовательно. Гнезда XS1 и XS2 служат для контроля напряжения источника питания как под нагрузкой, так и без нагрузки (при разомкнутых контактах выключателя SA1), а также для подзарядки батареи аккумуляторов. Эксплуатировать сигнализатор рекомендуется до разрядки аккумуляторной батареи до напряжения не ниже 2 В. Для подзарядки батареи можно использовать зарядное устройство ЗУ-3, выпускаемое промышленностью.
Сигнализатор собран в футляре размерами 48х48х15 мм, склеенном из листового органического стекла (рис. слева). Детали смонтированы на печатной плате размерами 43х43 мм из фольгированного стеклотекстолита.
Статический коэффициент передачи тока транзисторов VT1 и VT2 должен быть 120...170, транзистора VT4- 75...120. Полевой транзистор КП303Ж (VT3) подбирают с начальным током стока 0,5...1 мА и напряжением отсечки 0,3...1 В. Конденсаторы С2-С5 и С7- КМ, С1-К50-6, С6-К53-1. Выключатель питания SA1 ПД-2 или АК-5. Трансформатор Т1 самодельный. Для него использован магнитопровод броневого типа из пластин пермаллоя площадью сечения 18 мм. кв. (Ш3, толщина набора 6 мм). Обмотка I содержит 300 витков провода ПЭВ-1 0,08 с отводом от 100-го витка, обмотка II-6500 витков провода ПЭВ-1 0,04. Пластины магнитопровода собраны вперекрышку. Можно использовать магнитопровод с площадью сечения 16 мм (Ш4Х4). В этом случае обмотка I трансформатора должна содержать 105 витков провода ПЭВ-1 0,05 с отводом от 35-го витка, обмотка II - 3700 витков провода ПЭВ-1 0,03.
Правильно смонтированный сигнализатор работает без дополнительной настройки. Напряжение генератора можно регулировать подбором резистора R1. Входное сопротивление вольтметра для измерения напряжения на высоковольтном электроде счетчика ВН1 и элементах умножения напряжения преобразователя должно быть не менее 500 МОм.
Второй вариант.
Индикатор радиоактивного излучения.
На рисунке показана схема простого индикатора, фиксирующего даже слабые бета и гамма излучения. Датчиком (VL1) служит счетчик Гейгера-Мюллера типа СТС-5 отечественного производства, выпускаемый уже более тридцати лет. Он имеет вид металлического цилиндра длиной около 113 и диаметром 12 мм. Его рабочее напряжение 400 В. Из зарубежных датчиков можно использовать ZP1400, ZP1310 или ZP1320 фирмы Philips.
Прибор питается от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В и потребляет ток не более 10 мА. Напряжение -12 В для питания усилителя и высокое напряжение для питания датчика получают от преобразователя на транзисторе VT1. Трансформатор преобразователя Т1 намотан на броневом магни-топроводе диаметром около 25 мм. Обмотка 1-2 имеет 45 витков провода диаметром 0,25 мм, 3-4 - 15 витков того же провода, а 5-6 - 550 витков провода диаметром 0,1 мм. Начало обмоток на схеме отмечены точками.
Преобразователь представляет собой блокинг-генератор. Возникающие на обмотке 5-6 трансформатора Т1 импульсы высокого напряжения выпрямляет высокочастотный диод VD2. Обычные выпрямительные диоды здесь непригодны, так как импульсы слишком коротки, а частота их повторения слишком высока.
Пока излучения нет, на входе усилителя, выполненного на транзисторах VT2 и VT3, напряжение отсутствует и транзисторы заперты. При попадании на датчик бета- или гамма-частиц газ, которым он заполнен, ионизируется и на выходе формируется импульс, который возбуждает усилитель, и из громкоговорителя (телефонного капсюля) BF1 слышен щелчок, светодиод HL1 при этом вспыхивает.
Вне зоны облучения щелчки и вспышки светодиода повторяются через 1 -2 с. Это реакция датчика на космическое излучение и естественный фон. Если приблизить датчик к излучающему предмету (старым часам со светящимся циферблатом или шкале авиационного прибора времен войны), щелчки участятся и, наконец, сольются в сплошной треск, а светодиод будет светиться непрерывно. Таким образом можно судить о частоте попадания частиц на датчик, а следовательно, об интенсивности излучения.
В приборе есть и стрелочный индикатор.
Переменное напряжение, снимаемое с телефонного капсюля, через конденсатор С5 поступает на двухполу периодный выпрямитель на германиевых диодах VD3, VD4 (они могут быть любого типа).
Выпрямленное напряжение после сглаживания конденсатором С6 через переменный резистор R5 подается на микроамнерметр (РА1). Сопротивление резистора устанавливают таким, чтобы при сильном излучении стрелка микроамперметра не зашкаливала, а при слабом - заметно отклонялась. При необходимости прибор можно проградуировать, сравнивая его показания с измерителем излучения промышленного изготовления. Прибор собран на печатной плате, помещенной в коробку размерами 150х90х40 мм. Датчик размещен в отдельном корпусе и соединен с прибором кабелем с разъемом.
Транзистор VT1 можно заменить па КТ630 с любым буквенным индексом, КТ315Б - на КТ342А. Светодиод может быть АЛ307, АЛ341. В качестве VD2 можно использовать два диода КД104А, соединив их последовательно. Диод КД226 можно заменить на КД105В. Телефонный капсюль следует выбрать с сопротивлением звуковой катушки не менее 50 Ом. Стрелочная измерительная головка может быть выбрана любого типа с током полного отклонения 50 мкА.
Вариант третий.
Этот индикатор реагирует па суммарный поток ионизирующего гамма, бета и альфа излучения и, несмотря на чрезвычайную простоту, достаточно надежен в работе. Схема индикатора состоит из преобразователя напряжения и узла измерения. Преобразователь напряжения собран по схеме ключа, коммутирующего индуктивность L1 в цени постоянного тока с выпрямлением и фильтрацией возникающей ЭДС самоиндукции. Задающий генератор с частотой около 700 Гц собран на элементах DD1.1, DD1.2.
Поскольку генерируемые импульсы несимметричны, то для повышения экономичности используется, после инвертирования, более короткая отрицательная полуволна импульса Выпрямленное диодом VD1 и отфильтрованное конденсатором С2 напряжение (около 380 В) через нагрузочный резистор подается на счетчик ионизирующего излучения Гейгера-Мюллера VL1.
Необходимо отметить, что изменение выходного напряжения преобразователя, вызванное нестабильностью источника питания, мало влияет на точность измерений. В данном случае для счетчика типа СТС-5 изменение входного напряжения может составлять около 90 В.
Возникающие на резисторе R3 короткие положительные импульсы через буферный инвертор DD1.4 подаются на эмиттерный повторитель VT2. Конденсатор СЗ служит для подавления наводок от генератора-преобразователя напряжения. Нагрузкой повторителя является динамическая головка ВА1 и све-тодиод HL1 Амплитуда импульса тока через светодиод и головку определяется внутренним сопротивлением источника питания и сопротивлением коллектор-эмиттер транзистора VT2.
А так как управляющие импульсы с элемента очень короткие, то средний потребляемый прибором ток при естественном фоне определяется лишь током, потребляемым преобразователем напряжения При повышении уровня радиации до 0,1 мР/час (и соответственно увеличении частоты импульсов) средний потребляемый ток возрастает, поэтому для большей экономичности динамическую головку переключателем SB1 можно отключать.
Узел измерения уровня радиоактивности представляет собой простейший аналоговый частотомер, собранный на элементах DD2.1, DD2.2. Индикатором служи! микроамнерметр РА1 Схема узла включает ждущий мультивибратор, управляемый импульсами с инвертора DD1.4. Точность измерений обеспечивается питанием схемы от параметрического стабилизатора VD3R11. Кнопка SB2 служит для переключения микроамперметра на контроль напряжения питания через гасящий резистор R10. Пределы измерения коммутируются нереключаге-лем SA1.2 путем коммутации времязадающих резисторов R6-R8.
Индикатор может быть собран как со схемой измерения, так и без нее В последнем случае исключаются элементы DD2.1, DD2 2, РА1 Если использовать малогабаритные детали, а для определения уровня радиоактивности оставигь голько светодиод, то размеры индикатора не превысят габариты двух батарей типа "Крона".
Счетчик VL1 может быть заменен па СБМ-10, СБМ-20, СБМ-21, СТС и др Транзистор VT1 - на КТ605, транзистор VT2 - на любой маломощный кремниевый соответствующей структуры. Измерительная головка РА1 типа М4205 с током полного отклонения 100 мкА (но может быть и любая другая с током полного отклонения не более 300 мкА). Катушка L1 намотана на двух сложенных вместе ферритовых кольцах М2000НМ типоразмера К20х12х6 и содержит 200 витков провода ПЭЛШО 0,26 мм, индуктивность около 240 мГ.
Налаживание индикатора несложно. Прежде всего, необходимо собрать входной делитель вольтметра для измерения высокого напряжения. Поскольку выходной ток преобразователя напряжения очень мал, используемый вольтметр должен иметь входное сопротивление не менее 10 МОм.
Подключив делитель к конденсатору С2, изменением сопротивления резистора R1 установите выходное напряжение около 380...400 В. Если прибор используется как индикатор, то настройка на этом заканчивается.
При использовании индикатора в качестве измерительного прибора, необходимо отградуировать стрелочную головку. При этом можно исходить из того, что зависимость числа импульсов на выходе счетчика Гейгера-Мюллера от уровня радиоактивности линейна. Если точно подобрать сопротивление времязадающих резисторов R6-R8, то откалибровать индикатор можно лишь в одной точке шкалы. Делается это так. Расположив индикатор рядом с датчиком образцового заводского прибора, определите уровень фона в данной местности. Допустим, он составляет 0,003 мР/час. Изменением сопротивления подстроечного резистора R8 установите стрелку РА1 на деление "30" (при шкале 0-100 мкА).
На этом калибровка заканчивается. Здесь, однако, необходимо учесть одно обстоятельство. Из-за наличия у счетчика собственного фона, последний может внести погрешность при калибровке на поддианазоне 0...0,1 мР/час.
Поэтому, если есть возможность, калибровку лучше проводить при повышенных уровнях фона, но и в первом случае точность индикатора измерителя будет достаточной для практических измерений.
Включив вместо резистора R10 подстроечпый, при нажатой кнопке SB2 установите стрелку микроамперметра на значение, соответствующее напряжению питания, и замените резистор на постоянный. На этом налаживание заканчивается. |
Главная 
