Обычно, приобретая продукты питания в магазинах или на рынках, покупатели обращают внимание лишь на внешний вид продукта и на их свежесть. Но никто не задумывается о радиоактивности продуктов питания, а оказывается, что более 70% естественной радиации, накапливаемой человеком, приходится на продукты питания и воду, особенно привезенных из радиационно-неблагополучных районов, там где расположены атомные электростанции, полигоны ядерного оружия и т. д. В основном это стронций-90 (Sr-90) и трансурановые элементы, которые накапливается в костях – скелете человека, а так же церий-144 (Се-144), который «любит» накапливаться в печени, и радиоактивный йод, который накапливается в щитовидной железе. Радиоактивные продукты питания выявляются сотрудниками Госсанэпиднадзора. Но охватить весь рынок продукции они не могут. Поэтому весьма актуально иметь свой дозиметр для проверки радиоактивности продуктов питания и питьевой воды, который можно сделать, как говорят, своими руками.
Схема дозиметра для продуктов питания изображена на Рисунке 1. В основе схемы используются два сенсора радиоактивности – счётчики Гейгера-Мюллера VL1 (Бета-2) и VL2 (СБМ-12). Счётчик VL1 применяется для измерения α-, β- и γ-излучения, а счетчик VL2 используются только для измерения жёсткого β-излучения, например, для выявления в продуктах питания стронция-90, который исключительно является источником β-излучения. Одновибратор на элементах DD3.1, DD3.3, C7 и R9 формирует импульсы счёта («красивые» импульсы) для подсчета счетчиком PC1. Импульсы счета поступают на счетный вход счётчика через вентиль DD3.2, DD3.4. Количество импульсов соответствует уровню радиоактивности продуктов питания. Так как счётчики Гейгера-Мюллера имеют разброс по количеству импульсов на один микрорентген, то требуется подбор времени счета, на которое открыт вентиль DD3.2, DD3.4. Время счёта формируется одновибратором DD2 (ICM7242) и отдельно регулируется для каждого счётчика VL1 и VL2 подстроечными резисторами R7 и R10.
Рисунок 1. | Схема дозиметра для продуктов питания. |
Чтобы правильно отрегулировать время счёта надо обратиться в радиологическую лабораторию (такая лаборатория обычно есть в любом достаточно крупном городе) с образцом продукта или воды и измерить удельную (объемную) активность α-, β- и γ-излучения и отдельно измерить удельную активность β-излучения. Затем по показаниям эталонных измерительных приборов уровня радиации устанавливается время счёта таким образом, чтобы количество импульсов было кратно уровню радиации в микрорентгенах. Например, для уровня 12 микрорентген должно «проскочить» за время счёта 12, 120, 1200 и т.д. импульсов.
Для корректного измерения уровня радиации продуктов питания необходимо поместить образец продукта в радиационно-непроницаемый контейнер, чтобы исключить при измерении воздействие внешнего радиоактивного фона. Образцы некоторых радиационно-непроницаемых контейнеров изображены на Рисунке 2. Радиационно-непроницаемый контейнер можно сделать самостоятельно из толстого, не менее 10 мм, акрилового стекла (оргстекла). Датчики радиации располагаются на внутренней стороне крышки контейнера, а плата обработки сигналов датчиков – с внешней стороны крышки. В крышке контейнера высверливается небольшое отверстие для трех тоненьких проводов для подсоединения датчиков радиации.
Рисунок 2. | Радиационно-непроницаемые контейнеры. |
При нажатии кнопки SB1 на выходе одновибратора DD2 (вывод 3) формируется импульс счёта, и начинается подсчёт импульсов. RS-триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 устраняет дребезг контактов кнопки. Длительность импульса счёта рассчитывается по формуле TИМП = 128·RT·CT, где RT = R7 + R8 или R10 + R11, CT = C6. Для указанных на схеме номиналах резисторов R7, R8, R10, R11 и конденсатора C6 длительность импульса счёта можно регулировать в пределах от 13 до 140 секунд. Перед началом счёта по переднему фронту импульса счёта дифференцирующей цепочкой C8, R12 формируется короткий положительный импульс для сброса счётчика в ноль.
Питание прибора осуществляется от двух пальчиковых батареек. Повышающий DC/DC преобразователь DA3 (BL8531-5) повышает напряжение батареи GB1 до 5 вольт, обеспечивая питанием прибор в целом. Высоковольтный DC/DC преобразователь DA2 (5AV400) формирует напряжение 400 В для питания измерительных счётчиков Гейгера-Мюллера VL1 и VL2.
В приборе применяются танталовые оксидные конденсаторы, остальные конденсаторы керамические. Резисторы обычные с допуском ±5%. Подстроечные резисторы R7, R10 многооборотные. Отладка устройства сводится, как было сказано выше, к правильной установке времени счёта.
Используемый в схеме высоковольтный DC/DC преобразователь DA2 (5AV400) очень удобен в применении, но этот микромодуль, к сожалению, относительно дорогой. Альтернативой этому микромодулю является схема высоковольтного преобразователя на дискретных элементах, которая изображена на Рисунке 3. Это классическая схема повышающего преобразователя. Работает схема следующим образом. Когда ключ VT1 замкнут, индуктивность L1 получает ток от источника и накапливает энергию. При размыкании ключа катушка удерживает накопленную энергию в магнитном поле. Ток старается остаться на том же уровне, но дополнительная энергия из индуктивности поднимает напряжение, тем самым открывая путь через диод VD1. Часть энергии попадает в нагрузку, а остальная накапливается в конденсаторе С3. Затем ключ опять замыкается, и энергия снова начинает накапливаться в катушке. Нагрузка, в это время, получает энергию от конденсатора. Чем выше значение индуктивности катушки, тем выше выходное напряжение преобразователя. В схеме преобразователя используется катушка с номиналом индуктивности 10 мГн, при этом выходное напряжение преобразователя составляет 100 В. Дальнейшее увеличение индуктивности катушки не имеет смысла из за больших размеров катушки. Для корректной работы преобразователя катушка (дроссель) L1 должна иметь высокую добротность. В схеме используется высокодобротная индуктивность производства Bourns. Умножитель напряжения в четыре раза на конденсаторах С4–С7 и диодах VD2–VD5 повышает выходное напряжение преобразователя до 400 В. Частота переключения ключа VT1 задаётся генератором на триггере Шмитта DD1.1 и рассчитывается по формуле
и для указанных на схеме номиналов элементов R1, C2 составляет 15 кГц. В преобразователе конденсаторы C3–C7 высоковольтные металлопленочные полиэстеровые CL-21.
Рисунок 3. | Схема высоковольтного блока питания для дозиметра. |
Встраиваемый цифровой счётчик импульсов PC1 (см. Рисунок 1) также можно заменить, на счётчик, построенный на дискретных микросхемах. Схема такого счётчика изображена на Рисунке 4. В основе счётчика микросхема 4-декадного десятичного счётчика DD1 (MM74C925), в составе которого есть дешифратор для 7-сегментного индикатора и схема для организации динамической индикации. Счётчик на дискретных микросхемах подключается вместо встраиваемого счётчика PC1 Kübler к одноимённым контактам К1–К5 (см. Рисунок 1).
Рисунок 4. | Схема счётчика на дискретных микросхемах. |
Материалы по теме
- Datasheet Pico Electronics 5AV400
- Datasheet Belling BL8506
- Datasheet Belling BL8531
- Datasheet Texas Instruments CD4011B
- Datasheet Intersil ICM7242
- Datasheet Fairchild MM74C925
- Datasheet Texas Instruments SN74HC14
- Datasheet Toshiba 2SK2543
- Datasheet onsemi MMPQ2222A
- Datasheet Kübler 6.190.012.F00
- Datasheet НПФ «КОНСЕНСУС» Бета-2
- Datasheet ТД «Автоматика» СБМ-12