Уровень радиации можно измерить с помощью самодельного счетчика Гейгера, работающего с Arduino Shield или Arduino Nano. Он может определять ионизирующие частицы альфа-, бета- и гамма-излучения. Когда они проходят через активный объем детектора, то ускоряются электрическим полем, создавая импульс тока, который сигнализирует о прохождении излучения. Контролируемые небольшие дозы излучения используют в медицинских целях. Неконтролируемые большие дозы радиоактивного излучения очень опасны, они убивают все живое на планете.
Что такое счетчик Гейгера
Счетчик Гейгера, а если быть более точным, то Гейгера-Мюллера — это измерительное устройство, применяемое для измерения уровня радиации в окружающем пространстве. Он входит в группу детекторов излучения, подгруппу детекторов газа.
Как следует из названия, они имеют измеритель, заполненный инертным газом при низком давлении 0.1 атм. В центре камеры расположен электрод, между электродом и металлической стенкой создается электрическое напряжение.
Как работает счетчик Гейгера
Детектор, заполнен газом, к которому приложено электрическое напряжение. В тот момент, когда излучение взаимодействует с газом, оно вызывает ионизацию, и этот небольшой сигнал усиливается. Коэффициент усиления зависит от напряжения.
В то время, когда излучение проникает в газовую среду, молекулы газы в трубке под действием процесса ионизации, начинают отдавать частицы. Электрон притягивается положительным зарядом анода, а положительно заряженные ионы отбрасываются к стенке трубки. После этого электрон проходит по проводам, образующим электрическую цепь, и рекомбинируется с ионом. Измерительная часть счётчика Гейгера — это устройство, которое измеряет этот поток электронов.
Когда электрон и ион ускоряются по направлению к электроду, на стенках камеры создается энергия из-за высокого напряжения, в результате чего они сталкиваются с другими атомами и подавляют электроны в процессе вторичной ионизации, что многократно усиливают исходный сигнал до уровня, который может быть измерен.
Важно! В счетчике Гейгера напряжение настолько велико, что ионизируется весь газ в газовой камере, что обеспечивает очень высокую чувствительность к поступающему излучению.
Допустимые области измерения счетчиков Гейгера
Если счетчик Гейгера откалиброван для измерения мощности дозы радионуклида Cs-137, он будет полезен только при этом виде измерения. Но если пытаться измерить таким прибором, например, излучение кобальта 60 (Co-60), результат будет неточным. Поскольку этот измеритель сможет зафиксировать только половину фактической дозы излучения, в связи с тем,что Co-60 излучает в два раза больше энергии, чем Cs-137. В тех случаях, когда радионуклиды обладают меньшей энергией, детектор, наоборот, покажет более высокую мощность дозы, чем она есть на самом деле.
Важно! Счетчик Гейгера будет давать точное показание мощности дозы излучения только в том случае, когда он измеряет тот радиоактивный материал, по которому он был откалиброван. Следовательно, счетчики Гейгера не во всех случаях являются подходящими приборами для измерения дозы облучения.
Для более широкого диапазона измерения уровня радиации применяют счетчики Гейгера с компенсацией энергии. Они позволяют установить точные дозы излучения в широком диапазоне.
Области измерения счетчиков Гейгера в мР/ч или мкР/ч:
- Альфа-излучение — заряженные частицы, которые образуются в результате радиоактивного распада ядра. Их проникновение невелико и останавливается простым листом бумаги.
- Бета-излучение — это электроны или позитроны, заряженные частицы со средним уровнем проникновения. Их останавливает алюминиевая пластина.
- Гамма-излучение — самый опасный вид излучения, их возможно остановить слоем свинца различной толщины.
- Можно также при измерении альфа- или бета-излучения определить количество импульсов в минуту (cpm), либо количество импульсов в секунду (cps), в зависимости от типа используемого измерителя.
Самостоятельное изготовление счетчика Гейгера от А до Я
В этом варианте предлагается изготовить детектор радиации с использованием комплектующих, которые можно найти в свободном доступе в торговой сети. Для того чтобы такой детектор заработал, потребуется чувствительный элемент — трубка Гейгера, с питанием около 400 В постоянного тока и индикатор, или простой динамик. Когда ионизирующее излучение воздействует на газ в счетчике Гейгера , начинается движение электронов, газ в трубке становится проводящим, напряжение подается на динамик, и он начинает щелкать.
Для более эффективного контроля уровня радиации предлагается использовать программу Arduino Nano, которая подсчитывает импульс в трубке в течение определенного времени и ЖК-дисплей, на котором будет отражаться предупреждение об уровне радиации и заряде батареи. В качестве источника питания используется батарея 18650. Поскольку для Arduino требуется 5 В, необходимо установить преобразователь постоянного тока и литий-ионное зарядное устройство, чтобы детектор был полностью автономным.
Необходимые компоненты схемы детектора
Для того чтобы собрать представленную схему потребуются приобрести следующие детали:
- Преобразователь высокого напряжения NoEnName_Null. Вход 3–5 В, выход до 300–1200 В. Размер модуля: около: 25×48 мм. Выходной ток максимум 50 мА, регулируемый модуль блока питания.
- Зарядное устройство Tikta Mini MICRO USB 1A TP4056. Литий-ионная плата 1×5 V позволяет заряжать аккумулятор с помощью разъема Mini USB или входа 4.5–5.5 В.
- Преобразователь напряжения DROK Mini DC Volts 1V — 5V, неизолированный модуль BOOST. Размеры печатной платы: 14.1×18.8×5.5 мм, входное напряжение: 1–5 В постоянного тока, выходное напряжение: 5.1–5.2 В постоянного тока, одиночный литиевый вход с выходным током 1–1.5 A.
- Arduino Nano V3.0 — плата ELEGOO Nano CH340 / ATmega328P без USB-кабеля. Совместимая с Arduino Nano V3.0.Nano использует чипы ATmega328P и CH340, с большим количеством аналоговых входных контактов и встроенной перемычкой + 5V AREF. Есть возможности макета Boarduino и Mini + USB с меньшими размерами, которое хорошо работает с Mini или Basic Stamp. Может получать питание через USB-соединение Mini-B, нерегулируемый внешний источник питания 7–12 В (контакт 30) или регулируемый внешний источник питания 5 В (контакт 27). Источник питания автоматически выбирает источник с самым высоким напряжением.
- OLED-дисплей HiLetgo 0,91 » для Arduino STM32, подсветка не нужна, поскольку имеется самоподсветка. Цвет дисплея: синий. Использует распространенную шину I2C и работает на драйвере дисплея SSD1306. OLED с высоким разрешением для любого проекта микроконтроллера. 128×32 пикселей дает хороший четкий текст, может работать от 3.3 В. Разборчивый текст даже с 4-мя строками. Напряжение 5 В.
- Комплект резисторов 10М и 10К, соответствующих требованиям RoHS.
- Монолитный многослойный керамический конденсатор 470pf Hilitchi 550Pcs, допуск емкости: ± 5%. Основной материал: керамика. Цвет: желтый. Отличная влагостойкость, миниатюрный размер, большая емкость, надежная работа. Широкое применение в компьютерах, обработке данных, телекоммуникациях и промышленном управлении.
- Мини-кнопочный переключатель DPDT с мгновенным выходом, uxcell 6-контактный квадратный 7×7 мм, количество контактов: 6, шаг штифта: 4.5×1 мм, длина штифта 3.5 мм. Материал пластик, вес: 24 г.
Важно! Также потребуется аккумулятор, дополнительный активный пьезозуммер и сам счетчик Гейгера. Для него можно применить старую лампу, сделанную в СССР, под названием STS-5 и подобрать корпус. В данном примере он распечатан на 3D принтере.
Пошаговая инструкция изготовления счетчика Гейгера на Arduino Nano своими руками
Первое, что нужно сделать, это установить с помощью этого потенциометра напряжение на высоковольтном DC-DC, для STS-5 это примерно 410 V. Затем просто соединяют все модули по этой схеме.
Важно! Лучше использовать готовые провода, это повысит устойчивость конструкции и можно будет собрать устройство на рабочем столе, а затем просто вставить его в корпус. Потребуется также подключить минус высоковольтного преобразователя и вывести его, просто припаяв перемычку.
Поскольку Arduino Nano нельзя подключать к 400 В, выполняют простую транзисторную схему: двухточечная проводка помещается в термоусадочную трубку и прямо в разъем вставляется резистор 10 МОм от + 400 В.
Дальше подключают дисплей к подсоединяемому кабелю, тщательно изолируют, поскольку он очень близко расположен к высоковольтному модулю.
После того как сборка сделана, устройство размещают в футляр, и проверяют работоспособность. Скорее всего, он покажет допустимый уровень радиации.
Такая схема с Arduino Nano имеет большие возможности для реконструкции, например, можно добавить большой дисплей, чтобы рисовать графику, и использовать модуль Bluetooth, чтобы передавать информацию дистанционно.
Как сделать счетчик Гейгера из готового комплекта
Практически на всех крупных международных торговых онлайн-площадках можно заказать готовые наборы для изготовления счетчика Гейгера стоимостью от 2500–5000 руб. В каждом наборе проверенные детали и платы, а также подробная инструкция сборки.
Наиболее популярные модели комплектов счетчиков Гейгера:
- KKmoon для обнаружения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, STS-5, SBM20, J305. Имеет звуковую и световую сигнализация, может подключиться к микроконтроллеру, а затем отобразить на ЖК-дисплее. Совместим с компьютером (ПК) MatLab для сбора, анализа и обработки данных.
- Baugger имеет модуль детектор ядерного излучения с ЖК-дисплеем, для обнаружения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, Sts-5, Sbm 20, J305. Оборудован звуковой и световой сигнализацией может подключиться к микроконтроллеру, а затем отобразить на ЖК-дисплее. Совместим с компьютером (ПК) MatLab для сбора, анализа и обработки данных.
- Kshzmoto, набор деталей счетчика Гейгера с ЖК-дисплеем. Имеет блок питания 5 В или аккумулятор 3×1.5 В. Батарея 4×1.2 В, ток: 30–120 мА. Диапазон измерения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Оснащен звуком и световой сигнализацией. Может поддерживаться рабочее напряжение трубки Гейгера 330–600 В.
- YINCHIE Mukuai54 DIY — модуль детектора ядерного излучения с ЖК-дисплеем DIY. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, STS-5, SBM 20, J305. Оборудован звуковым и световым звуком, может работать с ПК.
Таким образом, сделать счетчик Гейгера своими руками на Arduino Nano несложно. Можно самому подобрать комплектующие, и собрать измеритель по проверенной работоспособной схеме, а можно просто купить готовый набор и подключить его схему. Такие дозиметры работают ничуть не хуже тех, которые собираются на промышленных площадках. В сегодняшнее время иметь такое устройство в доме не будет лишним, особенно, отправляясь в путешествие, чтобы найти безопасное место для отдыха или на рынок, чтобы купить экологически чистые продукты.
Загрузка...
