Дозиметр – прибор для измерения радиационного фона в окружающей среде и определения количества радиоактивных веществ в различных предметах. Некоторая доза радиации всегда присутствует в окружающей среде – так называемый радиоактивный фон. Превышение определенного уровня радиации (фона) может быть опасным для здоровья человека. Согласно международным нормам, уровни естественного радиационного фона делятся на три группы:
- 10-20 мкР/ч – считается нормальным;
- 20-60 мкР/ч – допустимым;
- 60-120 мкР/ч – повышенным.
Сейчас принято измерять уровень радиации в зивертах. Для справки: 1 микрозиверт (мкЗв) = 100 микрорентген (мкР).
До последнего времени в дозиметрах, особенно бытовых, для обнаружения альфа-, бета-, гамма- и рентгеновского излучения обычно применяли газоразрядные счётчики Гейгера-Мюллера. В настоящее время вместо газоразрядных детекторов стали использовать полупроводниковые детекторы: RADFET транзисторы, транзисторы с «плавающим» затвором, кремневые PIN-фотодиоды и кремневые фотоумножители с лавинным эффектом, которые обладают очень высокой чувствительностью, вплоть до обнаружения единичных фотонов. Полупроводниковые детекторы имеют ряд преимуществ по сравнению с газоразрядными. Первое из них – отсутствие высокого напряжения, а второе, очень важное, – полупроводниковые датчики позволяют измерять энергию фотонов в отличие от газоразрядных счётчиков, которые лишь фиксируют уровень радиации. Также PIN-фотодиоды имеют малый темновой ток, маленькую мощность и наименьшее последовательное сопротивление при полном истощении.
Для примера на Рисунке 1 изображена схема дозиметра с применением PIN-фотодиода. Схема построения дозиметра на основе PIN-фотодиода стандартна – трансимпедансный усилитель, затем один или несколько каскадов обычного усиления и формирователь импульсов – компаратор. В дозиметре применяется PIN-фотодиод с сцинтиллятором X100-7 THD. Чувствительность фотодиода 900 – 1200 импульсов на микрозиверт или 9 – 12 импульсов на микрорентген. Дозиметр измеряет уровень альфа-, бета-, гамма- и рентгеновского излучения с помощью PIN-фотодиода косвенно – путем измерения люминесцентного излучения сцинтилляционного кристалла.
 |
|
| Рисунок 1. | Дозиметр на PIN-фотодиоде. |
Трансимпедансный усилитель DA3.1 (LMC6042) преобразует импульс тока фотодиода в импульс напряжения. Второй каскад усиления DA3.2 усиливает амплитуду импульса ещё в 100 раз. Трансимпедансный усилитель должен иметь как можно меньший входной ток. Типовое значение входного тока используемого в схеме ОУ LMC6042 составляет 2 фемтоампера (1 фА = 10–15 А). Компаратор DА4 формирует «красивый» импульс с КМОП уровнем. Одновибратор DD3 расширяет импульсы фототока примерно до 30 мс. Это необходимо для обеспечения корректной работы счётчика импульсов DD4 (CNT456-5). Длительность счётных импульсов должна быть не менее 20 мс. Счёт импульсов начинается с нажатия кнопки SB1. RS-триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 устраняет дребезг контактов кнопки. При нажатии кнопки обнуляется счётчик импульсов DD4, и запускается одновибратор DD2, который формирует импульс счёта. Длительность этого импульса рассчитывается по формуле
tИМП = 128 × (R12 + R13) × C9.
Длительность можно регулировать резистором R10 в пределах от 13 секунд до 140 секунд. Регулировка длительности импульса счета связана с разбросом количества импульсов (900 – 1200 имп/мкЗв) «выдаваемых» PIN-фотодиодом. То есть, при регулировке дозиметра, например, для фона 10 мкР/ч за время счёта должно «проскочить» количество импульсов кратное 10 (10, 100 и т. д).
Питание прибора осуществляется от двух пальчиковых батареек. Преобразователь DA2 повышает напряжение батареи до 5 В для питания дозиметра. Зарядовый насос VD2, C2, C4 формирует обратное напряжение для фотодиода. Супервизор DA1, порог срабатывания которого составляет 2.3 В, следит за разрядом батареи; при разряде до этого уровня загорается светодиод HL1.
О деталях. Оксидные конденсаторы танталовые, остальные керамические, резисторы обычные с допуском по номиналу ±5%. Подстроечные резисторы R11, R12 многооборотные.
