Наш сайт доступен

на

52 языках

 

Visual Basic Рейтинг сайтов Наука / Образование

Техника и приборы

Высокочувствительный дозиметр-автомат.

 

Этот прибор самостоятельно ведет непрерывный радиационный контроль и формирует сигнал тревоги при появлении источника радиации, создающего радиационное поле, лишь немного превышающее естественный радиационный фон. Дозиметр состоит из двух частей: выносной радиационной головки и анализирующего блока. Принципиальная схема головки. В качестве датчика ионизирующей радиации BD1 в ней используются пять счетчиков Гейгера типа СБМ20. Высокое напряжение на их анодах (все они включены параллельно) формирует блокинг-генератор (транзистор VT1, трансформатор Т1 и др.) так, как это уже было описано. Это напряжение близко к высшему рабочему (диапазон рабочих напряжений СБМ20 — его «плато», на котором скорость счета почти не зависит от напряжения на аноде счетчика, — 350...450 В), а потому оно может уменьшаться (это будет происходить по мере разряда питающей батареи) без сколько-нибудь заметного снижения радиационной чувствительности прибора. При возбуждении счетчика Гейгера ионизирующей частицей в нем возникает быстрый лавинный разряд, ионизирующий почти всю газовую среду счетчика, а затем идет относительно медленная ее деионизация (в этом назначение галогена — хлора или брома, содержащегося в самогасящихся, счетчиках), по окончании которой счетчик опять становится непроводящим. Однако возникающий на его аноде «треугольный» высокоимпедансный импульс непригоден для прямого управления элементами цифровой техники и должен быть приведен к цифровому «стандарту». Для этого предназначена микросхема DD1, на элементах DD1.1 и DD1.2 которой собран одновибратор, формирующий при каждом срабатывании счетчика Гейгера импульс длительностью tимп ≈ 0,7 • R5 • С7 = 0,7 • 100 • 103 • 10-9 = 0,07 мс. На элементах DD1.3 и DD1.4 собран усилитель-инвертор, имеющий малое (около 100 Ом) выходное сопротивление и снимающий тем самым практически все ограничения на длину трехпроводной линии, которой радиационная головка будет связана с анализирующим блоком (А и В — питание, С — сигнал; емкость проводника С может доходить до 0,02 мкФ; то есть при погонной емкости около 200 пФ/м длина этой линии может достигать 100 м). В схеме использованы резисторы типа МЛТ-0,125 (R2 — КИМ-0,125). Конденсаторы: С1 - К53-30; С2 - К73-9; СЗ, С7 - КМ-6; С4, С5 — К50-40 или другие оксидные подходящих размеров; С6 - КД-2б. Трансформатор Т1 наматывают на кольцевом сердечнике М3000НМ (никель-марганцевый феррит) типоразмера К16 х 10 х 4,5 мм (внешний диаметр х внутренний диаметр х высота). Острые ребра сердечника заглаживают шкуркой и покрывают электрически и механически прочной изоляцией, например, обматывают тонкой лавсановой или фторопластовой лентой. Первой наматывают обмотку I, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2-0,07. Намотку ведут почти виток к витку, в одну сторону, оставляя между ее началом и концом промежуток в 1...2 мм. Обмотку I покрывают слоем изоляции и поверх наматывают обмотку II — 8 витков провода диаметром 0,15...0,2 мм в любой изоляции — и обмотку III — 3 витка тем же проводом. Обмотки II и III 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 — входящие в отверстие сердечника с одной стороны — обозначены точками). Изготовленный трансформатор покрывают слоем гидроизоляции, например, обматывают узкой полоской липкой изоленты ПВХ. На плату трансформатор крепят винтом М3 с использованием двух эластичных (не продавливающихся обмоток) шайб. Печатную плату головки изготавливают из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5... 2 мм. На рис. а показана разводка проводников на одной ее стороне, на рис. б — расположение деталей. Принципиальная схема анализирующего блока. На микросхеме DD4 выполнен таймер, на выходах S1 (выв. 4) и F (выв. 11) которого формируются прямоугольные импульсы, следующие соответственно с частотой 1 Гц и 1024 Гц. Счетчик DD5 переключается спадами одногерцовых импульсов. Если конденсатор С4 будет подключен к выходу 3 счетчика DD5 — так, как показано на рис., то через 3,5 с на выходе элемента DD2.4 будет сформировн короткий (tсбр ≈ 0,7 • С4 • R6 = 0,7 • 27 • 103 • 10-9 = 19 мкс) «единичный» импульс, возвращающий все счетчики прибора в исходное состояние. Так формируется (tизм = 3,5 с) измерительный интервал заданной длительности. Подключением входов логического элемента DD1.2 к тем или иным выходам счетчика DD3 задают Nпор — порог срабатывания прибора. Если это сделано так, как показано на рис., то Nпор = 18. Если общее число импульсов, поступающих на счетный вход DD3, за время изм окажется меньше выставленного порога — N(tизм) < Nпор, то очередной импульс сброса вернет DD3 в нулевое состояние, и счет начнется заново. Это обычный режим работы прибора в подпороговых радиационных полях. Если же n(t ≤ tизм) = NПОР, то дальнейший счет в DD3 будет заблокирован (на входе 9 DD1.1 — сигнал лог. 0) и возникший на входе 12 DD2.1 сигнал 1 разрешит прохождение прямоугольных импульсов частотой 1024 Гц на базу транзистора VT1. Динамичеcкая головка ВА1, включенная в его коллекторную цепь, воспроизведет этот тон акустически. Так формируется сигнал тревоги, который будет звучать до появления очередного импульса сброса. После чего цикл — ожидания или тревоги — повторится. Для того чтобы сигнал тревоги был не слишком коротким, введены конденсатор СЗ и резистор R4, задерживающие счет в DD5 на время tзад ≈ 0,7 • R4 • СЗ = 0,7 • 3 • 106 • 10-6 = 2 с. Печатную плату анализирующего блока изготавливают из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5...2 мм. На рис. а показана разводка проводников на одной ее стороне, на рис. б — расположение деталей. Почти все используемые резисторы типа МЛТ-0,125 (R2 — КИМ-0,125). Конденсаторы: С1, С2 - КД-1; СЗ, С4 - КМ-6 или К10-17б; С5, С6 — любые оксидные конденсаторы подходящих размеров. Динамическая головка ВА1 мощностью не менее 0,5 Вт должна иметь сопротивление звуковой катушки не менее 25 Ом. В работе прибора определяющими являются два параметра: длительность измерительного интервала tизм и порог включения тревожной сигнализации Nпор. Каким быть tизм, зависит от поставленной задачи. Измерительный интервал должен быть очень коротким, если под радиационный контроль ставится, например, автотранспорт на трассе (лучше в местах естественного его подтормаживания). Но может быть и продолжительным, если подозрительный источник не столь подвижен. Подключив конденсатор С4 к выходу 3 (выв. 7) счетчика DD5, выставим tизм = 3,5 с (после сброса DD4 на его выходе S1 устанавливается напряжение высокого уровня, и первый спад, переключающий DD5, возникнет через 0,5 с после общего сброса). При выборе Nпор приходится учитывать два обстоятельства. Во-первых, с увеличением Nпор увеличивается радиационный порог прибора, то есть теряется его способность замечать относительно слабые источники радиации, наведенные ими поля. Но чрезмерное понижение порога также нежелательно, поскольку время от времени прибор будет подавать сигнал тревоги только потому, что флуктуации радиационного фона (они тем больше по отношению к среднему значению, чем короче tизм) будут иногда выводить счетчик DD3 в положение Nпор. Не вдаваясь в детали расчета вероятностей тех или иных событий в заданных временных интервалах, заметим, что вероятность ложной тревоги в приборе с выставленными здесь tизм = 3,5 с и Nпор = 18 будет настолько мала (строго нулевой она не может быть в принципе), что это вряд ли произойдет за все время эксплуатации прибора. Оценим радиационный порог прибора — уровень поля, по достижении которого включится сигнал тревоги. Примем фоновую активность пяти счетчиков СБМ20 — их реакцию на естественный радиационный фон (ЕРФ) — равной NФ = 90 имп/мин и определим среднее число фоновых импульсов NФ' на интервале tизм = 3,5 с: NФ' = NФ • tизм/60 = 90 • 3,5/60 = 5,25 имп. Отсюда нетрудно вычислить и радиационный порог включения тревожного сигнала: Ктр ≈ Nпор/5,25 = 18/5,25 = 3,4 ЕРФ. Итак, если чувствительная головка прибора окажется в поле ионизирующей радиации с уровнем 50...55 мкР/ч (около 3,5 ЕРФ), то прибор отреагирует на это включением тревожного сигнала. Порог его включения можно понизить до 2,5 ЕРФ, если выставить Nпор = 24 (входы 5 и 6 элемента DD1.2 подключают к выв. 10 и 11 счетчика DD3) и tизм = 6,5 с (конденсатор С4 подключают к выв. 5 счетчика DD5). Вероятность появления 24-х фоновых импульсов в 6,5-секундном интервале (среднее число фоновых импульсов примерно 9,8) также будет достаточно мала. Анализирующий блок прибора никаких особых забот конструктору не доставит. Но условия эксплуатации радиационной головки — нередко под дождем и снегом, в пыли и т. п. — потребуют отнестись к ее конструкции с особым вниманием. Безусловно должны быть обеспечены как механическая ее прочность, так и влагозащита. Но и то и другое затруднено здесь тем, что сами счетчики Гейгера должны быть открыты для контакта с источником и самого мягкого из доступных им ионизирующих излучений. Так, если мы не хотим ограничивать спектральную чувствительность счетчика СБМ20, он может «смотреть» на источник радиации лишь через очень тонкий — ≤0,05 мм — слой пластика или алюминия. Возможная конструкция головки показана на рис. Здесь 1 — корпус головки (ударопрочный полистирол); 2 — плата счетчиков; 3 — электронная плата; 4 — алюминиевая фольга или пластик толщиной не более 0,05 мм. В работоспособности прибора следует убедиться. В открытую коробку насыпают поташ (К2С03) или бромистый калий (КВг) и, приближая к ней сверху радиационную головку, отмечают такое ее положение, при котором прибор переходит в режим формирования сигнала тревоги. Затем в это же положение устанавливают обычный бытовой дозиметр и делают несколько замеров. Их среднее значение Dcp, отнесенное к Dф — к уровню радиационного фона, измеренного этим же прибором, — Dcp/DФ = Ктр и есть порог включения сигнала тревоги. Экспериментальная оценка выставленного временного интервала tизм требует времени. Будем считать tизм, пригодным, если, скажем, за неделю непрерывной работы в условиях радиационного фона прибор ни разу не выдаст ложной тревоги. В противном случае либо увеличивают Nпор, либо уменьшают tизм. А поскольку и то и другое ведет к увеличению Ктр — порога включения сигнала тревоги, то описанный выше эксперимент по определению радиационной чувствительности прибора потребуется повторить. Важным параметром для автономно работающих приборов является их энергоэкономичность. В табл. приведены зависимости Iдеж и Iтр — токов, потребляемых прибором в дежурном режиме и в режиме тревожной сигнализации — от напряжения источника питания прибора Uпит. Uпит, В Iдеж, мА Iтр, мА (RBA = 50 Ом) 10 0,75 88 9 0,56 83 8 0,4 72 7 0,3 62 6 0,2 53 Если прибор будет использован в качестве патрульного, то источником его питания может быть батарея, составленная из шести гальванических элементов типа 316. А если принять RBA1 = 150...200 (включив, например, низкоомную головку через понижающий трансформатор), то годится и «Корунд» — его емкости хватит как минимум на 1000 часов непрерывной работы. Если прибор будет использоваться в качестве стационарного, то сигнал тревоги можно сделать очень громким (рис.). При этом используют ВА2 — пьезосирену типа АС-10. Нужный для ее питания 12-вольтовый источник должен быть способен отдать ток 0,25 А. Это может быть герметичный кислотный аккумулятор Y1.2-12 (емкость 1,2 А-ч, габариты 97x43x57 мм, вес 0,52 кг) или никель-кадмиевая аккумуляторная батарея типа 10НКБН-3,5. Подойдет и батарея, составленная из восьми последовательно включенных гальванических элементов 373, 343 и даже тех же 316. От 12-вольтового источника можно питать и сам дозиметр. Необходимое для этого напряжение Uпит = +8...9 В можно сформировать так, как показано на рис. (если нет необходимости минимизировать ток, потребляемый прибором в дежурном режиме, то работающие на микротоках стабилитроны КС106А можно заменить одним обычным 9-вольтовым, например Д814Б; в этом случае R10= 1 кОм). Такому прибору найдется применение не только в цехах заводов или в борьбе с криминалом... Традиционный у нас способ наведения порядка сжиганием ненужного хлама, не слишком умный вообще, сегодня становится по-настоящему опасен. Попавший в костер радионуклид не только не утеряет своей радиоактивности, но и обретет самую опасную для человека форму — станет аэрозолем, летучей взвесью, проникнет в его легкие и нанесет такие повреждения, какие не могли бы возникнуть и при самом сильном внешнем облучении. Добавим к этим «очистительным» кострам пожары в лесах, загрязненных радионуклидами (того же Чернобыля); пожары на предприятиях, имеющих дело с радиоактивными препаратами; не исключим и «деловых» хозяйственников, тайно сжигающих загрязненные радионуклидами отходы своих производств (спецутилизация стоит денег). Одним словом, контроль дымов, подозрительных на радиоактивность, может оказаться делом вполне актуальным для любого из нас. ...Прибор монтируют на раме окна так, как показано на рис. На внешней стороне рамы 8 устанавливают радиационную головку 1, помещенную в защитный колпак без дна 2; на внутренней — анализирующий блок 4, в нижней части которого располагают источник питания 5. Для проверки на радиоактивность дождя под головкой можно укрепить лоток-ванночку 3 с дренажным отверстием 7. Для пропуска трехпроводной линии 6 достаточно в раме окна сделают отверстие диаметром 2...3 мм. Источник: Ионизирующая радиация: обнаружение, контроль, защита / Ю. А. Виноградов. Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.