|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Продуктовий дозиметр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Дозиметри Звичайні побутові дозиметри надійно реєструють радіаційне тло та іонізуюче випромінювання макрооб'єктів (наприклад, стін). Однак вони не підходять для перевірки продуктів харчування, що залишається актуальною у низці регіонів країни. Пропонована до уваги читачів конструкція дозиметра дозволяє певною мірою вирішити цю проблему. Слід звернути увагу на калібрування приладу. Без достовірного калібрування такий прилад може розглядатися як індикатор, показання якого будуть основою подальших дій: не купувати товар, ризикнути купити, перевірити на СЕС.
Нещодавно автору статті довелося відвідати відділ радіаційної гігієни однієї з районних СЕС м. Москви, де відбулася приблизно така розмова: - Чи можу я перевірити на радіаційне забруднення банку розчинної кави? – А чому Ви вирішили, що він забруднений? - Ось цей прилад (демонструю описуваний дозиметр) показав 900 Бк/кг. - А як Ви його калібрували? - Бромистим калієм. (Після деякого міркування мій співрозмовник попросив пред'явити моє посвідчення). – Ах, преса! З вами можуть бути неприємності. - Чому? Адже я бував у Вас на початку 90-х, показував свої прилади. Ви знайомили мене з вашою технікою, з прийнятими на той час нормами допустимого забруднення цезієм і стронцієм-90 різних продуктів харчування. - Ні ні. Цього не могло бути! - Втім, тепер це не так уже й важливо. У пресі повідомлялося, що норми радіаційного забруднення харчових продуктів застаріли і сьогодні діють нові. Чи не могли б Ви познайомити мене з ними? - Ні. - А як же бути з моєю кавою? - Знаєте, у нас зараз багато роботи... На цьому наша "розмова" закінчилася. За роки, що минули після трагедії Чорнобиля, багато що змінилося. Дозиметри, що фіксували тоді випромінювання, багаторазово перевищували природне радіаційне тло. сьогодні демонструють майже повне благополуччя. Але чи це так? Адже за всі ці роки активність стронцію-90 та цезію-137 - двох із "знаменитої" трійки чорнобильських радіоізотопів - зменшилася лише на чверть, а зниження активності третього - плутонію-239 - ми не побачимо ніколи: період його піврозпаду перевищує 24000 років. Причина цього видимого благополуччя проста: дощі, ґрунтові води, вітри, пожежі, різні біологічні процеси, ерозія ґрунту знизили концентрації радіоізотопів. Рознесені великими площами вони стали малопомітними на тлі природної радіації Землі та Космосу. Як джерела зовнішнього опромінення, такі випромінювачі не становлять людини колишньої небезпеки. Але потрапляючи в його організм по стравоходу та дихальних шляхах, гранично зближуючись з життєво важливими тканинами, вони здатні залишити на них такий "слід", який не міг би виникнути навіть при найсильнішому зовнішньому опроміненні. Тому й порівняно слабке радіаційне забруднення продуктів харчування може бути залишено поза увагою. Нижче описаний дозиметр, здатний виявити такого забруднення і оцінити їх рівень. Прилад складається з лічильного блоку та вимірювальної головки. Основу лічильного блоку (рис. 1) становить п'ятирозрядний лічильник, виконаний на мікросхемах DD1 – DD5. Його стан відображається на рідкокристалічному табло HG1. Чотири молодші десяткові розряди демонструються звичайним чином - у вигляді цифр. Індикація старшого (десятків тисяч) ведеться в двійковому коді з використанням децимальних точок: (- децимальна точка видно). Таким чином, максимальна кількість, яка може бути зафіксована в такому лічильнику, дорівнює 159999. Забігаючи вперед, зауважимо, що такий не надто зручний двійково-десятковий відлік буде потрібно лише при калібруванні приладу; у реальних вимірах лічильник DD5 зазвичай залишається у нульовому стані.
Мікросхеми DD6 і DD7 задають час, протягом якого ведеться підрахунок імпульсів, що надходять із вимірювальної головки. Шестирозрядний лічильник DD6 веде рахунок фронтів на виході М лічильника DD7 (за позитивними перепадами, перший з яких з'являється на 39 секунді першого хвилинного інтервалу). Внутрішній генератор лічильника DD7 стабілізовано кварцовим резонатором ZQ1. При вказаному на рис. 1 включенні DD6 (вхід інвертора DD10.2 безпосередньо з'єднаний з виходом 32 лічильника DD6) вимір триватиме 31 хв 39 с. Після закінчення цього часу рахунок припиняється (на вході 12 елемента DD9.1 з'являється заборонний сигнал лог. 0) і включається звуковий сигнал, що сповіщає про закінчення вимірювання. Сигнал балка. 1, на вході 2 елемента DD9.4, дозволяє проходження однокілогерцового меандра, що знімається з виходу F лічильника DD7, на підсилювач DD 10.4-D010.6 і парафазно підключене до нього навантаження - п'єзовипромінювач BF1. При дуже високій радіоактивності продукту, що перевіряється, лічильник DD1 - DD5 може переповнитися вже в ході вимірювання. При цьому на виході 16 (вив. 11) лічильника DD5 з'явиться сигнал балка. 1, що призведе до включення як звукового, а й тривожного світлового сигналу - транзистор VT1 включить світлодіод HL1. У режимі тривоги на табло висвічуються нулі. При натисканні на кнопку SB1 "Пуск" на виході інвертора DD10.1 формується імпульс тривалістю tnycк = 0,7 R4 · C3 = 6 мс. Він надходить на входи R всіх лічильників і переводить їх у вихідний нульовий стан. На транзисторах VT2. VT3 і стабілітроні VD1 зібраний стабілізатор, що підтримує напругу живлення дозиметра практично незмінним при досить глибокому розряді джерела живлення. Принципова схема вимірювальної головки наведено на рис. 2. На транзисторі VT4. імпульсному трансформаторі Т1 та елементах R14, С6. С8, VD2-VD4 зібраний перетворювач. До його складу входить блокінг-генератор. на обмотці L3 трансформатора якого формуються короткі (tніп = 5...10 мкс) імпульси з амплітудою UL3 = (Uc5·0.2)n3/n2 (Uc5 - напруга живлення перетворювача, n2 і n3 - числа витків в обмотках L2 і L3) n3 = 420 і n2 = 6 Ul3 = 440 В. Ці імпульси, що йдуть з частотою Fімп = 1/R14·C6 = 10Гц, через діоди VD3, VD4 заряджають до напруги +420...430 В конденсатор С8, який стає джерелом живлення лічильника Гейгера BD1.
На мікросхемі DD11 зібрано формувач. Він перетворює сигнал з крутим фронтом і пологим спадом, що виникає на аноді лічильника Гейгера в момент його збудження іонізуючою частинкою, імпульс тривалістю tcч = 0,7R18·C10 = 0.35 мс, придатний для передачі в лічильний блок по простій трипровідній лінії. Рахунковий блок змонтований на платі, виготовленій із двостороннього фольгованого склотекстоліту завтовшки 1,5...2 мм (рис. 3).
Фольгу з боку деталей зберігають майже повністю і використовують переважно як загальний дроти. Для пропуску деталей вона має вибірки – кружки діаметром 1,5...2 мм (на малюнку не показано). Місця з'єднання із загальним проводом "заземлюваних" висновків конденсаторів, резисторів та інших елементів позначені суцільними зачорненими квадратами. Зачорненими квадратами зі світлою точкою в центрі показані з'єднання із загальним проводом тих чи інших фрагментів монтажу, а також висновків 7 мікросхем DD1 - DD6. DD8 - DD10 та виведення 8 мікросхеми DD7. Під індикатором суцільний шар фольги видалений, і такими квадратами позначені контактні майданчики та отвори переходу з шару на шар. У ці отвори слід впаяти відрізки лудженого дроту. Правильне положення табло індикатора встановлюють до монтажу. Для цього, взявши табло за підкладку і торкаючись жалом паяльника того чи іншого його висновку, "підпалюють" відповідний сегмент індикатора. Плата вимірювальної головки показано на рис. 4, фольга під деталями також зберігається майже повністю.
Лічильник Гейгера СБТ10 (СБТ10А) має десять окремих анодів, їх висновки (1 - 10) з'єднують один з одним паянням. З'єднання катода лічильника (вив. 11) з фольгою загального дроту також має бути паяним. У дозиметрі застосовані резистори КІМ-0,125 (R2. R15) та МЛТ-0,125 (інші). Конденсатори С4, С5 – оксидні імпортні (Ø6x13 мм), С6 – К53-30. С8 – К73-9. С9 – КД-2. решта - КМ-6, К10-176 і т. п. Світлодіод HL1 - будь-який, краще червоного світіння. У трансформаторі Т1 використаний кільцевий магнітопровід розмірами 16x10x4,5 мм із фериту М3000НМ. Гострі кромки кільця слід зняти наждачним папером, а потім обмотати тонкою тефлонової або лавсанової стрічкою. Першою намотують обмотку L3, вона містить 420 витків дроту ПЕВ-2 0,07. Намотування ведуть майже виток до витка. Між її початком та кінцем залишають проміжок 1... 1,5 мм. Саму обмотку L3 покривають шаром ізоляції, і поверх неї з великим кроком намотують обмотку L1 (шість витків дроту ПЕВШО 0.15). Потім вже на цій обмотці розташовують обмотку L2 (два витки того ж дроту). Обмотки потрібно розташувати по кільцю можливо рівномірніше і так, щоб їх висновки виявилися якомога ближчими до відповідних монтажних контактів плати. Щоб уникнути пошкодження трансформатора, його кріплять на платі між двома еластичними шайбами. При розпаювання обмоток важливо не помилитися в їхньому фазуванні (точками на рис. 2 відзначені кінці обмоток, що входять в отвір магнітопроводу з одного боку). Помилка у фразуванні порушить роботу перетворювача. Плату лічильного блоку встановлюють на лицьову панель, виготовлену з ударостійкого полістиролу розмірами 122x92x2.5 мм. На неї наклеюють полістироловий куточок розміром 55x29x17 мм, що утворює відсік для батареї "Корунд". До куточка приклеюють полістиролові рейки, що утворюють пази, в які буде введено плату рахункового блоку. До лицьової панелі приклеюють вертикальну стійку висотою 14 мм, що має різьблення під гвинт М2. Цим гвинтом через отвір діаметром 2.1 мм (див. рис. 3) плата кріпиться до лицьової панелі. У зручному місці на панелі вмонтовують вимикач живлення ПД9-1 (на рис. 1 не показаний). У відповідних місцях панелі свердлять отвори під кнопку SB1 та світлодіод HL1. Під п'єзовипромінювач вирізають отвір діаметром 30 мм, який зверху наклеюють декоративні грати. Загальний вигляд змонтованої на лицьовій панелі плати показано на рис. 5.
Як корпус лічильного блоку можна використовувати пластмасову коробку відповідних розмірів (наприклад, з-під шашок розмірами 125x95x23 мм). Попередньо в ній вирізують паз глибиною 2,5 мм, в якому і буде фіксуватися лицьова панель. Вимірювальну головку монтують у корпусі з внутрішньою перегородкою, який виготовляють із листового ударостійкого полістиролу товщиною 2 мм. Його розміри в плані – 94x73 мм, висота – 60 мм. Лічильник кріплять на перегородці так, щоб його слюдяне вікно було спрямоване на кювету з досліджуваним продуктом. На цій же перегородці кріплять і плату перетворювача. Глибина вимірювальної кювети повинна бути не менше ніж 25 мм, її розміри в плані - 94X73 мм. Кювету склеюють із того ж листового полістиролу. В описаному тут дозиметрі використаний метод вимірювання "товстому шарі", коли випромінювання нижніх шарів продукту, що знаходиться в кюветі, значно послаблюється або повністю поглинається верхніми шарами і практично не впливає на показання лічильника Гейгера. Метод "товстого шару", що дозволяє оцінити радіаційне забруднення продукту БК/кг без його зважування, широко використовується службами дозиметричного контролю. Поверхня продукту, що заповнює кювету, повинна бути максимально близько до слюдяного "вікна" лічильника (в авторському варіанті дозиметра ця відстань дорівнює 5 мм). Оскільки взаємне розташування контрольованого зразка та лічильника впливає на результат вимірювання, конструкція вимірювальної головки повинна передбачати її чітку фіксацію на кюветі. Налагодження дозиметра зводиться до встановлення напруги на виході стабілізатора в межах 6,3...6,7 Ст. Воно залежить від відношення R11/R10 і уточнюється підбором одного з цих резисторів. За бажання блоки дозиметра можна перевірити і порізно. Якщо вхід лічильного блоку (вив. 13 DD9.1) з'єднати з вив. 4 лічильники DD7 і натиснути на кнопку SB1, то через 31 хв 39 с на табло повинні висвітитися цифри 1899 – число секунд в інтервалі виміру. Час виміру можна значно скоротити, але при перевірці рахункового блоку. Якщо вхід (вив. 9) інвертора DD10.2 підключити до виходу 4 (вив. 5) лічильника DD6. то воно дорівнюватиме 3 хв 39 с, а при включенні між ними кон'юнктора (діодно-резисторної схеми "І") можна виставити з точністю до хвилини будь-який інтервал вимірювання в межах від 39 с до 62 хв 39 с. Так, наприклад, тривалість виміру при використанні кон'юнктора. показаного на рис. 6, дорівнюватиме 55 хв 39 с. На друкованій платі (рис. 3) передбачено місце для встановлення резистора та діодів кон'юнктора.
Для автономної перевірки вимірювальної головки знадобиться осцилограф, що працює в режимі очікування (розгортка 5... 10 мс). Його вхід підключають до виходу головки, і якщо вона справна, на екрані осцилографа виникають імпульси позитивної полярності тривалістю ~0,35 мс з амплітудою, що дорівнює напрузі живлення, що йдуть без видимого порядку із середньою частотою 1...2 Гц. За наявності статичного вольтметра зі шкалою 1 кВ (наприклад. С50) можна перевірити напругу живлення лічильника Гейгера (на конденсаторі С8). Воно має бути не більше 360...430В. Виготовлений дозиметр потрібно прокалібрувати. Як це можна зробити без сторонньої допомоги? Насамперед визначимо рівень природного радіаційного фону. Для цього вимірювальну головку поставимо на порожню або наповнену водою кювету і виконаємо один за одним не менше 10 вимірів. Після цього обчислимо середнє значення отриманих величин - Nф - число, що відповідає рівню природного радіаційного фону, а за відхиленнями кожного виміру від Nф - середню квадратичну помилку - NФ [1] - неточність визначення Nф, першопричиною якої є стислість виміру. У прямому експерименті було отримано Nф = 3500, Nф = 60. Для оцінки радіаційної чутливості приладу знадобиться зразкове джерело радіації. У цій якості використовують речовини, що містять калій. Справа в тому. що природна суміш ізотопів калію містить і калій-40 (0.0118%) - β,γ-випромінює радіоізотоп з періодом піврозпаду понад мільярд років. Його висока та стабільна активність, віднесена до всієї маси калію, становить 29600 Бк/кг [2]. Саме ця обставина і дозволяє використовувати хімічну сполуку з відомим і досить великим "частковим" вмістом калію як тест-об'єкт при калібруванні такого роду дозиметричних приладів. Ось деякі з таких сполук KCI - хлористий калій, його активність Скcl = 15700 Бк/кг; К <ставляє 29600 Бк/кг [2]. Саме ця обставина і дозволяє використовувати хімічну сполуку з відомим досить великим "частковим" вмістом калію як тест-об'єкт при калібруванні такого роду дозиметричних приладів. Ось деякі з таких сполук KCI – хлористий калій, його активність Скcl = 15700/кг; КВr бромистий Ckbr = 9700 К2С03 вуглекислий калій становить 29600 Бк/кг [2]. Саме ця обставина і дозволяє використовувати хімічну сполуку з відомим досить великим "частковим" вмістом калію як тест-об'єкт при калібруванні такого роду дозиметричних приладів. Ось деякі з таких сполук KCI – хлористий калій, його активність Скcl = 15700/кг; КВr бромистий Ckbr = 9700 К2С03 вуглекислий калій Вr - бромистий калій, CkBr = 9700 Бк/кг; К2С03 – вуглекислий калій (поташ). СК2СО3 = 16800 Бк/кг (всі речовини - без кристалізаційної та адсорбованої води; при будь-яких сумнівах щодо цього речовину прожарюють або сушать). Заповнимо вимірювальну кювету до країв зразковим випромінювачем, наприклад, бромистим калієм, і виконаємо ряд вимірювань. Після усереднення результатів та обчислення помилки матимемо: NKBr±ΔNKBr . У прямому експерименті було отримано NKBr = 31570, NKBr = 120. Визначимо радіаційну чутливість приладу: K = CkBr/(NkBr - Nф) = 9700/(31570 - 3500) = 0,35 Бк/кг і оцінимо в Бк/ активності слабких випромінювачів: К · Nф = 0,35 · 60 = 20 Бк / кг. Таким чином, зафіксувавши Nпрод - показання дозиметра, в кюветі якого знаходиться досліджуваний продукт, і Nф - рівень фону "на сьогодні", і обчисливши їх різницю, наприклад, Nпрод - Nф = 1000, ми встановимо, що розрахункове радіаційне забруднення продукту становить K( Nnpoд - NФ) = 0.35 · 1000 = 350 Бк / кг. а дійсне відрізняється від розрахункового лише на К·2ΔNФ = ±40 Бк/кг. Для побутового продуктового дозиметра така точність цілком достатньо. Але її можна збільшити. Наприклад, за рахунок тривалості вимірювання (щоправда, зростає вона досить повільно: зі збільшенням експозиції в n разів точність збільшується лише Vn). Точність вимірювань збільшиться, якщо їх проводити в умовах зниженого радіаційного фону, наприклад, під землею на глибині 30...40 м (у метро). Можна знизити радіаційний фон лише обсягом вимірювальної головки, помістивши її, наприклад, в товстостінний (>3 див) свинцевий контейнер. Підземелля та свинець мають бути, звичайно, радіаційно чистими. Таким чином, точність вимірювань може бути збільшена в кілька разів. І на закінчення – про природну (!) радіоактивність продуктів. Її першопричиною є той самий калій, що міститься майже кожному з них [3]. У таблиці наведено природну (за калієм - 40) питому радіоактивність низки харчових продуктів [2]. Її необхідно віднімати із показань дозиметра. Природна (за калієм-40) питома радіоактивність харчових продуктів, Бк/кг
література
Автор: Ю.Виноградов, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Запрацював найбільший у світі черенківський телескоп ▪ Приємні спогади перемагають депресію
▪ розділ сайту Електрик у будинку. Добірка статей ▪ стаття Чарльз Калеб Колтон. Знамениті афоризми ▪ стаття Цибуля переможна. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Встановлення читання CD. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Перетворення хустки на вино. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page