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

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.

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!

Изобретенный Гансом Гейгером прибор, способный определить ионизирующее излучение, представляет собой герметизированный баллон с двумя электродами, куда закачивается газовая смесь, состоящая из неона и аргона, которая ионизируется. На электроды подается высокое напряжение, которое само по себе никаких разрядных явлений не вызывает до того самого момента, пока в газовой среде прибора не начнется процесс ионизации. Появление пришедших извне частиц приводит к тому, что первичные электроны, ускоренные в соответствующем поле, начинают ионизировать иные молекулы газовой среды. В результате под воздействием электрического поля происходит лавинообразное создание новых электронов и ионов, которые резко увеличивают проводимость электронно-ионного облака. В газовой среде счетчика Гейгера происходит разряд. Количество импульсов, возникающих в течение определенного промежутка времени, прямо пропорционально количеству фиксируемых частиц.

Он способен реагировать на ионизирующие излучения самых различных видов. Это альфа-, бета-, гамма-, а также рентгеновское, нейтронное и ультрафиолетовое излучения. Так, входное окно счетчика Гейгера, способного регистрировать альфа- и мягкое бета-излучения, выполняется из слюды толщиной от 3 до 10 микрон. Для обнаружения рентгеновского излучения его изготавливают из бериллия, а ультрафиолетового - из кварца. Построить самому простой счетчик Гейгера, который использует вместо дорогой и дефицитной трубки Гейгера-Мюллера, можно задействуя фотодиод в качестве детектора излучения. Он обнаруживает альфа- и бета частицы. К сожалению гамма-диапазон радиации он засечь не сможет, но для начала хватит и такого. Схема паяется на небольшую печатную плату, и все это помещено в алюминиевый корпус. Медные трубки и кусок алюминиевой фольги используются для фильтрации радиочастотных помех.

Схема счётчика Гейгера на фотодиоде

Список деталей нужных для радиосхемы

• 1 BPW34 фотодиода
• 1 LM358 ОУ
• 1 транзистор 2N3904
• 1 транзистор 2N7000
• 2 конденсатора 100 НФ
• 1 конденсатор 100 мкФ
• 1 конденсатор 10 нФ
• 1 конденсатор 20 нФ
• 1 10 Мом резистор
• 2 1.5 Мом резистора
• 1 56 ком резистор
• 1 150 ком резистор
• 2 1 ком резистора
• 1 250 ком потенциометр
• 1 Пьезодинамик
• 1 Тумблер включения питания

Как вы можете видеть из схемы, она настолько проста, что собирается за пару часов. После сборки убедитесь, что полярность динамика и светодиода, являются правильными.

Наденьте на фотодиод медные трубки и изоленту. Она должна плотно прилегать.

Просверлите отверстие в боковой стене алюминиевого корпуса для тумблера, а сверху для фотодатчика, светодиода и регулятора чувствительности. Больше никаких дырок в корпусе быть не должно, так как схема очень чувствительна к электромагнитным наводкам.

После того, как все электрические компоненты будут соединены, вставьте батарейки. Мы использовали три сложеные вместе CR1620 батареи. Изоленту обмотайте вокруг трубок, чтобы они не смещались. Это также поможет закрыть свет от воздействия на фотодиод. Вот теперь всё готово для начала обнаружения радиоактивных частиц.

Проверить его в действии можно на любом тестовом источнике радиации, который вы можете найти в специальных лабораториях или в школьных кабинетах, по проведению практических работ по этой теме.

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.

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;
}