Самодельный счетчик гейгера. Счетчик Гейгера: мастер-класс создания своими руками из подручных средств Как сделать металлоискатель из счетчика гейгера

UPD: Кто уже читал пост - пожалуйста зайдите и поучаствуйте в опросе. Спасибо большое!

Примерно полтора года назад на нескольких сетевых ресурсах, в том числе и на хабре, начали пиарить проект «До-ра» - приставку к iPhone, позволяющую измерять радиационный фон и делать много всего вкусного на основании получаемой со счётчика Гейгера информации. Статьи в новостях проекта упоминают несколько многомиллионных грантов, выделенных на разработку приборчика фондом «Сколково». Шли месяцы, «До-ра» всё никак не получалась, покупатели ждали, конкуренты не дремали. Так ли сложна «До-ра» как её малюют и как собрать за пару часов из подручных деталей в десять раз более чувствительный аналог я расскажу тем кто нажмёт на

Итак, приступим. Совсем недавно я узнал о прекрасной (и к тому же бесплатной!) программе GeigerBot, обрабатывающей поступающие на микрофонный вход iPhone или iPad импульсы с детекторов ионизирующего излучения и имеющей приятную особенность: при определённой комбинации настроек через выход наушников воспроизводится синусоидальный сигнал частотой 20 кГц. Комбинация настроек, необходимая для этого, такова: в ClickifyLab все регуляторы должны быть в максимуме, Echo Filter включен, а сама функция щелчков Clickify - выключена. Проделав соответствующие настройки я убедился с помощью 3.5-миллиметрового штекера и осциллографа в том что сигнал действительно появляется и его размах от пика до пика при максимальной громкости составляет примерно 1.3 вольта. В этот момент не осталось никаких сомнений в том через час этот сигнал будет использован после небольшой трансформации для питания счётчика Гейгера, импульсы с которого будут направлены на микрофонный вход.
Счётчик был взят популярный - СБМ-20. Для его питания нужно 400 вольт постоянного тока, получить их можно стандартым способом с помощью трансформатора имеющего высокий коэффициент трансформации и выпрямителя. Очень высокий коэффициент трансформации у трансформаторов, питающих люминесцентные лампы с холодным катодом в подсветках мониторов. Мне подвернулась плата подсветки от уже-не-помню-чего, содержащая трансформатор SGE2687-1 (подойдёт любой аналогичный, их сотни типов) с коэффициентом трансформации около 150. Немного маловато, но другого у меня не было и недостаток напряжения был восполнен диодными удвоителями. Берём макетку и начинаем собирать схему.

Схема получилась очень простой: трансформатор, два удвоителя напряжения, варистор на 390 вольт в качестве стабилитрона и транзистор для увеличения длительности приходящих со счётчика Гейгера импульсов до удобоваримых для звукового АЦП iPhone значений. При исправных деталях и правильном монтаже она начнёт работать сразу, номиналы большинства деталей можно изменять в очень широких пределах без ущерба работоспособности всей схемы. Вставляем разъём в iPhone и запускаем приложение GeigerBot. Аккуратно высокоомным (не менее 100 МОм) вольтметром или тестером с добавочным сопротивлением контролируем напряжение на варисторе, оно должно быть около 400 вольт. Убеждаемся что в настройках GeigerBot выбран тип счётчика СБМ-20 и наблюдаем за количеством регистрируемых импульсов. При естественном радиационном фоне (0.1-0.15 мкЗв\ч) импульсы будут следовать со средней скоростью 20-30 в минуту. При большой длине кабеля от разъёма до схемы возможно взаимное влияние относительно мощного выходного сигнала частотой 20 кГц на микрофонный вход, проявляться это может в виде огромной скорости регистрации импульсов - несколько тысяч в секунду. Для ослабления этого влияния используется два раздельных земляных провода - для питающей и сигнальных цепей. В случае таких проблем в настройках GeigerBot надо увеличить порог срабатывания по амплитуде импульсов (Settings - Geiger Counter - Custom GM tube - I/O Settings - Volume threshold поставить 10000 или около того).
Вот небольшое видео, показывающее работу устройства.

На двадцать пятой секунде показана реакция счётчика на солонку, изготовленную в США в сороковых годах прошлого столетия и покрытую урановой глазурью, на тридцать пятой - форма импульсов на микрофонном входе iPhone.
Вот и всё, то есть почти всё. Чтобы придать нашему детектору-приставке законченный вид возьмём небольшой отрезок подходящей трубки, засунем туда всё что мы напаяли, не забыв заизолировать части схемы друг от друга и загерметизируем по торцам термоклеем. Вот теперь всё, можно ехать в Припять: предупреждён - значит вооружён.

Спасибо за внимание. Всем удачи в техническом творчестве и хорошей экологической обстановки!

В связи с экологическими последствиями деятельности человека, связанной с атомной энергетикой, а также промышленностью (в том числе военной), использующую радиоактивные вещества как компонент или основу своей продукции изучение основ радиационной безопасности и радиационной дозиметрии становится сегодня достаточно актуальной темой. Помимо природных источников ионизирующего излучения с каждым годом все больше и больше появляется мест, загрязненных радиацией впоследствии человеческой деятельности. Таким образом, чтобы сохранить свое здоровье и здоровье своих близких необходимо знать степень зараженности той или иной местности или предметов и пищи. В этом может помочь дозиметр – прибор для измерения эффективной дозы или мощности ионизирующего излучения за некоторый промежуток времени.

Прежде чем приступать к изготовлению (или же покупке) данного устройства необходимо иметь представление о природе измеряемого параметра. Ионизирующее излучение (радиация) – это потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество. Разделяется на несколько видов. Альфа-излучение представляет собой поток альфа частиц – ядер гелия-4, альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги, поэтому опасность представляет в основном при попадании внутрь организма. Бета-излучение – это поток электронов, возникающих при бета-распаде, для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом, для защиты эффективны тяжелые элементы (свинец и т.п.) слоем в несколько сантиметров. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

Для регистрации ионизирующего излучения в основном используются счетчики Гейгера-Мюллера. Это простое и эффективное устройство обычно представляет собой цилиндр металлический или стеклянный металлизированный изнутри и тонкой металлической нити, натянутой по оси этого цилиндра, сам цилиндр наполняется разреженным газом. Принцип работы основан на ударной ионизации. При попадании на стенки счетчика ионизирующего излучения выбивают из него электроны, электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает.

Не все счетчики Гейгера могут регистрировать все виды ионизирующего излучения. В основном они чувствительны к одному излучению – альфа, бета или гамма-излучению, но часто так же в некоторой степени могут регистрировать и другое излучение. Так, например, счетчик Гейгера СИ-8Б предназначен для регистрации мягкого бета-излучения (да, в зависимости от энергии частиц излучение может разделяться на мягкое и жесткое), однако данный датчик так же в некоторой степени чувствителен к альфа-излучению и к гамма-излучению.

Однако, приближаясь все-таки к конструкции статьи, наша задача сделать максимально простой, естественно портативный, счетчик Гейгера или вернее сказать дозиметр. Для изготовления этого устройства мне удалось раздобыть только СБМ-20. Этот счетчик Гейгера предназначен для регистрации жесткого бета- и гамма излучения. Как и большинство других счетчиков, СБМ-20 работает при напряжении 400 вольт.

Основные характеристики счетчика Гейгера-Мюллера СБМ-20 (таблица из справочника):

Данный счетчик обладает относительно невысокими показателями точности измерения ионизирующего излучения, но достаточными для определения превышения допустимой для человека дозы излучения. СБМ-20 применяется во многих бытовых дозиметрах в настоящее время. Для улучшения показателей часто используется сразу несколько трубок. А для увеличения точности измерения гамма-излучения дозиметры оснащаются фильтрами бета-излучения, в этом случае дозиметр регистрирует только гамма-излучение, но зато достаточно точно.

При измерении дозы радиации необходимо учитывать некоторые факторы, которые могут быть важны. Даже при полном отсутствии источников ионизирующего излучения счетчик Гейгера будет давать некоторое количество импульсов. Это так называемый собственный фон счетчика. Сюда так же относится несколько факторов: радиоактивное загрязнение материалов самого счетчика, спонтанная эмиссия электронов из катода счетчика и космическое излучение. Все это дает некоторое количество «лишних» импульсов в единицу времени.

Итак, схема простого дозиметра на основе счетчика Гейгера СБМ-20:

Схему собираю на макетной плате:

Схема не содержит дефицитных деталей (кроме, естественно, самого счетчика) и не содержит программируемых элементов (микроконтроллеров), что позволит собрать схему в течении короткого времени без особого труда. Однако такой дозиметр не содержит шкалы, и определять дозу радиации необходимо на слух по количеству щелчков. Такой вот классический вариант. Схема состоит из преобразователя напряжения 9 вольт – 400 вольт.

На микросхеме NE555 выполнен мультивибратор, частота работы которого составляет примерно 14 кГц. Для увеличения частоты работы можно уменьшить номинал резистора R1 примерно до 2,7 кОм. Это будет полезно, если выбранный вами дроссель (а может и изготовленный) будет издавать писк – при увеличении частоты работы писк исчезнет. Дроссель L1 необходим номиналом 1000 – 4000 мкГн. Быстрее всего можно найти подходящий дроссель в сгоревшей энергосберегающей лампочке. Такой дроссель и применен в схеме, на фото выше он намотан на сердечнике, которые обычно используют для изготовления импульсных трансформаторов. Транзистор T1 можно использовать любой другой полевой n-канальный с напряжением сток-исток не менее 400 вольт, а лучше больше. Такой преобразователь даст всего несколько миллиампер тока при напряжении 400 вольт, но для работы счетчика Гейгера этого хватит с головой несколько раз. После отключения питания от схемы на заряженном конденсаторе C3 схема будет работать еще примерно секунд 20-30, учитывая его небольшую емкость. Супрессор VD2 ограничивает напряжение на уровне 400 вольт. Конденсатор C3 необходимо использовать на напряжение не менее 400 - 450 вольт.

В качестве Ls1 можно использовать любой пьезодинамик или динамик. При отсутствии ионизирующего излучения ток через резисторы R2 – R4 не протекает (на фото на макетной плате пять резисторов, но общее их сопротивление соответствует схеме). Как только на счетчик Гейгера попадет соответствующая частица внутри датчика происходит ионизация газа и его сопротивление резко уменьшается вследствие чего возникает импульс тока. Конденсатор С4 отсекает постоянную часть и пропускает на динамик только импульс тока. Слышим щелчок.

В моем случае в качестве источника питания используется две аккумуляторных батареи от старых телефонов (две, так как необходимое питание должно быть более 5,5 вольт для запуска работы схемы в силу примененной элементной базы).

Итак, схема работает, изредка пощелкивает. Теперь как это использовать. Самый простой вариант – это пощелкивает немного – все хорошо, щелкает часто или вообще непрерывно – плохо. Другой вариант – это примерно подсчитываем количество импульсов за минуту и переводим количество щелчков в мкР/ч. Для этого из справочника необходимо взять значение чувствительности счетчика Гейгера. Однако в разных источника всегда немного разные цифры. В идеальном случае необходимо провести лабораторные замеры для выбранного счетчика Гейгера с эталонными источниками излучения. Так для СБМ-20 значение чувствительности варьируется в пределах от 60 до 78 имп/мкР по разным источникам и справочникам. Так вот, подсчитали количество импульсов за одну минуту, далее это число умножаем на 60 для аппроксимации числа импульсов за один час и все это разделить на чувствительность датчика, то есть на 60 или 78 или что у вас ближе к действительности получается и в итоге получаем значение в мкР/ч. Для более достоверного значения необходимо сделать несколько замеров и посчитать между ними среднеарифметическое значение. Верхний предел безопасного уровня радиации составляет примерно 20 - 25 мкР/ч. Допустимый уровень составляет примерно до 50 мкР/ч. В разных странах цифры могут отличаться.

P.S. На рассмотрение этой темы меня подтолкнула статья о концентрации газа радон, проникающего в помещения, воду и т.д. в различных регионах страны и его источниках.

Список радиоэлементов

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.

Счетчик Гейгера-Мюллера - это относительно простой инструмент для измерения . В магазинах эти дозиметры стоят недёшево (от 5000 руб), но если есть сам датчик, то сделать этот измеритель можно с минимальными расходами. Чтобы увеличить чувствительность, представленная здесь конструкция содержит сразу три датчика СТС-5. Это полезно для измерения природных источников с низким уровнем излучения - почва, камни, вода.

Принцип работы счетчика Гейгера-Мюллера заключается в том, что высокое напряжение (обычно 400 В) подаётся на колбу-детектор. Она не проводит электричество, но в течение короткого периода, когда приходит излучение частиц, через неё проскакивает импульс тока. Уровень ионизирующего излучения пропорционален количеству импульсов, обнаруженных за постоянный интервал времени.

Сам счетчик Гейгера-Мюллера (детектор) состоит из двух электродов, а ионизирующая частица создает искровой промежуток между ними. Чтобы уменьшить величину тока, который при этом протекает, высокоомный резистор ставят последовательно с трубкой. Обозначены как R1 на схеме. Обычно он выбирается в диапазоне 1-10 мегаом, допустимые значения указаны в документации к счётчику Гейгера.

Есть разные способы получения данных из детектора, в представленной здесь схеме, резистор последовательно соединен между трубкой и землей, а изменения напряжения на резисторе измеряется с помощью детектора. Этот резистор обозначен как R2 на схеме. Обычно он в диапазоне 10-220 килоом. Аналогично диодам, счетчик Гейгера-Мюллера имеет свою полярность и при подключении в обратном направлении он будет работать неправильно.

Электрическая схема счетчика Гейгера-Мюллера

Здесь микросхема MC34063 - это DC/DC преобразователь, который используется для получения необходимого высокого напряжения из низкого батареечного. Главное его преимущество по сравнению с простой м/с NE555 или аналогичными генераторами заключается в том, что он может контролировать выходное напряжение и подстраивает параметры, чтобы сделать его стабильным (R3, R4, R5, С3). Элементы ОУ IC1A, R8, R9 используются как компаратор, чтобы отфильтровать шумы и сформировать двоичный сигнал (низкий = нет импульса, высокий = импульс проходит).

Внимание! Устройство использует высокое напряжение и может привести к неприятным последствиям при касании к некоторым токонесущим элементам конструкции. Не прикасайтесь к печатной плате или трубке датчика при включении питания.

Запуск и настройка измерителя

Напряжение на С4 должны быть в приемлемом диапазоне для работы Гейгера. Обычно около 400 В - будьте осторожны во время измерений! Если напряжение выходит за диапазон, то элементы С1 (частота преобразователя постоянного тока), и С3, R3, R4, R5 (обратная связь по напряжению преобразователя) могут быть скорректированы.

Привет всем! Как ваши дела? Сегодня я хочу показать вам, как сделать счетчик Гейгера своими руками. Я начал создавать этот прибор примерно в начале прошлого года. С тех пор он претерпел мою лень и три полных переосмысления.

Идея сделать бытовой дозиметр появилась в самом начале моего увлечения электроникой, идея радиации всегда интересовала меня.

Шаг 1: Теория

Итак, 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.

Шаг 2: Дизайн

Давайте перейдём к практике. В качестве мозгов я выбрал Ардуино нано, программа очень проста, она считает пульс в трубке за определенное время и отображает его на экране, также она показывает милый значок-предупреждение о радиационной опасности и уровень заряда батареи.

В качестве источника энергии я использую батарейку 18650, но Ардуино нужно 5V, поэтому я встроил повышающий преобразователь DC-DC и литий-ионный аккумулятор, чтобы сделать устройство полностью автономным.

Шаг 3: Высоковольтный DC-DC

Я хорошо потрудился над высоковольтным источником питания, сделав его вручную, намотав трансформатор примерно на 600 витков на вторичной катушке, упаковав его с МОП-транзистором и PWM на Ардуино. Всё работает, но мне хотелось, чтобы вещи оставались простыми.

Всегда лучше, когда ты можешь просто купить 5 модулей, припаять 10 проводов и получить рабочий девайс, чем наматывать катушки и прикручивать PWM, ведь я хочу, чтобы каждый мог повторить моё устройство. Так что я нашел высоковольтный повышающий конвертер DC-DC, очень странно, но его оказалось очень трудно найти и самые популярные модули имели всего по 100 продаж.

Я заказал его, сделал новый корпус, но когда начал тестирование, он выдавал максимум 300V, в то время как в описании говорилось, что он выдаёт до 620V. Я попытался починить его, но проблема, скорее всего, была в трансформаторе. В любом случае, я заказал другой модуль, и он был другого размера, хотя описание было одинаковым… Я вернул свои деньги за первый модуль, но сохранил его, потому что он давал 400V, которые нам нужны, может быть максимум 450V, вместо 1200 (в китайских измерительных приборах что-то работает совсем неправильно…) В общем, я просто заново открыл спор…

Шаг 4: Компоненты

Показать еще 7 изображений

Итак, в итоге дизайн счетчика Гейгера Мюллера почти полностью состоит из этих модулей:

• Высоковольтный повышающий конвертер DC-DC (Aliexpress или Amazon)
• Зарядник (Aliexpress или Amazon)
• 5V повышающий преобразователь DC-DC (Aliexpress или Amazon)
• Ардуино нано (Aliexpress или Amazon)
• OLED—экран на этих фотографиях 128*64, но в итоге я использовал 128*32 (Aliexpress или Amazon)
• Также нам нужен транзистор 2n3904 (Aliexpress или Amazon)
• Резисторы 10M и 210K (Aliexpress или Amazon)
• Конденсатор 470pf (Aliexpress или Amazon)
• Кнопка-переключатель (Aliexpress или Amazon)

Аккумулятор, опциональную активную пьезо-трещалку и сам счетчик Гейгера я использовал старые советские. Модель STS-5 довольно дешевая и её легко найти на Ибэй или Амазоне, она также совместима с трубкой SBM-20 или любой другой, вам нужно просто задать параметры в программе, в моём случае количество микрорентген в час равно количеству импульсов трубки за 60 секунд. И да, вот модель кейса, напечатанного на 3Д-принтере:

Давайте начнём сборку. Первое, что нужно сделать, это настроить вольтаж на высоковольтном DC-DC с потенциометром. Для STS-5 нам нужно примерно 410V. Затем просто спаяйте все модули по схеме, я использовал однопроволочные провода, это повышает стабильность конструкции и даёт возможность собрать устройство на столе, а затем просто поместить его в кейс.

Важный момент состоит в том, что нам нужно соединить минус на входе и выходе высоковольтного конвертера, я просто припаял штекер. Так как мы не можем просто присоединить Ардуино к 400V, нам понадобится простая схема с транзистором, я просто спаял их навесным методом и обернул в термоусадочную трубку, резистор 10MΩ от +400V был закреплен прямо на коннекторе.

Лучше сделать медный кронштейн для трубки, но я просто накрутил провод по кругу, всё работает нормально, не меняйте плюс и минус счетчика Гейгера. Я подсоединил дисплей к съемному кабелю, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю. Немного горячего клея. И сборка завершена!

Шаг 6: Финал

Помещаем всё в кейс, и мы готовы к тестам. Но у меня нет ничего для тестов в домашних условиях, но, кстати, фоновая радиация должна сработать. Что я могу сказать? Девайс работает. Да, всё верно. Но я вижу множество способов улучшить его, например больший дисплей, чтобы можно было отображать графические элементы, модуль Bluetooth, или использовать Зиверты вместо Рентгена.

Меня девайс устраивает, но если вы улучшите его, пожалуйста, поделитесь вашим устройством! Спасибо за просмотр, увидимся в следующий раз!