A Radioaktivitás érdekes terület. Manapság kapni a kereskedelemben sokféle mérőeszközt hozzá. Ezek gyakran nem csak beütésszámot, hanem energiaszintet is tudnak mérni. Ez utóbbi akkor hasznos, ha a sugárzó anyag milyenségét is meg akarjuk határozni vele. A volt Szovjet gyártmányú Geiger-Müller számlálócsövek csak beütésszámot tudnak mérni. Ezek viszonylag könnyen és olcsón beszerezhetők. Kaptam egy ilyet ajándékba és az alábbi cikkben ismertetem, mit sikerült vele elérnem.
A számlálócső, amihez hozzájutottam egy STS-6 (СТС-6) típusú, 400 voltos fajta.
A készülék, amit ezzel szerettem volna tervezni egy viszonylag kisméretű, 9 voltos elemről működő, alacsony fogyasztású kellett, legyen. Ez sikerült is.
Egy 25cm hosszú, 50mm átmérőjű (3mm falvastagságú) PVC csőbe került beépítésre két zárókupakkal lezárva. A beütést egy halk kattanás és egy LED felvillanása jelzi. A tápfeszültség kapcsoló, a LED és a lyukak a hang hallgathatósága érdekében az egyik zárókupakra kerültek. A PVC-cső két végére két réteg cellux került. Így a zárókupakok kellemesen megszorulnak, nem esnek le, viszont ragasztani nem kell. Így könnyen szétszedhető.
Az alábbi két képen jól látni a kialakítást.
Minden beütésnél hallani lehet egy kattanó hangot, amit egy kis piezo-hangsugárzó kelt, valamint vele egyidőben a LED is felvillan. Az egészet egy kis darlingtonos (két tranzisztoros) erősítő hajtja meg.
A kapcsolási rajz az alábbiakban látható.
A Geiger-Müller csövet egy NE555-ös IC-vel megoldott Boost-konverter látja el 400 volttal. Az IC és a felfelé konvertálást végző FET és induktívitás is 5 voltos tápfeszültséget igényel. Az 5 voltot egy LDO (alacsony feszültségesésű) stabilizátor IC szolgáltatja. A készülék tápfeszültsége emiatt 6,5...15 voltig bármi lehet. Az áramfelvétele 17mA, ami teljesen megfelelő.
A 400 volt előállításához egy CMOS-FET szaggatja meg (az 555-ös által vezérelten) egy induktívitás áramát és az önindukciós visszarugást egy dióda vezeti egy 2,2nF / 2kV-os kondenzátorba. Ezért a MOS-FET-nek és a diódának bírnia kell a 400 voltos feszültséget!
A megfelelő CMOS-FET az IRF830 lett (nem kell rá hűtőborda), és a megfelelően gyors dióda az UF4007 (1kV/1A). A boost-konverter által szolgáltatott feszültség a tápláló feszültségtől (5V), az induktívitás értékétől (3,3mH), a kapcsolási frekvenciától (10650Hz) és a kitöltési tényezőtől függ (98%). Az így előálló 400 volt egy 2,2nF-os kondenzátorban tárolódik, amit biztonsági okokból egy 10 megohmos ellenállás terhel. Kikapcsoláskor ezért nem lesz megrázó élményben részünk, ha megérintjük a 400 voltos részt. Az 555-ös kimenetén az alábbi jelalak látható.
Amikor egy kellő mozgási energiával rendelkező, radioaktív részecske eltalálja a csövet, ionizálja a ritkított gázt. A gázból kilépő gyors elektron szekunder emissziót kelt, azaz elektronok nagy tömegét hozza létre. Ezek az elektronok indulnak meg az anód (+ pólus) felé. Ennek a hatása olyan, mint ha a nyugalmi állapotban szigetelő cső gáztöltése hirtelen vezetővé válna, és a 400V-os kondenzátort kb. 5 milliszekundum időtartamra rácsatlakoztatná (egy 5 megohmos ellenálláson és egy 100pF-os kondenzátoron keresztül a Darlington-fokozat bázisára. Ez az impulzus kinyitja a Darlingtont, felvillantva a LED-et és kattintja a PIEZO-t is.
A Darlington bázisán ekkor megjelenő impulzus időbeni lefolyása az alábbi képen látható.
A Piezo-hangforrás és a LED párhuzamosan vannak. Ezeken (beütés esetén) az alábbi jelalak látható. Az impulzus végén látható hullámzást a Piezo okozza (ezért halljuk).
Az STS-6 cső nem képes Alfa részecskéket (Hidrogén atommagokat) detektálni, csak Bétát (elektronokat), Gammát (fotont), Neutront és Röntgen (fotont) sugárzást.
A cső nagy részét vékony sárgaréz lemez borítja (ez alakítja át a gamma-fotonokat elektronokká, azaz béta részecskékké, mert a cső csak azt képes hatékonyan detektálni). A Kozmikus háttérsugárzás nagy energiájú részecskék áramlása. Ezek a számlálócső gázterét normás esetben viszonylag ritkán gerjesztik. 2-3 másodpercenként néhányszor. Ezek az impulzusok láthatók az alábbi oszcilloszkóp ábrán.
A működésről készült kis videó itt látható.
Az Eagle-formátumú kapcsolási rajz és a nyomtatott áramköri terv a cikk alján tölthető le.
Továbblépési lehetőségek?
Ez a kis készülék nagyon egyszerű. Egészen alapvető funkciókat tud csak (kattog, villog). Csupán arra alkalmas, hogy detektálhassuk vele, ha a szokásos háttérsugárzásnál nagyobb számú beütésszám jelentkezik. Például némely kőfejtőkben, ásványokat, köveket vizsgálgatva. Vagy ha valaki ismerősünk izotópos vizsgálaton vesz részt (pl. Pajzsmirigy vizsgálaton). Utána pár napig Ő is tudja «kattogtatni» a kis készüléket.
De ez nem mérés. Ha számlálni is akarjuk a kattanásokat, ezt legolcsóbban egy kis PIC-kel, vagy Arduino Nano-val (vagy Arduino Minivel) tehetjük meg. És szükséges lehet tápegység csatlakoztathatóságára is. A 400 voltos feszültséget előállító fokozat tetemes zavarokat kelt, ami a mikrovezérlős mérésnél gondokat jelenthet! De ezek már túlmutatnak ennek a kis cikknek a keretein.
Sok sikert és jó szórakozást kívánok!
Gyakran előfordul, hogy olyan elektronikai megoldásra van szükség, ami hagyományos áramköri elemekkel vagy csak bonyolultan, vagy sehogyan nem valósítható meg. Ilyen például a két feszültségérték hányadosaként jelentkező harmadik (kimenő) feszültségszint létrehozása. Vagy másik példaként felhozható egy bonyolult logikai feltételrendszert feldolgozó (logikai) áramkör készítése. Az előbbire hajdanán az analóg számítógépek jelentették az egyedüli megoldást, az utóbbihoz pedig nem ritkán termetes, energiazabáló áramköröket kellett készíteni. Amióta kitalálták a mikrovezérlőket, mindez már a múlté.
Hi-Fi rajongók, hangfal építők és kísérletezgetők szeretnék néha tudni, hogy mi egy adott hangszóró alap rezonancia frekvenciája. Erre találtam az Interneten egy egyszerű kis kapcsolást, aminek az elemzéséről szól e cikkem.
Bővebben: Hangszórók rezonancia frekvenciájának mérése egyszerűen