7. Осторожно - радиация

ОСТОРОЖНО - РАДИАЦИЯ!

Ионизирующая радиация опасна не только своей высокой поражающей способностью - доза, смертельно опасная для человека, в тепловом ее эквиваленте едва нагрела бы и стакан воды, но и тем, что она никак не воспринимается нашими органами чувств. Ни один из органорецепторов человека не предупредит его о сближении с источником радиации любой интенсивности.

Это обстоятельство позволяло долгое время скрывать от населения происходившие в нашей стране радиационные аварии и их последствия. И даже после взрыва на Чернобыльской АЭС, радиоизотопный след которого ощутила, как минимум, вся Европа, еще несколько лет у нас блокировались любые попытки дать в руки населения приборы, которые позволили бы ему самому позаботиться о своей безопасности. И лишь с появлением* в свободной продаже датчиков ионизирующей радиации - так называемых счетчиков Гейгера - управлявшие нашей страной утеряли, наконец, исключительное право знать то, что не следует, по их мнению, знать населению...


*) Этому «появлению» способствовали не только статьи в журнале «Радио», о которых мы еще будем говорить, но и многомиллионный «АиФ», опубликовавший принципиальную схему чрезвычайно простого прибора радиационного контроля, которому не хватало лишь счетчика Гейгера [14]. Пренебречь последовавшей реакцией, судя по всему, уже не решились.

 

1. «Сторож-Р» - прибор непрерывного радиационного контроля

«Сторож-Р» - прибор непрерывного радиационного контроля

На техногенное загрязнение окружающей среды нередко смотрят как на неизбежную «плату» за те удобства цивилизованной жизни, которые нам предоставляет научно-технический прогресс. Но если о загрязнениях, хоть как-то себя проявляющих, мы можем судить и сами, можем так или иначе минимизировать их воздействие на себя, то по отношению к веществам, полям, средам, недоступным нашим органам чувств, мы оказываемся в ином положении: не только предпринимать какие-либо меры самозащиты, но и просто узнать о появлении такой опасности, даже длительном ее существовании мы не можем.

В таких случаях остается целиком и полностью полагаться на те или иные службы централизованного контроля, сознавая, что по самому характеру своей деятельности, по физическим своим возможностям они в лучшем случае будут следить лишь за среднестатистическим благополучием каждого из нас и его соответствием нормам своих ведомств.

Все это в полной мере относится и к радиационному загрязнению окружающей среды - к радиоизотопам, к их проникающему излучению: невидимому, неслышимому, неосязаемому, не обладающему ни запахом, ни вкусом даже в безусловно недопустимых дозах. Правда, монопольное право на радиационный контроль в нашей стране ведомственные службы недавно утеряли - у населения появились персональные дозиметры.

Но «измерение опасности» - этой первоосновы ведомственного контроля, пришедшей к нам вместе с персональными дозиметрами (в большинстве своем - упрощенными моделями профессиональных), - лишь на первый взгляд кажется чем-то вполне заменяющим органолептический контроль. В том, что ни один из органов чувств человека не может быть отнесен к категории измеряющих, можно, конечно, видеть лишь ни к чему не обязывающие нас особенности эволюции живого. Но то, что потеря любого из них не компенсируется даже самым совершенным произведением нынешней электронной техники, заставляет отнестись к органолептической ориентации - к самой ее идеологии, ее шкале ценностей - с должным вниманием. Как, соответственно, и к приборам, способным подобным же образом ориентировать человека в потенциально опасных для него новых средах.

Техника персональной ориентации человека в продуктах и отходах современной цивилизации призвана решать задачи, непосильные для специалистов-профессионалов, независимо от их числа, квалификации и оснащения. Всегда - как это неизменно выяснялось - недостаточных.

Но какими же могут быть функции у приборов «органолептического» контроля радиационной обстановки? Чем, собственно, они должны отличаться от обычных дозиметров? И вообще - располагаем ли мы для этого достаточными средствами?

Органолептический прибор радиационного контроля - радиационный технорецептор - отличается от дозиметрического прежде всего своим назначением: он обязан своевременно поставить в известность своего владельца о его сближении с источником радиации, о появлении пока еще потенциальной для него опасности.

Техническое обеспечение такого режима работы прибора сказывается почти на всех его параметрах. Так, если энергоэкономичность дозиметра является для него показателем достаточно второстепенным, то для технорецептора он - из важнейших: прибор, не способный работать непрерывно, требующий постоянной заботы о своем энергообеспечении, вообще не может быть отнесен к этой категории. С другой стороны, почти теряет смысл вопрос о точности технорецептора. Во всяком случае в выборе между возможностью «видеть» широкий спектр радиационных излучений и точностью количественной оценки только какой-то его разновидности - лишь гамма-излучения, например, - безусловный приоритет будет иметь спектральная широкополосность прибора.

Различаются эти приборы и по форме представления информации. Радиационный технорецептор должен включать ее в рецепторное пространство человека. То есть, он должен обладать способностью информировать своего владельца о радиационной обстановке и ее изменении без какого-либо запроса с его стороны. Обычные в измерительной технике табло и шкалы здесь, очевидно, ничем помочь не могут.

3-1.jpg

Рис. 68. Радиационный индикатор «Сторож-Р»

Особые требования предъявляются и к надежности технорецептора. Она должна быть не только высокой, но и постоянно проверяемой - отказ прибора должен обнаруживаться незамедлительно.

Органолептический прибор радиационного контроля должен обладать и высокой радиационной чувствительностью, во всяком случае - быть способным контролировать естественный радиационный фон и практически мгновенно реагировать на сколько-нибудь заметные его изменения.

И, наконец, все это мало бы чего стоило, если бы стоило дорого...

С учетом вышеизложенного и был спроектирован «Сторож-Р» - сторож радиационный - прибор непрерывного радиационного контроля.

Его основные параметры:

Спектр контролируемых излучении
b(>0,5 МэВ), g(>0,05 МэВ)
Реакция на естественный радиационный фон (ЕРФ)
акустические импульсы- щелчки, следующие со средней частотой 15...25 имп/мин;
Реакция на изменение уровня радиации
изменение скорости счета (линейная зависимость);
Порог тревожной сигнализации
4...5 ЕРФ
Напряжение источника питания
9 В

Потребляемый ток:

в фоновых радиационных полях

в режиме тревожной сигнализации

 

0,15...0,2 мА

3...4 мА

Время непрерывной работы (с батареей «Корунд»)

> 5000 часов
Время выхода на рабочий режим
<1c
Габариты прибора
120х46х21 мм
Масса прибора (с источником питания)
100 г

Принципиальная схема прибора показана на рис. 68. В качестве датчика ионизирующей радиации BD1 используется счетчик Гейгера типа СБМ20*. Высокое, напряжение на его аноде формирует блокинг-генератор: импульсы напряжения с повышающей обмотки I трансформатора Т1 через диоды VD1, VD2 заряжают конденсатор фильтра С1. Нагрузкой счетчика служит резистор R1 и элементы, связанные с входом 8 микросхемы DD1.

На элементах DD1.1, DD1.2, СЗ и R4 собран одновибратор, преобразующий импульс, поступающий со счетчика Гейгера и имеющий затянутый спад, в «прямоугольный», длительностью 5...7 мс.

Фрагмент схемы, включающий в себя элементы DD1.3, DD1.4, С4 и R5, представляет собой управляемый по входу 6 DD1 звуковой генератор, возбуждающийся на частоте F@1/2·R5·C4@1 кГц, к парафазному выходу которого (выходы 3 и 4 DD1) подключен пьезоизлучатель НА1. Акустический импульс-щелчок возбуждается в нем «пачкой» электрических импульсов.

На элементах VD4, R8...R10, С8 и С9 собран интегратор, управляющий работой порогового усилителя, выполненного на микросхеме DD2.

3-2.jpg

Рис. 69. Печатная плата «Сторожа-Р»

Напряжение на конденсаторе С9 зависит от средней частоты возбуждения счетчика Гейгера; по достижении им потенциала отпирания полевого транзистора, входящего в DD2, включается светодиод HL1: частота и длительность его вспышек будут расти с увеличением уровня радиации.

Прибор монтируют на печатной плате, изготовленной из двустороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 69, а). Фольга обратной стороны используется лишь в качестве нулевой шины (она соединена с «-» источника питания), в местах пропуска проводников в ней вытравлены кружки диаметром 1,5...2 мм.

Двухцокольный счетчик СБМ20 крепят на печатной плате жесткими скобками (стальная проволока диаметром 0,8...0,9 мм). Их надевают внатяг на выводы счетчика и впаивают в предназначенные для них отверстия. Счетчик с мягкими выводами (другое оформление счетчика СБМ20) крепят за корпус охватывающими его тонкими скобками (монтажный провод диаметром 0,4...0,6 мм), отверстия для их распайки - «а-б» и «в-г».

Трансформатор Т1 наматывают на кольцевом сердечнике М3000НМ типоразмера К16х10х4,5 мм. Острые ребра сердечника предварительно заглаживают шкуркой и покрывают весь сердечник электрически и механически прочной изоляцией, например, обматывают лавсановой или фторопластовой лентой.

Первой наматывают обмотку I, она содержит 420 витков Провода ПЭВ-2-0,07. Обмотку ведут почти виток к витку, в одну сторону, оставляя между ее началом и концом промежуток в 1...2 мм. Обмотку I также покрывают изоляцией. Далее наматывают обмотку II-8 витков провода диаметром 0,15...0,2 мм в произвольной изоляции, и поверх нее - обмотку III - 3 витка тем же проводом. Эти обмотки также должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее. Расположение обмоток и их выводов должно соответствовать рисунку печатной платы, а их фазировка - указанной на принципиальной схеме (синфазные концы обмоток обозначены точками).

Готовый трансформатор рекомендуется покрыть слоем гидроизоляции - обмотать, например, узкой полоской липкой пластиковой ленты. На плату трансформатор крепят винтом МЗ между двумя эластичными, не продавливающими обмоток, шайбами.

При сборке прибора рекомендуется использовать следующие типы конденсаторов: С1 - К73-9-630В, С2 - КД-26-500В, С8 и С9 - К10-17-26, С5 - К53-30 или К53-19; С7, С10 - К50-40 или К50-35.

При возможных заменах следует иметь в виду, что завышенные утечки конденсаторов С1 и С2 (как и обратный ток диодов VD1 и VD2) могут резко увеличить энергопотребление прибора. Оно может быть заметно увеличено и неудачным выбором конденсатора С5.

Резисторы: R1 - КИМ-0,125 или СЗ-14-0,125, остальные - МЛТ-0,125, С2-23-ОД25 или С2-33-ОД25.

В качестве DD1 можно, конечно, взять микросхему К561ЛА7. Диод КД510А - заменить любым кремниевым с током в импульсе не менее 0,5 А. Светодиод годится практически любой, критерий здесь - достаточная яркость.

Пьезоизлучатель барабанного типа ЗП-1 может быть заменен излучателем с акустическим резонатором - ЗП-12 или ЗП-22. Возможно применение и других пьезоизлучателей. Критерий здесь - достаточна громкость.

Полностью смонтированную печатную плату, пьезоизлучатель и выключатель устанавливают на передней панели прибора, которую изготавливают из ударопрочного полистирола толщиной 2,5 мм (рис. 69, б). Корпус прибора, имеющий форму открытой коробки, изготавливают из полистирола толщиной 1,5...2 мм; по краю, с внутренней его стороны выбирают паз глубиной 2,5 мм для фиксации в нем передней панели прибора по всему ее периметру. Крышку скрепляют с передней панелью винтом М2, место крепления - прилив на отсеке питания с запрессовыванным в нем металлическим вкладышем, имеющим резьбу под винт М2. Поскольку источник питания в приборе меняют очень редко, сдвижную крышку у отсека питания можно не делать.

Так как полистирол может вполне ощутимо ослабить ионизирующее излучение (см. приложения 6 и 7), в стенке корпуса, примыкающей к счетчику Гейгера, делают сквозной вырез, который можно перекрыть лишь редкой решеткой. Такими же решетками перекрывают и акустические вырезы в передней панели и в крышке прибора.

В «Стороже-Р» можно использовать не только счетчики Гейгера типа СБМ20. Годятся, без заметных изменений потребительских свойств и каких-либо переделок прибора, счетчики типа СТС5, СБМ32 и СБМ32К.

Но существуют счетчики Гейгера, способные значительно увеличить общую и спектральную чувствительность прибора. Например, СБТ7, СБТ9, СБТ10А, СБТ11, СИ8Б, СИ13Б, СИ14Б. Все они имеют тонкие слюдяные «окна» и обладают высокой чувствительностью не только к гамма- и жесткому бета-, но и к мягкому бета-излучению (а СБТ11 - и к альфа-излучению). Правда, их конфигурация потребует внесения существенных изменений в конструкцию корпуса прибора, в общую его компоновку. Для некоторых из них потребуется и коррекция порога тревожной сигнализации. Информация по счетчикам Гейгера отечественного производства, которые могут быть использованы в самодельных приборах радиационного контроля, приведена в приложении 4.

Ничто, кроме растущих габаритов и стоимости, не может помешать ставить в «Сторож-Р» и несколько счетчиков Гейгера (их включают параллельно) - для увеличения общей и спектральной чувствительности прибора.

Прибор не требует наладки - правильно собранный, он начинает работать сразу. Но есть в нем два резистора, номиналы которых потребуется, возможно, уточнить. Это резистор R5, с помощью которого частоту звукового генератора выводят на частоту механического резонанса пьезоизлучателя (их значительное несовпадние сказывается на громкости щелчка). И резистор R8, определяющий порог тревожной сигнализации (порог повышается при увеличении сопротивления R8). Коррекция порога может потребоваться не только при использовании счетчика, существенно отличающегося от СБМ20 радиационной чувствительностью, но и при перенастройке прибора для работы в условиях повышенного радиационного фона, в условиях, например, уже состоявшегося радиационного загрязнения местности.

«Сторож-Р» прост в обращении и не требует от владельца какой-либо специальной подготовки. Редкое пощелкивание акустических импульсов, следующих друг за другом без видимого порядка, отсутствие тревожной сигнализации (вспышек светодиода) говорят о том, что прибор находится в условиях естественного радиационного фона. Это фоновое пощелкивание почти не зависит от времени суток; сезона и местоположения прибора, несколько замедляясь лишь глубоко под землей и ускоряясь в высокогорье.

Увеличение скорости счета при перемещении прибора, а тем более появление тревожной сигнализации, с очень высокой вероятностью означает, что прибор входит в поле источника радиации искусственного происхождения. Рефлекторное стремление человека покинуть это место - совершенно уместная здесь реакция (удаление от источника - лучший вид радиационной защиты, удаление источника - лучшая дезактивация).

Но можно это сделать и чуть позже, предварительно установив местоположение источника, его связь с тем или иным видимым предметом. Поскольку «Сторож-Р» имеет максимальную чувствительность со стороны своего «окна» — выреза в стенке корпуса, примыкающей к счетчику Гейгера, эта процедура напоминает радиопеленгацию. Направление на источник может быть установлено и приближением к нему: источник находится в направлении, на котором скорость счета растет максимально быстро.

При поиске источников, имеющих значительно меньшие размеры, нежели сам счетчик Гейгера, рекомендуется проводить сканирование подозрительных мест: перемещать прибор, меняя направление его движения и ориентацию. Таким образом положение невидимой простым глазом «горячей» Частицы, например, определяется с точностью до 2...3 мм.

Однако все это может показаться недостаточным. Хотелось бы знать - опасно обнаруженное или нет. Внесем ясность: на этот вопрос не отвечают, не могут ответить и, возможно, не смогут это сделать никогда дозиметрические приборы любых типов. Рецепта отделения «опасного» от «безопасного» в сколько-нибудь сложных случаях - а взаимоотношения живого с радиоизотопами загрязнений относятся к наисложнейшим - может не быть вообще, во всяком случае - рецепта простого, реализацию которого можно было бы передоверить прибору.

Но и это - если «безопасная» радиация существует хотя бы в принципе. К сожалению, в многолетних поисках она так и не была обнаружена. Можно было говорить лишь о большем или меньшем ее вреде. И в цивилизованных странах от идеи существования подпороговой радиации - радиации, воздействие которой совершенно компенсировалось бы какими-то защитными механизмами организма, - отказались. Отказались давно, в США, например, в 1946 году.

Минимизация облучения человека - этическая норма в обращении с источниками ионизирующего излучения. К различным ведомственным нормам, принимающим в качестве допустимых уровни, значительно превышающие естественный радиационный фон, следует относиться как к попыткам найти баланс, взвесив на универсальных весах хозяйственника стоимость защитных мер - с одной стороны - и потери общества от радиационного поражения - с другой.

«Сторож-Р» отличается от большинства теперь уже многочисленных разновидностей бытовых дозиметрических приборов прежде всего тем, что практически полностью устраняет опасность случайного облучения своего владельца. Работая в непрерывном режиме, почти не мешая другим занятиям (любой фон, как признак стабильности ситуации, легко «уходит» в подсознание человека), он мгновенно обращает его внимание на сколько-нибудь заметное изменение радиационной обстановки (другая, столь же фундаментальная особенность нашего восприятия окружающего).

Особенно эффективен «Сторож-Р» в обнаружении компактных радиационных образований - начальной фазы почти любого радиационного загрязнения. К сожалению, в этой фазе своего существования (наиболее доступной, кстати, для дезактивации) они попадают в поле зрения служб радиационного контроля лишь в виде исключения: даже самая совершенная, но находящаяся в отдалении аппаратура физически не в состоянии обнаружить такого рода источники.

Порог тревожной сигнализации в приборе выставлен так, чтобы под ним оказался бы естественный радиационный фон с почти всеми возможными его отклонениями от среднего значения. Лишь очень немногие причины, не связанные с источниками радиации искусственного происхождения, могут вывести «Сторож-Р» в режим тревожной сигнализации**.

Но «Сторож-Р» может быть полезен и в условиях уже состоявшегося радиационного загрязнения местности. Выявление точечных источников и высокоактивных «пятен» на новом, техногенном фоне может оказаться делом даже более актуальным: опыт показывает, что радиационные загрязнения в таких местах отличаются чрезвычайной неравномерностью.

«Сторож-Р» - во многих своих прототипах и модификациях испытывался и находил применение в самых разных регионах нашей страны и за рубежом на протяжении последних сорока лет. С его помощью легко обнаруживались выброшенные «светящиеся» элементы старых приборов и радиоактивные ампулы пожарных датчиков, «горячие» частицы Чернобыля на предметах обихода и уже циркулирующие в кроветоке человека радиоактивные образования, высокоактивные минералы и окаменелости в музеях и коллекциях и продукты питания, миновавшие тройной (как утверждалось) казенный контроль, «освещающие» прохожих ускорители НИИ и радиоактивная «грязь» в медицинских учреждениях. И многое, многое другое...

Но куда чаще «Сторож-Р» снимал необоснованные страхи и подозрения - то, что с долей пренебрежения называют радиофобией, а на самом деле являющиеся нормальной реакцией человека на безличное, «среднестатистическое» к нему отношение.


*) Или, что то же, СБМ-20. В заводской маркировке дефис нередко отсутствует (это относится и к счетчикам других типов).

**) Среднее значение естественного радиационного фона на уровне моря близко к 15 мкР/ч. На высоте 1 км фон вырастает примерно вдвое, на высоте 10...12 км - в 10...15 раз. На земном шаре есть несколько мест с аномально высоким уровнем есте- ственного радиационного фона. В 2...4 раза он завышен в некоторых районах Франции, Бразилии, Индии, Египта и почти в 10 раз - на острове Ниуэ в Тихом океане. Причина таких аномалий - особенности местных геологических структур, их радионуклидный состав.

 

Рис. 68. Радиационный индикатор «Сторож-Р»

Изображение: 

Рис. 69. Печатная плата «Сторожа-Р»

Изображение: 

2. Радиационный индикатор в радиоприемнике

Радиационный индикатор в радиоприемнике

Транзисторный приемник с введенным в него радиационным детектором не только приобретает новую важную функцию, но объединение этих двух аппаратов имеет очевидные выгоды: корпус, источник питания, усилитель низкой частоты и акустический излучатель могут быть в таком «комбайне» общими.

Принципиальная схема радиационного блока, встраиваемого в транзисторный радиоприемник, показана на рис. 70. В его основе - радиационный индикатор «Сторож-Р» (см. в этой книге). Поскольку

3-3.jpg

Рис. 70. Принципиальная схема встраиваемого радиационного индикатора

3-4.jpg

Рис. 71. Печатная плата индикатора

различаются эти приборы лишь формой тревожного сигнала (вспышки светодиода там и тональные посылки здесь), то здесь уделим основное внимание возможной конструкции такого «комбайна», стыковке его составляющих.

Все элементы индикатора, за исключением переключателя SA1, монтируют на двусторонней печатной плате, «монтажная» сторона которой показана на рис. 71. Фольгу со стороны деталей используют лишь в качестве нулевой шины-«земли», в местах пропуска проводников в ней вытравлены кружки диаметром 1,5...2 мм, а места соединения с ней «заземляемых» проводников показаны черными квадратами. Высота устанавливаемых на плату деталей не должна превышать 8...9 мм. Счетчик Гейгера крепят на плате со стороны печатных проводников с помощью надетых внатяг на выводы анода и катода проволочных скоб, впаянных затем в предназначенные для них отверстия.

Полностью смонтированный радиационный блок (его габариты 19х23х109 мм, масса 22 г) можно установить в радиоприемник так, как это показано на рис. 72, а. В стенке корпуса делают сквозной вырез 11х109 мм для пропуска счетчика Гейгера. Во избежание возможного его повреждения (корпус счетчика очень тонок) на этот вырез наклеивают глубокую (-9 мм) накладку, имеющую форму продолговатой коробки с прорезями - окнами. Такое размещение радиационного блока возможно, если в радиоприемнике найдется свободное пространство 12х19х109 мм.

Вариант размещения, показанный на рис. 72, б, потребует большего пространства - 21х19х109 мм. Правда, габариты приемника в этом случае почти не изменятся: закрывающая вырез в корпусе (9х92 мм) защитная решетка может иметь толщину лишь 1,5...2 мм.

3-5.jpg

Рис. 72. Варианты размещения индикатора в радиоприемнике

3-6.jpg

Рис. 73. Радиационный индикатор в выносном блоке

Но если радиоприемник мал или «упакован» так, что установить в нем радиационный блок никак не удается*, то его можно поместить в отдельный футляр (рис. 73, а) и, связав с приемником тонким трехпроводным кабелем, носить так, как показано на рис. 73, б.

Выключатель питания SA1, которым к работающему приемнику подключают радиационный индикатор, можно установить в любом удобном для этого месте. Нередко в качестве выключателя удается использовать тот или иной коммутационный элемент самого приемника - например, свободную или не слишком нужную позицию переключателя диапазонов. Включенный индикатор никак не повлияет на работу приемника - на фоне принимаемой программы появятся лишь редкие (при нормальном радиационном фоне 15...25 имп/мин) акустические щелчки.

Радиационный индикатор рассчитан на установку в радиоприемники, имеющие 9-вольтное питание. Но его можно переделать и для работы в приемниках, питающихся от 6-вольтных батарей. Для этого потребуется лишь изменить моточные данные трансформатора Т1: обмотка II должна иметь 5, а обмотка III - 2 витка провода ПЭВШО-0,12.,.0,15. Обмотка I остается без изменений - все те же 420 витков ПЭВ-2-0,07.

Среди транзисторных приемников, особенно старых выпусков, могут оказаться модели, в которых с нулевой шиной-«землей» соединен не минус источника питания, а плюс. В таких случаях нужно лишь переполюсовать питание индикатора: соединить его «+» с «землей», а общий провод - с «-» радиоприемника.

Номинал резистора R6 выбирают в пределах (10...20)R, где R - сопротивление регулятора громкости радиоприемника.

Накладку или решетку, защищающую счетчик Гейгера от возможного повреждения, изготавливают из того же материала, что и корпус приемника. Если это ударопрочный полистирол (обычно это так), то для их склейки можно использовать распущенную в растворителе 647 стружку того же полистирола (того же цвета). Это по существу сварное соединение отличается высокой прочностью. Тем же клеем крепят к корпусу приемника и полистироловые стойки - опоры под печатную плату. Они должны иметь отверстия с резьбой под винт М2. Подходящие стойки, даже с залитыми в них металлическими вкладышами, нередко обнаруживаются в корпусах выброшенных электро- и радиоаппаратов самого разного назначения.

Трудности объединения этих двух аппаратов связаны, очевидно, с тем, что обычные бытовые транзисторные радиоприемники изначально на такое их применение не рассчитаны. Конечно, все элементы радиационного блока можно было бы разместить на общей с радиоприемником печатной плате, предусмотрев в его корпусе соответствующее «окно» для счетчика Гейгера.

Обратим внимание будущих конструкторов таких «комбайнов» на особенности УНЧ, противоречивость предъявляемых к нему здесь требований. С одной стороны, при работе с радиоприемником УНЧ должен иметь достаточно малые нелинейные искажения, а с другой - при работе лишь с радиационным индикатором - предельно малое, в паузе близкое к нулю, энергопотребление (ток, потребляемый самим индикатором, <0,2 мА). Энергоэкономичность режима радиационного контроля вовсе не самоцель - в сомнительных обстоятельствах радиационную обстановку контролируют непрерывно.

В заключение заметим, что описанный здесь радиационный индикатор сохранит свою главную функцию - функцию прибора, следящего за радиационной обстановкой, и без узла, формирующего тревожный сигнал. Поэтому при необходимости (отсутствии, например, микросхемы К176ЛП1) этот узел можно исключить (исключают микросхему DD2, диоды VD4 и VD5, резисторы R8...R13, конденсаторы С8 и С9, а вывод 10 элемента DD1.1 соединяют непосредственно с выводом 6 элемента DD1.3).


*) Радиационная чувствительность счетчика Гейгера зависит от его размеров (см. приложение 4). В стремлении непременно вписаться в габариты малоразмерного приемника мы могли бы воспользоваться и малоразмерным счетчиком Гейгера, тем же СБМ10 или СБМ21. Но значительное (в 6...10 раз) снижение радиационной чувствительности вряд ли было бы оправдано в приборе такого назначения.

 

Рис. 70. Принципиальная схема встраиваемого радиационного индикатора

Изображение: 

Рис. 71. Печатная плата индикатора

Изображение: 

Рис. 72. Варианты размещения индикатора в радиоприемнике

Изображение: 

Рис. 73. Радиационный индикатор в выносном блоке

Изображение: 

3. Радиолюбительский дозиметр

Радиолюбительский дозиметр

Ионизирующая радиация опасна для человека в любых дозах. В небольших ее воздействие оказывается очень замаскированным - последствия могут проявиться спустя годы, десятилетия и даже в следующих поколениях (онкология, генетические повреждения и др.). С увеличением уровня облучения не только возрастает вероятность таких последствий, но в организме человека возникают нарушения, которые могут привести его к гибели в считанные дни, часы, а то и прямо «под лучом»*. Так что знать уровень радиации, иметь возможность хотя бы приблизительно оценить его представляется никак не лишним.

Обнаружив повышенный уровень ионизирующего излучения, естественно поинтересоваться его источником. Что это: тайно захороненные радиоактивные отходы? Ускоритель соседнего НИИ? Рентгеновский аппарат, «светящий» не туда? Изотопная «мина» просвещенного киллера? Выброшенный за ненадобностью пожарный датчик? Радиоактивный минерал? Кость динозавра?... Какова активность обнаруженного? Конфигурация его излучения?... Для ответов на все эти вопросы нужен прибор, способный в каких- то единицах измерять уровень ионизирующего излучения.

Принципиальная схема радиолюбительского дозиметра, ведущего измерения ионизирующего излучения в ЕРФ - в единицах естественного радиационного фона (Dф@15 мкР/ч), приведена на рис. 74**.

Датчиком радиации BD1 в дозиметре является счетчик Гейгера типа СБМ20, чувствительный к g- и жесткому b-излучению (см. приложение 4). Его реакция на естественный радиационный фон - импульсы тока, следующие без видимого порядка со средней скоростью Na=20...25 имп/мин***. Скорость счета в счетчиках Гейгера линейно связана с уровнем радиации.

3-7.jpg

Рис. 74. Радиолюбительский дозиметр

Так, на десятикратное увеличение ее уровня счетчик СБМ20 отреагирует десятикратным же увеличением скорости счета - до Nрад =200...250 имп/мин. Прямая пропорциональность преобразования Nрад <->Dрад начнет нарушаться лишь при очень значительных уровнях радиации, с появлением большого числа импульсов, разделенных слишком малым, за пределами разрешающей способности счетчика, временным интервалом. В паспорте счетчика обычно указывают Nmax - максимальную скорость счета. Для счетчика СБМ20 Nmax=4000 имп/с. И если он сохранит линейность преобразования Nрад <->Dрад хотя бы до 2000 имп/с, то по скорости счета можно будет численно оценивать радиационные поля в диапазоне Dрад =(1...5000) Dф - более чем достаточном для бытового прибора.

Рекомендуемое напряжение питания счетчика СБМ20 - Uпит=360...440 В. На этот диапазон напряжений приходится так называемое плато: изменения Uпит в этих пределах мало сказывается на скорости счета и принимать меры к его стабилизации нет необходимости. Во всяком случае - в приборах умеренной точности.

Устройство, преобразующее напряжение батареи, питающей дозиметр, в высокое напряжение Uпит на аноде счетчика Гейгера, построено на блокинг-генераторе (T1, VT1 и др.). На повышающей обмотке I его трансформатора формируется короткий - 5...10 мкс - импульс амплитудой 440...450 В, заряжающий через диоды VD1, VD2 конденсатор С1. Частота следования импульсов блокинг-генератора F@1/2R6·C3@40 Гц.

Каждая ионизирующая частица, возбуждающая счетчик Гейгера, становится причиной короткого лавинообразно развивающегося разряда. Возникающие на нагрузке счетчика, резисторе R1, импульсы напряжения поступают на одновибратор (DD10.3, DD10.4 и др.), формирующий из них «прямоугольные» импульсы длительностью tф1@R7·C7@0,2 мс и амплитудой, достаточной для управления КМОП-микросхемами. Все нужные в приборе временные интервалы и частоты формирует счетчик DD1. Его задающий генератор работает на частоте кварцевого резонатора ZQ1 - 32768 Гц.

Счетный узел дозиметра составлен из трех десятичных счетчиков DD4, DD5, DD6, люминесцентные индикаторы HG1, HG2 и HG3 которых индицируют, соответственно, «единицы», «десятки» и «сотни», и одного двоичного счетчика - DD7, представляющего «тысячи». Выходы десятичных счетчиков подключены к соответствующим сегментам люминесцентных индикаторов, а выходы счетчика DD7 - к децимальным точкам этих же индикаторов, на которых «тысячи» индицируются в двоичном коде: °°° - «0», °°* - «1», °*° - «2»,..., ** ° - «6», ***- «7» ( &deg - точка «не горит», * - точка «горит»). Емкость счетного узла увеличивается таким образом до «7999».

Счетчик DD3 формирует единицу измерения, принятую в этом приборе. Если его датчик находится в условиях нормального радиационного фона, то на измерительном интервале tизм=39 с (это длительность «нуля» на выходе М счетчика DD1) на вход DD3 поступает в среднем Nф·39/60=(20...25)·39/60@16 импульсов. Т.е. в норме, при Nрад@Nф на табло счетчика будет зафиксировано: «000», если Nрад<16, или «001», если 16<Nрад<32 (время tизм выбрано так, чтобы флуктуации Nф практически никогда не достигали значения 2Nф ).

Измерительный интервал tизм завершается tинд - 3-секундной демонстрацией результата измерения. Ее формирует счетчик DD2. На время t блокируется вход счетного узла и включается устройство (VT3, VT4, Т2 и др.), преобразующее напряжение питания микросхем в значительно более низкое напряжение питания накалов люминесцентных индикаторов. Его форма - меандр, частота - 32768 Гц.

Интервал индикации tинд заканчивается переводом всех счетчиков прибора в нулевое состояние. И тут же начинается новый цикл измерения.

Прибор смонтирован на односторонней печатной плате размерами 123х88 мм, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 75). На плате установлены все детали, кроме выключателя питания, звукоизлучателя и батареи «Корунд». Почти все резисторы в приборе - типа МЛТ-0,125 (R1 - КИМ-0,125). Конденсаторы: С1 - К73-9, С2 - КДУ или К2М (на напряжение не менее 500 В), СЗ, С4 и С5 - К53-1, остальные - КМ-6, К10-176 и др..

Трансформатор Tl наматывают на ферритовом кольце М3000МН К16х10х4,5, предварительно загладив его ребра наждачной бумагой и обмотав тонкой лавсановой или фторопластовой лентой. Первой наматывают обмотку I, содержащую 420 вит ков провода ПЭВ-2 0,07. Ее размещают почти по всему сердечнику, с промежутком 1,5...2 мм между началом и концом. Намотку ведут почти виток к витку, смещаясь по сердечнику лишь в одну сторону. Обмотку I также покрывают слоем изоляции. Обмотки II (8 витков) и III (3 витка) наматывают проводом ПЭВШО 0,15...0,25.

3-8.jpg

Рис. 75 Печатная плата дозиметра (масштаб 1:2)

Они должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее. При монтаже трансформатора необходимо соблюдать фазировку его обмоток (их начала отмечены на схеме значком «•»). Экспериментировать с этим не следует - можно сжечь транзистор VT1.

Трансформатор Т2 наматывают на кольце К10х6х5 (феррит 2000НН). Его готовят к намотке так же, как и сердечник для трансформатора Т1. Обмотку I (400 витков) наматывают в два провода (ПЭВ-2 0,07). Конец одной полуобмотки соединяют с началом другой, так образуется средняя точка. Обмотка II содержит 17 витков провода ПЭВ-2 0,25...0,4.

Снаружи трансформаторы рекомендуется обмотать пластиковой изолентой - узкой полоской, вырезанной из липкой ПВХ. Это защитит их от неблагоприятных внешних воздействий. Крепят трансформаторы винтом МЗ (резьба в плате). Более простое, казалось бы, крепление трансформатора проволочной скобой таит в себе опасность: скоба может образовать в трансформаторе короткозамкнутый виток; нередкая, к сожалению, ошибка. Во избежание обрыва обмотки или замыкания ее витков крепление должно быть мягким, эластичным.

Плату монтируют на передней панели прибора (ударопрочный полистирол, дюралюминий и т.п.), в которой вырезано окно против люминесцентных индикаторов. Оно может быть закрыто зеленым фильтром. На ней же в вырезе нужного размера монтируют пъезоизлучатель ЗП-1 или ЗП-22. А под светодиод HL1 делают соответствующее его размерам отверстие.

Корпус прибора - стандартная пластмассовая коробка 130х95х20 мм (например, из-под шашек). Во избежание заметного уменьшения чувствительности прибора к мягкому ионизирующему излучению в стенке корпуса, примыкающей к счетчику Гейгера, нужно сделать вырез 10х65 мм, который затем можно перекрыть редкой решеткой.

Конечно, далеко не все из вышеперечисленного является строго обязательным. Резисторы типа МЛТ можно заменить на другие такого же размера. В качестве VT3, VT4 могут быть взяты практически любые n-p-n транзисторы. Если их усиление по току будет невелико, потребуется, возможно, несколько уменьшить сопротивление резисторов R9 и R10. Возможна и даже желательна замена люминесцентных индикаторов ИВ3 на ИВ3А, имеющие меньший ток накала.

Не является незаменимым и счетчик СБМ20. Пригодны любые 400-вольтные счетчики Гейгера, имеющие фоновую активность Nф@24 имп/мин. В этом случае в схему прибора не потребуется вносить никаких изменений. Если же Nф будет иным, то между выходами 1, 2, 4, 8 и 16 счетчика DD3 и входом счетчика-накопителя нужно включить диодно-резисторный дешифратор, в котором установкой соответствующих диодов должно быть набрано число, возможно более близкое к 0,65 Nф. На фрагменте схемы (рис. 76) показано, как это сделать для Nф=I6. Здесь 0,65 Nф@11, что в двоичном коде и набрано в дешифраторе. На печатной плате предусмотрено место для установки диодно-резисторного дешифратора.

3-9.jpg

Рис. 76. Дешифратор для коррекции Nф {Nф=16)

Возможен и другой путь: требуемое Nф может быть получено параллельным включением нескольких малочувствительных счетчиков Гейгера. Подойдет, например, «батарея» из пяти счетчиков СБМ10 или СБМ21.

Параметры наиболее подходящих для бытовых дозиметров счетчиков Гейгера приведены в приложении 4.

Таблица 12

Напряжение питания, В

9,0

8,0

7,0

6,0

5,6

Скорость счета, ед. Nф

35,8

34,2

34,0

32,8

32,8


 

Светодиод HL1, включающийся при переполнении счетчика-накопителя, т.е. при очень высоком уровне ионизирующего излучения, должен быть красным и возможно более ярким: АЛ307КМ, АЛ307ЛМ и др.

Параметры трансформатора Т1 выбраны так, что при разряде батареи питания напряжение на счетчике Гейгера остается в пределах плато счетной характеристики. Таблица 12 демонстрирует зависимость скорости счета от напряжении питания прибора при неизменной активности источника радиации.

В таблице 13 показана зависимость потребляемого прибором тока от напряжения источника питания.

Масса прибора с батареей «Корунд» - 225 г.

Табло счетчика-накопителя может быть выполнено и на жидко-кристаллических индикаторах. Принципиальная схема этого узла с табло типа ИЖЦ5-4/8 показана на рис. 77.

Поскольку в табло ИЖЦ5-4/8 четыре разряда, счетчик «тысяч» выполнен здесь аналогично предыдущим - на десятичном счетчике К176ИЕ4.

В дозиметре с ЖКИ не нужен, конечно, блок формирования напряжения накала. Поэтому элементы VT3, VT4, Т2, R9, R10 могут быть удалены, a DD9.1 и DD9.2 использованы по другому назначению (в противном случае их входы нужно соединить с «землей» или с «+» источника питания).

Таблица 13

Режим

Потребляемый ток, мА, при напряжении питания, В

9.0

8,0

7,0

6,0

Счет при N@Nф.

0,82

0,66

0,53

0,42

Счет при N@130Nф

1,20

0,95

0,75

0,60

Индикация

23,5

21,0

18,5

16,0


 

3-10.jpg

Рис. 77. ЖКИ табло для дозиметра

Счетчик DD7 может быть сохранен, но лишь для формирования сигнала тревоги: при появлении на табло «8000» - уровня радиации, в 8000 раз превышающего уровень естественного радиационного фона, - он включит тревожную звуковую и световую сигнализации.

Еще одна особенность ЖКИ - сигнал на его сегменте должен иметь форму меандра. Сегмент становится заметным (черным), если его меандр находится в противофазе с меандром подложки ЖКИ (выводы 1 и 34), и остается фоновым, не выделенным, если их фазы совпадают. Счетчик К176ИЕ4 формирует на своих выходах меандры «единичной» и «нулевой» фазы, если на его вход S (выв. 6) подан опорный меандр с частотой следования несколько десятков или сотен герц. Можно, например, подключить входы S всех четырех счетчиков к выходу F (частота 1024 Гц) счетчика QD1.

Энергоэкономичность дозиметра с жидкокристаллическим табло будет, конечно, значительно выше, нежели с люминесцентным.


*) Homo sapiens - один из самых чувствительных к ионизирующей радиации биологических видов. Летальная доза для человека - 600 рентген.

**) Естественный радиационный фон в качестве своего рода тест-генератора дает возможность прокалибровать бытовой дозиметрический прибор, в том числе и самодельный, не прибегая к помощи каких-либо служб. Эта нестрогая единица позволила в свое время легализовать самодельные дозиметрические приборы.

***) Некоторая часть N. должна быть отнесена к самому счетчику, в частности, к воздействию на него радиоизотопов, входящих непосредственно в его конструкцию. В хороших счетчиках Гейгера эта составляющая N. достаточно мала и в бытовых приборах обычно не учитывается.

 

Рис. 74. Радиолюбительский дозиметр

Изображение: 

Рис. 75 Печатная плата дозиметра (масштаб 1:2)

Изображение: 

Рис. 76. Дешифратор для коррекции Nф {Nф=16)

Изображение: 

Рис. 77. ЖКИ табло для дозиметра

Изображение: 

4. Датчик радиации в охранной системе

Датчик радиации в охранной системе

Принципиальная схема датчика, непрерывно контролирующего радиационную обстановку в районе своего расположения, показана на рис. 78.

Транзистор VT1, импульсный трансформатор Т1 и др. составляют блокинг-генератор, импульсы с повышающей обмотки I которого через диоды VD1, VD2 заряжают конденсатор С1 до напряжения +360...440 В. Этот конденсатор - источник питания счетчика Гейгера BD1. Импульс напряжения, возникающий на аноде BD1 в момент его возбуждения ионизирующей частицей (см. осциллограмму), поступает на вход формирователя (DD1.1, DD1.2 и др.), преобразующего его в «прямоугольный» длительностью R6·C5@1 мс, и затем на вход С счетчика DD2.

Выходом датчика является выход «32» счетчика DD2, на котором сигнал 1 - признак радиационной опасности - возникнет лишь в том случае, если Nт - общее число импульсов, поступивших на С-вход счетчика за время Т, достигнет 32. Поскольку Nт зависит от Nф - средней скорости счета счетчика Гейгера в условиях естественного радиационного фона и DNф - его флуктуаций, возникающих из-за краткости измерений, то длительность измерительного интервала Т должна быть такой, чтобы вероятность появления Nт+DNт=32 в результате какого-либо измерения оказалась бы пренебрежимо малой (по характеру происходящих здесь процессов она не может быть равна нулю).

3-11.jpg

Рис. 78. Датчик радиации в охранной системе

Так, например, если в счетчике Гейгера, имеющего Nф=20 имп/мин (это устанавливают длительными измерениями), при экспозиции T=1 мин флуктуации DNт max=10, т.е. не выходят из пределов 10 имп/мин (это устанавливают в процессе измерения Nф), то Nт max=20+10<32 и такой датчик не поднимет ложной тревоги.

Может показаться, что измерения можно было бы легко ускорить. Взяв, например, Т=1/2 мин и сделав выходом датчика выход «16» счетчика DD2. Но если «постоянная составляющая» фона в таком случае уменьшится вдвое и составит Nф/2=10, то его флуктуации - лишь в Ц2 раз, до DNт max/Ц2 = 10/Ц2=7. В таком случае Nт max=10+7>16 и такой датчик будет время от времени подавать сигнал радиационной опасности без какого-либо на то основания. Со всеми вытекающими отсюда последствиями. Прежде всего - недоверием к нему.

В тех случаях, когда возникает необходимость зафиксировать и кратковременное появление источника радиации (перемещающегося,

3-12.jpg

Рис. 79. Генератор импульсов сброса к датчику радиации

например, в проходящем мимо автомобиле), берут счетчик Гейгера, обладающий большей радиационной чувствительностью, или используют несколько малочувствительных счетчиков, набрав нужную чувствительность их числом (счетчики Гейгера можно включать параллельно - при низких, фоновых скоростях счета их радиационные чувствительности суммируются).

В приложении 4 приведены основные параметры счетчиков Гейгера отечественного производства, среди которых можно подобрать наиболее подходящий для решения той или иной задачи.

Трансформатор Т1 может быть здесь таким же, как и в «Стороже-Р». Принципиальная схема генератора импульсов, задающих паузу Т на входе R счетчика DD2, показана на рис. 79, а. Хотя в этом, как правило, не возникает необходимости — почти всегда охранная система имеет электронные часы с многоразрядным делителем частоты и сформировать нужную последовательность коротких импульсов можно так, как показано на рис. 79, б.

 

Рис. 78. Датчик радиации в охранной системе

Изображение: 

Рис. 79. Генератор импульсов сброса к датчику радиации

Изображение: 

5. Экономичный источник питания счетчика Гейгера

Экономичный источник питания счетчика Гейгера

В автономных приборах непрерывного радиационного контроля, использующих в качестве датчиков радиации счетчики Гейгера, основным энергопотребителем является устройство, преобразующее невысокое напряжение источника питания прибора в напряжение 360...440 В, соответствующее плато счетной характеристики галогенового счетчика Гейгера (см. приложение 4). Принципиальная схема энергоэкономичного преобразователя напряжений показана на рис. 80.

3-13.jpg

Рис. 80. Экономичный источник питания счетчика Гейгера

Его основу составляет блокинг-генератор, на выходной обмотке которого формируются короткие (5...10 мкс) импульсы амплитудой около 420 В. Через диоды VD3, VD4 они заряжают конденсатор С4. Этот конденсатор и будет источником питания счетчика Гейгера (напомним, что проводимость счетчика Гейгера в паузе между возбуждениями близка к нулю).

Энергоэкономичность преобразователя обеспечивается тем, что межимпульсная пауза в его блокинг-генераторе задается не собственной времязадающей цепочкой R1C3, как это обычно делается, а одновибратором (DD1.1, DD1.2 и др.), работающим на микротоках [2]. Продолжительность паузы в нем tп@R3·C5 выбирают так, чтобы напряжение на выходе преобразователя в режиме фонового счета было близко к высшему значению напряжения на плато счетной характеристики счетчика Гейгера. (В дальнейшем снижение напряжения на выходе преобразователя, его смещение к другому краю плато будет обязано лишь снижению напряжения источника питания.)

Блокинг-генератор сформирует внеочередной импульс подпитки конденсатора С4, если на входе 2 элемента DD1.2 возникнет провоцирующий ее импульс. Если этот импульс будет возникать при каждом срабатывании счетчика Гейгера, то это позволит удержать напряжение на выходе преобразователя на уровне, не зависящем от скорости счета.

Трансформатор Т1 блокинг-генератора наматывают на ферритовом сердечнике, составленном из двух колец М3000МН 12х8х3 мм. Кольца склеивают, острые их ребра заглаживают наждачной бумагой и весь сердечник обматывают тонкой фторопластовой или лавсановой лентой.

Сначала наматывают обмотку II, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут в одну сторону, почти виток к витку, оставляя между ее началом и концом «зазор» 1...1.5 мм. Обмотку II также покрывают слоем изоляции. Далее наматывают обмотку I - 5 витков провода ПЭВШО 0,15...0,2 - и по ней - обмотку III - 2 витка того же провода. Эти обмотки должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее.

Правильная фазировка обмоток трансформатора (точками показаны их синфазные концы) должна быть соблюдена при его монтаже. Экспериментировать с этим не следует - можно сжечь транзистор.

В преобразователе: резисторы Rl, R2 - типа МЛТ-0,125, R3 - КИМ-0,125; конденсатор С1 - любой оксидный, С2, С5 - типа КМ-6 или К10-176, СЗ - К53-30, С4 - К73-9.

Преобразователи такой структуры закрывают, по существу, саму проблему питания счетчиков Гейгера от низковольтных источников: потребляемый таким преобразователем ток уже составляет малую часть тока саморазряда большинства гальванических батарей.

 

Рис. 80. Экономичный источник питания счетчика Гейгера

Изображение: 

6. Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения

Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения

Для обнаружения ионизирующего излучения нередко используют способность некоторых веществ - сцинтилляторов - делать видимой, светящейся траекторию «простреливающей» их ионизирующей частицы.

Сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений имеют определенное преимущество перед счетчиками Гейгера - по амплитуде и длительности вспышки можно судить о типе и энергии породившей ее частицы. Важно и то, что сцинтилляционный счетчик имеет значительно большую эффективность, нежели счетчик Гейгера, фиксирующий обычно лишь одну-две частицы из ста в него попавших.

Конструктивно сцинтилляционный счетчик прост: нужный сцинтиллятор (см. приложение 7) наклеивают на катод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и все это помещают в тщательно изолированный от посторонней подсветки бокс. Остальное - подсчет фотоимпульсов, сортировка их по амплитуде, форме и т.п. - дело обычной электронной техники.

Принципиальная схема фотоголовки сцинтилляционного счетчика приведена на рис. 81, а высоковольтного преобразователя для ее питания - на рис. 82. Напряжение питания ФЭУ - высокое по отношению к «земле» - подают обычно на его катод. Это позволяет связать анодную цепь ФЭУ с электронным анализатором прибора гальванически, учитывать при необходимости и постоянную составляющую его фототока.

Напряжение питания ФЭУ, его распределение между динодами и, соответственно, соотношения номиналов резисторов R2...R13, составляющих динодный делитель, зависят от типа фотоумножителя (см. приложение 6). Здесь мы воспользовались относительно

3-14.jpg

Рис. 81. Фотоголовка сцинтилляционного детектора ионизирующей радиации

низковольтным ФЭУ-85. Поскольку режим работы ФЭУ в сцинтилляторах бытового назначения близок к «темновому», сопротивления динодных резисторов могут быть и значительно выше рекомендованных (при сохранении пропорций).

Единственная оперативная регулировка в канале - резистор R14 - выполняет очень важную функцию: на компараторе DA1 им задают пороговое напряжение U3-4. Лишь импульсы, имеющие амплитуду Uимп>U3-4, откроют компаратор и на его выходе (выв. 9) будет сформирован импульс цифрового стандарта.

В автономной, дозиметрической аппаратуре, использующей ФЭУ, возникает проблема их питания. Необходимое ФЭУ высокое напряжение Uфэу (0,8...1 кВ и более), требования к его стабильности (фоточувствительность ФЭУ довольно сильно зависит от напряжения питания; см. приложение 7) предъявляют к устройствам, формирующим это напряжение, довольно жесткие требования.

3-15.jpg

Рис. 82. Преобразователь для питания ФЭУ

Основу высоковольтного преобразователя, показанного на рис. 82, составляет блокинг-генератор, формирующий на обмотке II трансформатора Т1 импульсы напряжения с амплитудой Uимп@Uфэу. Через диодный столб VD3 они заряжают конденсатор С5, который становится таким образом источником питания фотоумножителя. Пульсации Uфэу (они имею форму «пилы» с временными интервалами между «зубцами» tп@R7·C4) снимает RC-фильтр (С5, R8, С6, R9, С7).

В цепь питания блокинг-генератора введен транзистор VT2, коллекторный ток которого зависит от тока базы, зависящего, в свою очередь, от тока стока полевого транзистора VT3 . Напряжение на затворе этого транзистора зависит от Uфэу, напряжения на стабилитроне VD1 (транзистор VT1 - его токозадающий «резистор») и соотношения «плечей» делителя R3+R4, R6 (резистором R3 выставляют нужное Uфэу ). Легко видеть, что при понижении Uфэу (по абсолютной величине), возникшем по какой-либо дестабилизирующей причине, напряжение питания блокинг-генератора увеличится и воздействие дестабилизирующего фактора будет тем самым в значительной мере компенсировано.

Трансформатор блокинг-генератора наматывают на ферритовом кольце М3000МН 20х12х6 мм. В связи с тем, что этот феррит имеет низкое объемное сопротивление, острые ребра сердечника необходимо загладить и тщательно весь его изолировать; обмотать, например, лавсановой или фторопластовой лентой.

Первой наматывают обмотку II, содержащую 800 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут в одну сторону, почти виток к витку, оставляя между началом и концом обмотки промежуток 2...3 мм. Обмотку II также покрывают слоем изоляции. Обмотку I (8 витков ПЭВШО 0,15...0,25) и обмотку III (3 витка тем же проводом) укладывают по сердечнику возможно равномернее.

Фазировка обмоток (точками на Т1 отмечены их синфазные концы) должна быть соблюдена при монтаже трансформатора.

О деталях преобразователя. Резистор R6 - КИМ-0,125, R3 - СП-38А, другие - МЛТ-0,125 и 0,25. Конденсаторы СЗ, С4 - КМ-6 или К10-176; С5 ,С7 - К15-5-Н70 (1,5 кВ) или другие керамические на напряжение не менее 1 кВ; С1 и С2 - любые оксидные. Диодный столб 2Ц111А-1 можно заменить четырьмя последовательно включенными диодами типа КД102А. При каких-либо иных заменах нужно иметь в виду, что диодный столб VD3 не только должен иметь высокое обратное напряжение - не менее Uфэу , но и малый (при этом напряжении) ток утечки - не более 0,1 мкА.

Транзистор блокинг-генератора можно заменить на КТ630В. Здесь определяющим параметром является напряжение насыщения транзистора в импульсном режиме: при токе в импульсе 1...1,5 А - Uкэ нас имп Ј0,3 В. Остаточное напряжение на коллекторе транзистора нетрудно оценить по осциллограмме: по «зазору» между плоской вершиной импульса и линией нулевого потенциала.

Ток, потребляемый высоковольтным преобразователем от источника питания, будет зависеть, конечно, от нагрузки. С двумя описанными здесь сцинтилляционными головками, работавшими в режиме радиационного локатора, он не превышал 16 мА.

 

Рис. 81. Фотоголовка сцинтилляционного детектора ионизирующей радиации

Изображение: 

Рис. 82. Преобразователь для питания ФЭУ

Изображение: