Самостоятельное изготовление и доработка дозиметров: схемотехника, датчики и специфика измерений

Цифровой дозиметр своими руками на базе СБМ-20

Для создания надежного переносного цифрового прибора успешно применяется схема на микроконтроллере PIC с датчиком СБМ-20. Изготовление печатной платы методом ЛУТ (лазерно-утюжным) дает посредственный результат, тогда как пленочный фоторезист обеспечивает высокое качество дорожек. Высоковольтный импульсный трансформатор для питания счетчика наматывается вручную на ферритовом кольце от маломощной энергосберегающей лампы (КЛЛ), либо схема раскачивается на связке дросселя и полевого транзистора.

В качестве корпуса хорошо подходит переделанный корпус от вышедшего из строя компактного цифрового мультиметра. Вес готового прибора составляет около 200 грамм. Питание осуществляется от литиевого аккумулятора (например, формата Nokia BL-5C емкостью 1100 мА·ч или более емкого 18650), который можно подзаряжать от сети, солнечной панели или портативной станции. Время автономной работы устройства со звуковой индикацией превышает двое суток, а при отключенной подсветке дисплея достигает более 4 суток. Функционал включает виброрежим для бесшумного мониторинга

Практика долговременной эксплуатации показала, что прибор стабильно работает непрерывно более трех лет. При температурах ниже нуля дисплей начинает притормаживать, а аккумулятор теряет емкость, однако общая работоспособность и актуальность показаний сохраняются. Замер через слой зимней одежды дает лишь незначительное ослабление уровня фона.

Калибровка и бытовые источники излучения

Правильно собранный цифровой прибор из исправных деталей и с корректной прошивкой не требует дополнительной подстройки. Сверка показаний самодельного дозиметра с эталонным источником на 270 мкР/ч дает погрешность не более ±10 мкР/ч, аналогичные показатели демонстрирует армейский прибор ДП-5В .

При проверке чувствительности важно учитывать параметры доступных источников:

• Эталонные заводские источники на 270 мкР/ч;
• Компас Адрианова со светомассой постоянного действия (СПД): на расстоянии 4 см показывает 1000–1200 мкР/ч (10–12 мкЗв/ч), а со снятым стеклом уровень достигает 1800–2350 мкР/ч (около 15,6–20 мкЗв/ч);
• Безопасным уровнем внешнего гамма-фона для человека считается величина до 0,2–0,5 мкЗв/ч (20–50 мкР/ч).

Схемотехника простых интенсиметров («щелкалок»)

В качестве упрощенного индикатора радиации радиолюбители собирают так называемые интенсиметры без числового дисплея

. Принцип их работы сводится к формированию звукового щелчка на пьезоизлучателе (ЗП) или вспышки светодиода при каждом импульсе датчика:

• Схемы на таймерах NE555 обладают значительным собственным токопотреблением, что быстро разряжает автономные батареи;
• Для корректной работы вывод 5 микросхемы таймера должен блокироваться на общий провод конденсатором 0,01 мкФ;
• Настройку высоковольтного каскада (около 400 В) нельзя проводить обычным мультиметром: из-за низкого входного сопротивления стандартный тестер шунтирует и просаживает накопительный конденсатор. Требуется высокоомный вольтметр;
• Для надежной индикации импульсы со счетчика необходимо расширять с помощью ждущего мультивибратора (моновибратора).

Конструктивные недостатки дозиметра «Мастер-1»

Попытки модернизации устаревших малогабаритных индикаторов (в частности, прибора «Мастер-1») часто наталкиваются на схемотехнические ограничения:

• Отсутствие стабилизации высокого напряжения: схема представляет собой примитивный блокинг-генератор на транзисторе КТ315 с диодно-емкостным умножителем. По мере разряда часовых элементов питания напряжение уходит за пределы счетного плато счетчика СБМ-20 (390–450 В), из-за чего резко падает точность;
• Отсутствует индикация критического разряда батарей;
• Применение микросхем серии К176, исходно не рассчитанных на стабильную работу при 5 В;
• Невозможность подстройки времени измерения: счетный интервал жестко задан делителем частоты К176ИЕ5 на часовом кварце 32768 Гц.

Ограничения счетчиков СБМ-20 в динамике и на транспорте

Попытки установки датчиков СБМ-20 на автомобили (вынос датчика на бампер по коаксиальному кабелю с передачей звуковых щелчков в салон) малоэффективны из-за физических ограничений газоразрядных трубок

Счетчик СБМ-20 обладает малой собственной чувствительностью. В стандартных схемах (например, на К176ИЕ12) период накопления импульсов составляет около 39–40 секунд: за это время регистрируется около 20–30 распадов фонового значения. Распределение частиц во времени носит хаотический характер, паспортная погрешность по гамма-излучению составляет до ±30%.

При движении автомобиля со скоростью 60–90 км/ч компактное локальное пятно радиоактивного заражения преодолевается за доли секунды. Газоразрядный счетчик за это время не успеет набрать статистику и зарегистрирует лишь единичные импульсы. Для мгновенного обнаружения на ходу применимы только сцинтилляционные детекторы на базе кристаллов.

Радиохромные пленки для дозиметрии

В качестве альтернативы электронным детекторам существуют пленочные радиохромные материалы (например, GAFCHROMIC) . Они предназначены для относительной и абсолютной дозиметрии фотонного и корпускулярного излучений. Под воздействием ионизирующего излучения в материале запускается прямая реакция полимеризации, приводящая к изменению оптической плотности пропорционально поглощенной дозе. Пленки не требуют химических реактивов для проявления, нечувствительны к дневному свету, могут резаться под любые размеры и эксплуатироваться в водной среде благодаря защитному покрытию. Оцифровка полученных результатов выполняется денситометром или обычным планшетным сканером.