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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Funkamateurdosimeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Dosimeter Ionisierende Strahlung ist in jeder Dosis gefährlich für den Menschen. In kleinen Fällen sind die Auswirkungen sehr verschleiert – die Folgen können Jahre, Jahrzehnte und sogar in den nächsten Generationen auftreten (Onkologie, genetische Schäden usw.). Mit zunehmender Strahlung steigt nicht nur die Wahrscheinlichkeit solcher Folgen, sondern es treten auch Störungen im menschlichen Körper auf, die innerhalb von Tagen, Stunden oder sogar direkt „unter der Strahlung“* zum Tod führen können. Daher erscheint es nicht überflüssig, die Höhe der Strahlung zu kennen und sie zumindest annähernd abschätzen zu können. Nachdem man ein erhöhtes Maß an ionisierender Strahlung entdeckt hat, liegt es nahe, nach deren Quelle zu fragen. Was ist das: heimlich vergrabener radioaktiver Abfall? Ein Beschleuniger von einem nahegelegenen Forschungsinstitut? Ein Röntgengerät, das in die falsche Richtung „strahlt“? Isotop „mein“ eines aufgeklärten Mörders? Brandmelder als unnötig weggeworfen? Radioaktives Mineral? Dinosaurierknochen? Was ist die Aktivität dessen, was entdeckt wurde? Die Konfiguration seiner Strahlung? Um all diese Fragen zu beantworten, benötigen Sie ein Gerät, das in der Lage ist, den Grad der ionisierenden Strahlung in einigen Einheiten zu messen. Schematische Darstellung eines Amateurfunkdosimeters zur Messung ionisierender Strahlung im ERF – in Einheiten der natürlichen Hintergrundstrahlung (Df@15 µR/h), dargestellt in Abb. 74**. Der BD1-Strahlungssensor im Dosimeter ist ein Geigerzähler vom Typ SBM20, empfindlich auf g- und hart b- Strahlung (siehe Anhang 4). Seine Reaktion auf den natürlichen Strahlungshintergrund sind Stromimpulse, die ohne scheinbare Ordnung mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von Na=20...25 Impulsen/min*** folgen. Die Zählrate von Geigerzählern hängt linear von der Strahlungsmenge ab.
Auf eine Verzehnfachung seines Pegels reagiert der SBM20-Zähler also mit einer Verzehnfachung der Zählgeschwindigkeit – bis zu Nrad = 200...250 imp/min. Die direkte Proportionalität der Transformation Nrad <->Drad wird erst bei sehr hohen Strahlungspegeln verletzt, wenn eine große Anzahl von Impulsen auftritt, die durch ein zu kleines Zeitintervall getrennt sind, das über die Auflösung des Zählers hinausgeht. Im Pass des Messgeräts ist normalerweise Nmax angegeben – die maximale Zählrate. Für den SBM20-Zähler ist Nmax=4000 Impulse/s. Und wenn die Linearität der Transformation Nrad <->Drad mindestens bis 2000 Impulse/s erhalten bleibt, dann ist es durch die Zählgeschwindigkeit möglich, Strahlungsfelder im Bereich Drad = (1...5000) Dph numerisch abzuschätzen - mehr als ausreichend für ein Haushaltsgerät. Die empfohlene Versorgungsspannung für das Messgerät SBM20 beträgt Upit=360...440 V. Dieser Spannungsbereich erklärt das sogenannte Plateau: Änderungen des Upit innerhalb dieser Grenzen haben kaum Auswirkungen auf die Zählgeschwindigkeit und es sind keine Maßnahmen erforderlich um es zu stabilisieren. Auf jeden Fall bei Geräten mit mäßiger Genauigkeit. Das Gerät, das die Spannung der das Dosimeter versorgenden Batterie in eine Hochspannung an der Anode des Geigerzählers umwandelt, ist auf einem Sperrgenerator (T1, VT1 usw.) aufgebaut. An der Aufwärtswicklung I seines Transformators entsteht ein kurzer Impuls von 5...10 μs mit einer Amplitude von 440...450 V, der den Kondensator C1 über die Dioden VD2, VD1 auflädt. Blockierende Oszillatorimpulswiederholungsrate F@1/2R6 C3@40 Hz. Jedes ionisierende Teilchen, das den Geigerzähler anregt, verursacht eine kurze, lawinenartige Entladung. Spannungsimpulse, die an der Zählerlast, Widerstand R1, entstehen, werden einem One-Shot-Gerät (DD10.3, DD10.4 usw.) zugeführt, das daraus „rechteckige“ Impulse der Dauer tf1 bildet.@R7 C7@0,2 ms und Amplitude ausreichend zur Steuerung von CMOS-Chips. Alle im Gerät benötigten Zeitintervalle und Frequenzen werden vom Zähler DD1 generiert. Sein Hauptoszillator arbeitet mit der Frequenz des ZQ1-Quarzresonators – 32768 Hz. Die Zähleinheit des Dosimeters besteht aus drei Dezimalzählern DD4, DD5, DD6, deren Leuchtindikatoren HG1, HG2 und HG3 jeweils „Einer“, „Zehner“ und „Hunderter“ anzeigen, und einem Binärzähler – DD7, der „Tausender“ darstellt “. Die Ausgänge der Dezimalzähler sind mit den entsprechenden Segmenten der Lumineszenzindikatoren verbunden, und die Ausgänge des DD7-Zählers sind mit den Dezimalstellen derselben Indikatoren verbunden, auf denen „Tausender“ im Binärcode angegeben sind: °°° - „0“, °°* - „1“, °* ° - „2“,..., ** ° - „6“, *** - "7" (° - Punkt „aus“, * - Punkt „ein“). Die Kapazität der Zähleinheit wird dadurch auf „7999“ erhöht. Der Zähler DD3 bildet die in diesem Gerät verwendete Maßeinheit. Befindet sich sein Sensor unter Bedingungen eines normalen Strahlungshintergrunds, dann beträgt während des Messintervalls tmeas = 39 s (dies ist die Dauer von „Null“ am Ausgang M des DD1-Zählers) ein Durchschnitt von Nph 3/39 = (60. ..20) wird am DD25-Eingang 39/60 empfangen@16 Impulse. Diese. normal, bei Nrad@Nf wird auf dem Display des Messgeräts aufgezeichnet: „000“, wenn Nrad<16, oder „001“, wenn 16 Das Messintervall tmeas endet mit tind – einer 3-sekündigen Demonstration des Messergebnisses. Es wird vom Zähler DD2 generiert. Für eine Zeit t wird der Eingang der Zähleinheit gesperrt und das Gerät (VT3, VT4, T2 usw.) eingeschaltet, wodurch die Versorgungsspannung der Mikroschaltungen in eine deutlich niedrigere Versorgungsspannung für die Leuchtstoffindikatorfäden umgewandelt wird. Seine Form ist ein Mäander, die Frequenz beträgt 32768 Hz. Das Anzeigeintervall endet mit der Überführung aller Zähler des Gerätes in den Nullzustand. Und sofort beginnt ein neuer Messzyklus. Das Gerät ist auf einer einseitigen Leiterplatte mit den Maßen 123 x 88 mm aus 1,5 mm dickem Folien-Glasfaserlaminat montiert (Abb. 75). Bis auf den Netzschalter, den Schallgeber und die Korundbatterie sind alle Teile auf der Platine verbaut. Fast alle Widerstände im Gerät sind vom Typ MLT-0,125 (R1 - KIM-0,125). Kondensatoren: C1 – K73-9, C2 – KDU oder K2M (für eine Spannung von mindestens 500 V), C3, C4 und C5 – K53-1, der Rest – KM-6, K10-176 usw. Der Tl-Transformator wird auf einen Ferritring M3000MN K16x10x4,5 gewickelt, nachdem seine Kanten mit Schleifpapier geglättet und mit dünnem Mylar- oder Fluorkunststoffband umwickelt wurden. Wicklung I wird zuerst gewickelt und enthält 420 Windungen PEV-2 0,07-Draht. Es ist fast im gesamten Kern platziert, mit einem Abstand von 1,5 bis 2 mm zwischen Anfang und Ende. Die Wicklung erfolgt fast von Windung zu Windung und bewegt sich entlang des Kerns nur in eine Richtung. Wicklung I ist ebenfalls mit einer Isolierschicht abgedeckt. Die Wicklungen II (8 Windungen) und III (3 Windungen) sind mit PEWSHO-Draht 0,15...0,25 bewickelt.
Sie sollten möglichst gleichmäßig im Kern verteilt sein. Bei der Installation eines Transformators muss die Phasenlage seiner Wicklungen beachtet werden (ihre Anfänge sind im Diagramm mit dem Symbol „•“ gekennzeichnet). Damit sollten Sie nicht experimentieren - Sie können den Transistor VT1 durchbrennen. Der Transformator T2 ist auf einen Ring K10x6x5 (Ferrit 2000NN) gewickelt. Er ist wie der Kern für den T1-Transformator zum Bewickeln vorbereitet. Wicklung I (400 Windungen) ist in zwei Drähten gewickelt (PEV-2 0,07). Das Ende einer Halbwicklung wird mit dem Anfang der anderen verbunden und bildet so einen Mittelpunkt. Wicklung II enthält 17 Windungen PEV-2-Draht 0,25...0,4. Es wird empfohlen, die Außenseite der Transformatoren mit Isolierband aus Kunststoff zu umwickeln – einem schmalen Streifen aus klebrigem PVC. Dadurch werden sie vor widrigen äußeren Einflüssen geschützt. Die Transformatoren werden mit einer MZ-Schraube (Gewinde in der Platine) befestigt. Die scheinbar einfachere Methode, einen Transformator mit einem Drahtbügel zu befestigen, birgt Gefahren: Der Bügel kann eine kurzgeschlossene Windung im Transformator bilden; Leider ein häufiger Fehler. Um einen Bruch der Wicklung oder einen Kurzschluss ihrer Windungen zu vermeiden, muss die Befestigung weich und elastisch sein. Die Platine wird auf der Frontplatte des Gerätes (schlagfestes Polystyrol, Duraluminium etc.) montiert, in der ein Fenster gegen die Leuchtanzeigen ausgeschnitten ist. Es kann mit einem Grünfilter abgedeckt werden. Darauf wird in einem Ausschnitt der benötigten Größe ein piezoelektrischer Emitter ZP-1 oder ZP-22 montiert. Und unter der HL1-LED machen sie ein ihrer Größe entsprechendes Loch. Der Gerätekörper ist eine Standard-Kunststoffbox 130x95x20 mm (z. B. für Dame). Um eine merkliche Verringerung der Empfindlichkeit des Gerätes gegenüber weicher ionisierender Strahlung zu vermeiden, muss in der Gehäusewand neben dem Geigerzähler ein Ausschnitt von 10 x 65 mm angebracht werden, der dann mit einem dünnen Gitter abgedeckt werden kann. Natürlich sind nicht alle oben genannten Punkte unbedingt erforderlich. Widerstände vom Typ MLT können durch andere mit der gleichen Größe ersetzt werden. Fast alle NPN-Transistoren können als VT3, VT4 verwendet werden. Wenn ihre Stromverstärkung gering ist, kann es erforderlich sein, den Widerstandswert der Widerstände R9 und R10 leicht zu verringern. Es ist möglich und sogar wünschenswert, IV3-Lumineszenzindikatoren durch IV3A-Indikatoren zu ersetzen, die einen geringeren Glühfadenstrom haben. Auch der Zähler SBM20 ist nicht unverzichtbar. Geeignet ist jeder 400-Volt-Geigerzähler mit Hintergrundaktivität Nf@24 Imp./Min. In diesem Fall sind keine Änderungen an der Geräteschaltung erforderlich. Wenn Nf unterschiedlich ist, müssen Sie zwischen den Ausgängen 1, 2, 4, 8 und 16 des DD3-Zählers und dem Eingang des Speicherzählers einen Dioden-Widerstands-Decoder einschalten, in dem durch den Einbau der entsprechenden Dioden a Die Nummer muss gewählt werden, möglicherweise näher bei 0,65 Nf. Der Ausschnitt des Diagramms (Abb. 76) zeigt, wie das für Nф=I6 geht. Hier 0,65 Nf@11, die im Binärcode vorliegt und in den Decoder eingegeben wird. Die Leiterplatte bietet Platz für den Einbau eines Dioden-Widerstands-Decoders.
Auch ein anderer Weg ist möglich: Der benötigte Nf kann durch Parallelschaltung mehrerer niedrigempfindlicher Geigerzähler erreicht werden. Beispielsweise reicht eine „Batterie“ von fünf SBM10- oder SBM21-Zählern aus. Die Parameter der für Haushaltsdosimeter am besten geeigneten Geigerzähler sind in Anhang 4 aufgeführt. Tabelle 12
LED HL1, die aufleuchtet, wenn der Speicherzähler überläuft, d. h. Bei sehr hoher ionisierender Strahlung sollte es rot und möglicherweise heller sein: AL307KM, AL307LM usw. Die Parameter des Transformators T1 sind so gewählt, dass bei entladener Batterie die Spannung am Geigerzähler innerhalb des Plateaus der Zählkennlinie bleibt. Tabelle 12 zeigt die Abhängigkeit der Zählrate von der Versorgungsspannung des Gerätes bei konstanter Aktivität der Strahlungsquelle. Tabelle 13 zeigt die Abhängigkeit des vom Gerät verbrauchten Stroms von der Spannung der Stromquelle. Das Gewicht des Geräts mit der Corundum-Batterie beträgt 225 g. Die Anzeige des Speicherzählers kann auch auf Flüssigkristallanzeigen erfolgen. Das schematische Diagramm dieser Einheit mit einem Display vom Typ IZHTs5-4/8 ist in Abb. dargestellt. 77. Da die Anzeige des IZHTs5-4/8 vierstellig ist, erfolgt der „Tausender“-Zähler hier ähnlich wie bei den vorherigen – auf dem Dezimalzähler K176IE4. Ein Dosimeter mit LCD benötigt natürlich keine Heizspannungserzeugungseinheit. Daher können die Elemente VT3, VT4, T2, R9, R10 entfernt und DD9.1 und DD9.2 für einen anderen Zweck verwendet werden (andernfalls müssen ihre Eingänge mit Masse oder mit der „+“-Stromversorgung verbunden werden). Tabelle 13
Der DD7-Zähler kann gespeichert werden, jedoch nur, um ein Alarmsignal zu erzeugen: Wenn „8000“ auf dem Display erscheint – ein Strahlungspegel, der 8000-mal höher ist als der Pegel der natürlichen Hintergrundstrahlung – wird ein Alarmton und ein Lichtalarm aktiviert. Ein weiteres Merkmal des LCD besteht darin, dass das Signal auf seinem Segment die Form eines Mäanders haben muss. Ein Segment wird erkennbar (schwarz), wenn sein Mäander in Gegenphase zum Mäander des LCD-Substrats (Pins 1 und 34) ist, und bleibt im Hintergrund und wird nicht hervorgehoben, wenn ihre Phasen übereinstimmen. Der K176IE4-Zähler erzeugt an seinen Ausgängen „Eins“- und „Null“-Phasenmäander, wenn an seinen Eingang S (Pin 6) ein Referenzmäander mit einer Wiederholungsrate von mehreren zehn oder hundert Hertz angelegt wird. Sie können beispielsweise die S-Eingänge aller vier Zähler mit dem F-Ausgang (Frequenz 1024 Hz) des QD1-Zählers verbinden. Die Energieeffizienz eines Dosimeters mit Flüssigkristallanzeige ist natürlich deutlich höher als die eines Lumineszenzdosimeters. *) Homo sapiens ist eine der empfindlichsten biologischen Arten gegenüber ionisierender Strahlung. Die tödliche Dosis für den Menschen beträgt 600 Röntgen. **) Natürliche Hintergrundstrahlung als eine Art Testgenerator ermöglicht die Kalibrierung eines Haushaltsdosimetriegeräts, auch eines selbstgebauten, ohne die Hilfe irgendwelcher Dienste in Anspruch nehmen zu müssen. Diese lose Einheit ermöglichte einst die Legalisierung selbstgebauter dosimetrischer Geräte. ***) Ein Teil von N. sollte dem Messgerät selbst zugeschrieben werden, insbesondere der Wirkung von Radioisotopen, die direkt in seinem Design enthalten sind. Bei guten Geigerzählern ist dieser Anteil N. recht gering und wird bei Haushaltsgeräten meist nicht berücksichtigt. Veröffentlichung: cxem.net
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