Устройство для измерения уровня радиоактивности

Полезная модель для измерения уровня радиоактивности относится к области электротехники и может быть использована для обнаружения и оценки уровня ионизирующего излучения.
Известен индикатор радиоактивности РАД ЭКС РД 1503. Известен также и индикатор радиоактивности РАДЭКС РД 1706. Руководство по эксплуатации 10. КР. 09.00.00.000.00 РЭ 2010 г. (аналоги).
Прототипом заявляемой полезной модели является Индикатор радиоактивности. Патент РФ №108144 G01N 23/00, 10.09.2011 г. Он содержит электронную схему, устройство индикации и блок питания.
Недостатками как аналогов, так и прототипа являются то, что они позволяют замерить только довольно значительное превышение уровня излучения над естественным фоном, который крайне неравномерен. При малом уровне облучения вспышки светового индикатора или щелчок звукового происходят со случайными интервалами, от долей секунды до единиц и даже десятков секунд. Поэтому при их подсчете в уме трудно не сбиться и недооценить или переоценить опасность наблюдаемого уровня облучения.
Целью полезной модели является увеличение чувствительности устройства
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения уровня радиоактивности, содержащем электронную схему, блок индикации и блок питания, электронная схема содержит источник высокого напряжения, датчик радиоактивных частиц (счетчик Гейгера), счетчик импульсов, расширитель импульсов, таймер и индикатор на светодиодах, при этом источник высокого напряжения для питания счетчика Гейгера собран по схеме блокинг-генератора на транзисторах VT1, импульсном трансформаторе Т1 и выпрямителе с удвоением напряжения на диодах VD2, VD3 и конденсаторах C3, C4, причем возникающие в счетчике Гейгера при прохождении через него квантов гамма-излучения импульсы тока вызывают импульсы напряжения на резисторе R5, а диод VD4 ограничивает амплитуду этих импульсов, которые поступают на вход счетчика DD1, а через диод VD5 - на расширитель импульсов на полевом транзисторе VT2, вызывая вспышки светодиода HL1, при этом на микросхеме DD1 реализованы два узла - счетчик импульсов, формируемых счетчиком Гейгера, и таймер, причем генератор вместе со вторым счетчиком микросхемы DD1 образует таймер, признаком истечения отсчитываемого которым интервала времени служит включение светодиода HL2, соединенного с выходом микросхемы, а светодиод HL3 соединен с выходом первого счетчика, при этом резистор R9 обеспечивает полную разрядку конденсатора C5 при включенном питании.
На чертеже приведена принципиальная схема устройства для измерения уровня радиоактивности. Она содержит:
- блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ315г);
- импульсный трансформатор T1;
- выпрямитель на диодах VD2, VD3 (КД102Б);
- конденсаторы C1-C8;
- резисторы R1-R13;
- диоды VD4-VD5;
- счетчик Гейгера СБМ-11 DD1 (К176ИЕ5);
- расширитель импульсов на полевом транзисторе VT2 (КП303А);
- светодиоды HL1, HL2, HL2 (АЛ307БМ);
- переключатель SA1;
- стабилитрон BD1 (СБМ-11).
В устройстве применен счетчик Гейгера СБТ-11 (BD1), так как только он благодаря тонкой слюде (20…25 мкм), закрывающей чувствительное окно, способен регистрировать частицы с малой энергией.
Источник высокого напряжения для питания счетчика Гейгера собран по схеме блокинг-генератора на транзисторе VT1, импульсном трансформаторе T1 и выпрямителе с удвоением напряжения на диодах VD4, VD3 и конденсаторах C3, C4. Возникающие в счетчике Гейгера при прохождении через него радиоактивных частиц или квантов гамма-излучения импульсы тока вызывают импульсы напряжения на резисторе R5. Диод VD4 ограничивает амплитуду этих импульсов. Они поступают на вход 10 счетчика DD1, а через диод VD5 - на расширитель импульсов на полевом транзисторе VT2, вызывая хорошо заметные вспышки светодиода HL1. Значительное увеличение средней частоты этих вспышек сигнализирует об опасном уровне радиоактивного излучения.
На микросхеме К176ИЕ5 (DD1) реализованы два узла: счетчик импульсов, формируемый счетчиком Гейгера, и таймер. После включения напряжения питания счетчики микросхемы DD1 устанавливаются в нулевое состояние импульсом, формируемым на ее входе R при зарядке конденсатора C7. Затем начинается раздельный подсчет импульсов, поступающих на вход 10, и импульсов внутреннего генератора микросхемы, частотозадающие элементы которого - конденсаторы C8 и C9 и резисторы R12 (построечный) и R13.
Генератор вместе со вторым счетчиком микросхемы DD1 образует таймер, признаком истечения отсчитываемого которого интервала времени служит включение светодиода HL2, соединенного с входом 9 микросхемы.
Светодиод HL3, соединенный с выходом 15 первого счетчика, включается, когда в этом счетчике накоплено более 128 импульсов счетчика Гейгера. При нормальном фоновом уровне излучения светодиод HL2 должен включиться раньше, чем HL3, а при его превышении - наоборот. Этого добиваются, регулируя подстроечным резистором частоту генератора.
Чем меньше промежуток времени между включением индикатора переключателем SA1 и зажиганием светодиода HL3, тем интенсивнее излучение. При большой его интенсивности светодиод HL3 мигает, причем частота мигания растет пропорционально интенсивности, а затем вспышки сливаются в непрерывное свечение. Резистор R9 служит для полной разрядки конденсатора C5 при выключении питания.
Питание индикатора осуществляется от батареи типа «Крона». Импульсный трансформатор T1 намотан на кольце типоразмера К 17,5×8,2×5 из феррита 2000 НМ. Обмотка I - 8 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм, обмотка II - 3 витка такого же провода, а обмотка III - 250 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм. Обмотку III наматывают на ферритовое кольцо первой. Она должна быть хорошо изолирована от кольца и от намотанных поверх нее обмоток I и II.
Налаживание индикатора сводится к установке высокого напряжения 390 В подбором резисторов R1 и R2 и установке времени измерения подстроечным резистором R12. В режиме счета индикатор потребляет ток 0,8-0,9 мА.
Предлагаемое устройство для измерения уровня радиоактивности способно зафиксировать очень небольшое превышения фона. Оно позволяет, например, обнаружить радиоактивность даже сухого травяного сбора, которое не удавалось определить, подсчитывая вспышки светодиода.