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 anyagminőséget 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.

STS-6/SBM-19 | appliednucleardevice

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 millikundum 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 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!