Фотодиодный детектор радиоактивного излучения (перевод)

О радиосвязи и технологиях, основанных на этом.

Сообщение BN23-exGSA » 28.06.2009, 12:29

Самый маленький в мире счетчик Гейгера (World's Smallest Geiger Counter)

Автор: Энрико Матэзар (Enrico Mathesar) Сайт автора.
Перевод: BN23-exGSA для Ц.И.А.Н..

geigerpin1.JPG


Вероятно, это не самый маленький и не совсем счетчик Гейгера (нет трубки Гейгера и он не считает), но это действительно маленький детектор радиации, который мигает светодиодом каждый раз, когда частица с достаточной энергией сталкивается с маленьким PIN фотодиодом (PIN диод и фотодиод - прим. переводчика - BN23-exGSA). Маленький детектор выдает 1 пульсирующий сигнал в секунду около источника в 2 миллирентгена (использовался старый счетчик Гейгера из антирадиационного убежища и тестовый источник для сравнения). Этой чувствительности вполне хватает, чтобы определить, радиоактивен ли корпус фонарика или что камень перед вами - это кусок урана. Самое главное, его маленький размер делает его неприметным!  Например, торий в корпусе фонарика дает одну вспышку диода каждые 2 секунды. Торий, в обычном сварочном электроде дает одну вспышку диода каждые 10 секунд, а зеленые мраморные шарики (Vaseline glass marble ролик на youtube.com - прим. переводчика - BN23-exGSA) - одну вспышку в 45 секунд, таким образом, детектор становится непрактичен для слабых источников излучения. Установка PIN диода большего размера - самый простой способ увеличить чувствительность прибора.

Схема разработана таким образом, что электричество от источника питания практически не потребляется, таким образом, детектор может работать очень долгое время без необходимости устанавливать выключатель питания. Потребление тока, когда светодиод не мигает, всего 3 микроампера, что позволяет работать на батарейке типа 10А (30mA-час) больше года. Мигающий со случайной частотой светодиод может сократить это время. Обычной 9-ти вольтовой прямоугольной батарейки должно хватить надолго.

geigerpin2.jpg


Когда частицы сталкиваются с PIN диодом, на затворе полевого транзистора 2N4417 появляются положительные импульсы. Эти импульсы усилены 2N4117 и MPSA18, и уходят к двух - транзисторному моноустойчивому (Моноустойчивая (monostable) - это означает, что при включении схема выполняет цикл и останавливается, чтобы запустить ее еще раз, надо заново вручную активировать схему. Тем самым достигается эффект редкого или частого мигания светодиода, в зависимости от частоты столкновений частиц с фотодиодом. Повторная активация схемы выполняется новым импульсом, - прим. переводчика - BN23-exGSA) маячку. Выбор сопротивления в 1 МОм на истоке 2N4117 основан на том, что на стоке должно быть напряжение на несколько вольт выше, чем на истоке. Сток подключен  к MPSA18, который тоже имеет разницу токов на коллекторе и эмиттере в несколько вольт. Фактические значения не особенно важны, пока течет маленький ток через первые два транзистора; импульсы очень малы. К 2N4401 подключены последовательно два 62 МОм сопротивления и  3 МОм сопротивление к земле таким образом, чтобы держать цепь маячка на грани срабатывания. Если 3 МОм будет много, светодиод будет постоянно гореть, а если будет не хватать, то цепь будет не чувствительна. Значения других сопротивлений могут различаться, но должны быть выше 1 МОм и подобраны таким образом, чтобы цепь маячка срабатывала при усиленном импульсе. Схема не потребляет много питания, когда не мигает светодиод, таким образом, потребление первых двух участков усилителя не превышает 3 микроампер.

Этот счетчик "Гейгера" мигает фотодиодом также как и детектор с трубкой Гейгера, и если подключить наушник в районе светодиода и сопротивления, можно услышать щелчки, как и в обычном Гейгере, но механизм детекторов абсолютно разный. Главное различие в том, что PIN диод конвертирует практически всю энергию частиц в пульс, таким образом, по величине пульса можно определить энергию частицы. (Я хочу уточнить, что высокоэнергетические гамма-лучи будут проходить насквозь через PIN диод, не теряя всей своей энергии. Импульс будет большой, но не будет соответствовать реальной энергии. Детекторы гамма-лучей содержать большой блок материала для захвата частицы целиком.) Сложные детекторы различают импульсы по амплитуде и могут определить, какой элемент его произвел, этот детектор всего лишь улавливает импульсы выше заданного уровня.

Стоит соблюдать некоторые меры предосторожности, изготавливая данный детектор. Первое, PIN диод очень чувствителен к свету и должен находиться в абсолютной темноте. Я даже имел проблемы из-за света, проникающего через корпус светодиода, даже если установить его в отдельном отсеке! Я закрасил заднюю стенку PIN диода черной "жидкой лентой" (похоже, это что-то вроде "штриха", которым замазывают помарки на бумаге, только черного цвета - прим. переводчика - BN23-exGSA) и добавил внутренний светоотражатель. Схема в целом очень чувствительна к электрическим полям и должна быть экранирована. Я решил, что корпус от старой камеры Minox подойдет для детектора. Он светонепроницаем, но не экранирован. Первый шаг, приклеить PIN диод с одного края корпуса и сделать экран из текстолита, покрытого медью (материал печатных плат). Луженая металлическая фольга тоже подойдет.

pindiode.JPG
geigerpin3.JPG

geigerpin4.JPG


Способ сборки можно назвать методом "кораблика в бутылке". Кроме шуток, сборка детектора требует достаточной ловкости! Отсек батарейки делается в первую очередь, берется пружина от аналогичного держателя батарейки и кусочек текстолита. К этому кусочку текстолита будет подключен положительный выход батарейки, на текстолите посередине вытравливается площадка, напаивается выпуклость, делается абразивной и просверливается в середине этой площадки отверстие для красного провода (красный - "плюс", черный - "минус" - прим. переводчика - BN23-exGSA). Когда батарейный отсек готов, собирается отсек для части схемы, ответственной за маячок, прямо над батарейным отсеком. Туда не сможет проникать свет от светодиода. PIN фотодиод находится слева на фотографии, в том же отсеке полевой транзистор и MPSA18. Экран собран так, чтобы полностью оградить схему от внешних полей, экран заземлен. Усилитель настолько чувствителен, что даже крошечная открытая часть PIN диода улавливает электрические поля! Детектор не будет корректно работать вблизи сильных электрических полей,  например, около телевизора, компьютера и т.п.

Схема показывает, как можно на фотодиоде собрать импульсный счетчик Гейгера, а более практичный корпус может упростить сборку! Я планирую взять этот детектор в Wall-Mart (магазин - прим. переводчика - BN23-exGSA) и в другие магазинчики, чтобы поискать радиоактивные вещи, минералы и т.д.!

geigerpin5.JPG
Последний раз редактировалось BN23-exGSA 12.04.2010, 10:45, всего редактировалось 1 раз.
BN23-exGSA
 


Сообщение ST0974 » 31.07.2009, 18:03

Чтобы остепениться с этой идеей достаточно посмотреть на цену этого PIN диода. Легче купить готовый радиометр...
ST0974
 

Сообщение BN23-exGSA » 03.08.2009, 08:04

Вот можно каталог "чипа и дипа" посмотреть, там и по 20р pin фотодиоды есть.
BN23-exGSA
 

Сообщение ST0974 » 03.08.2009, 10:47

Цена прямопропорциональна количеству полупроводника. Чем меньше его, тем ниже чуствительность.
ST0974
 

Сообщение BN23-exGSA » 03.08.2009, 12:49

Да я в курсе, это в статье написано, вообще-то  :D В статье же указано, что детектор ни как не претендует на полноценную замену "гейгерам". Это просто игрушка, либо быстрая замена отсутствующего в наличии "гейгера" под рукой (да, фотодиоды дома тоже не у каждого валяются). Так сказать, собрал на коленке, попользовался, выкинул. Опять же, интересно будет людям, интересующимся электроникой, как решение и применение фотодиодов.
BN23-exGSA
 

Сообщение TORPEDA » 21.10.2010, 21:35

вместо фотодиода трубку СБМ-20 засунуть
TORPEDA
 

Сообщение RUSb » 22.10.2010, 07:24

А где взять трубку СБМ 20? у меня просто прибор есть а трубка из строя вышла, не как не могу найти замену
RUSb
 

Сообщение dj57rus » 07.11.2010, 22:10

Аналогичная схема, только на операционных усилителях...
Вложения
AN2236-Gamma-Photon Radiation Detector.zip
(37.11 КБ) Скачиваний: 109
Аватара пользователя
dj57rus
Ц.И.А.Н.
Ц.И.А.Н.
 
Сообщения: 1110
Зарегистрирован: 07.11.2010, 21:49



Вернуться в Радиотехнический центр



Кто сейчас на конференции

Зарегистрированные пользователи: Yandex [Bot]