Сторож-Р - прилад безперервного радіаційного контролю

  • Час 17-12-2014, 10:57
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

На техногенне забруднення навколишнього середовища нерідко дивляться як на неминучу «плату» за ті зручності цивілізованого життя, які нам надає науково-технічний прогрес. Альо якщо про забрудненнях, хоч якось себе проявляють, ми можемо судити і самі, можемо так чи інакше мінімізувати їх вплив на собі, то по відношенню до речовин, полях, середах, недоступним нашим органам почуттів, ми опиняємося в іншому становищі: чи не тільки робити які-небудь заходи самозахисту, а й просто дізнатися про появу такої небезпеки, навіть тривалому її існування ми не можемо.

У таких випадках залишається цілком і повністю покладатися на ті чі інші служби централізованого контролю, усвідомлюючи, що по самому характеру своєї діяльності, по фізичних своїми можливостями вони в кращому випадку будуть стежити лише за середньостатистичним благополуччям кожного з нас і його відповідністю нормам своїх відомств.

Все це повною мірою відноситься і до радіаційного забруднення навколишнього середовища - до радіоізотопів, до їх проникаючого випромінювання: невидимому, нечутні, невловимі, що не володіє ні запахом, ні смаком навіть у безумовно неприпустимих дозах. Правда, монопольне право на радіаційний контроль в нашій країні відомчі служби недавно занапастили - у населення з'єднання явилися персональні дозиметри.

Але «вимір небезпеки» - цієї першооснови відомчого контролю, що прийшла до нас разом з персональними дозиметрами (в більшості своїй - спрощеними моделями професійних), - лише на перший погляд здається чимось цілком заміняє органолептичний контроль. У тому, що жоден з органів чуття людини не може бути віднесений до категорії вимірюють, можна, звичайно, бачіті лише ні до чого не зобов'язання язують нас особливості еволюції живого. Альо ті, що втрата будь-якого з них не компенсується навіть найдосконалішим твором нинішньої електронної техніки, змушує поставитися до органолептичної орієнтації - до самої її ідеології, її шкалі цінностей - з належною увагою. Як, відповідно, і до приладів, здатним подібним же чином орієнтувати людину в потенційно небезпечних для нього нових середовищах.

Техніка персональної орієнтації людини в продуктах і відходах сучасної цивілізації покликана вирішувати завдання, непосильні для фахівців-професіоналів, незалежно від їх кількості, кваліфікації та оснащення. Завжди - як це незмінно з'єднання ясовувалося - недостатніх.

Але якими ж можуть бути функції у приладів «органолептичного» контролю радіаційної обстановки? Чим, власне, вони повинні відрізнятися від звичайних дозиметрів? І взагалі - маємо ми для цього достатня коштів?

Органолептичний прилад радіаційного контролю - радіаційний технорецептор - відрізняється від дозиметричного насамперед своїм призначенням: він зобов'язання язаний своєчасно довести до відома свого власника про його зближенні з джерелом радіації, про появу поки ще потенційної для нього небезпеки.

Технічне забезпечення такого режиму роботи приладу позначається майже на всіх його параметрах. Так, якщо енергоекономічність дозиметра є для нього показником досить другорядним, то для технорецептора він - з найважливіших: прилад, не здатний працювати безперервно, що вимагає постійної турботи про своє енергозабезпеченні, взагалі не може бути віднесений до цієї категорії. З іншого боку, майже втрачає сенс питання про точність технорецептора. У всякому разі у виборі між можливістю «бачіті» широкий спектр радіаційних випромінювань і точністю кількісної оцінки тільки якоїсь його різновиди - лише гамма-випромінювання, наприклад, - безумовний пріоритет матиме спектральна широкосмуговість приладу.

Розрізняються ці прилади і за формою представлення інформації. Радіаційний технорецептор повинен включати її в рецепторне простір людини. Тобто, він повинен мати здатність інформувати свого власника про радіаційну обстановку та її зміні без якого-небудь запиту з його боці. Звичайні у вимірювальній техніці табло і шкали тут, очевидно, нічим допомогти не можуть.

Сторож-Р - прилад безперервного радіаційного контролю

Радіаційний індікатор "Сторож-Р"

Особливі вимоги пред'являються і до надійності технорецептора. Вона повинна бути не тільки високо, а й постійно перевіряється - відмова приладу повинен виявлятися негайно.

Органолептичний прилад радіаційного контролю повинний володіти і високої радіаційної чутливістю, у всякому разі - бути здатним контролювати природний радіаційний фон і практично миттєво реагувати на скільки-небудь помітні його зміни.

І, нарешті, все це мало б чого варто було, якби коштувало дорого ...

З урахуванням вищевикладеного та був спроектований «Сторож-Р» - сторож радіаційний - прилад безперервного радіаційного контролю.

Його основні параметри:

Спектр контрольованих випромінюванні b (gt; 0,5 МеВ), g (gt; 0,05 МеВ)
Реакція на природний радіаційний фон (Ерф) акустичні імпульси - клацання, наступні із середньою частотою 15 ... 25 імп / хв;
Реакція на зміну рівня радіації зміна швидкості рахунку (лінійна залежність);
Поріг тривожної сигналізації 4 ... 5 Ерф
Напуга джерела живлення 9

Споживаний струм:

у фонових радіаційних полях

в режимі тривожної сигналізації

 

0,15 ... 0,2 мА

3 4 мА ...

Час безперервної роботи (з батареєю «Корунд»)

gt; 5000 годин
Час виходу на робочий режим lt; 1c
Габарити приладу 120х46х21 мм
Маса приладу (з джерелом живлення) 100 г

Принципова схема приладу показана на малюнку вище. Як датчик іонізуючої радіації BD1 використовується лічильник Гейгера типу СБМ20 *. Висока, напуга на його аноді формує блокінг-генератор: імпульси напруги з підвищувальної обмотки I трансформатора Т1 через діоди VD1, VD2 заряджають конденсатор фільтра С1. Навантаженням лічильника служити резистор R1 і елементи, пов'язані з входом 8 мікросхеми DD1.

На елементи DD1.1, DD1.2, СЗ і R4 зібраний одновібратор, що перетворює імпульс, що надходить з лічильника Гейгера і має затягнутий спад, в «прямокутний», тривалістю 5 ... 7 мс.

Фрагмент схеми, що включає у собі елементи DD1.3, DD1.4, С4 і R5, являє собою керований по входу 6 DD1 звуковий генератор, збуджують на частоті F @ 1/2 · R5 · C4 @ 1 кГц, до парафазного виходу якого ( виходи 3 і 4 DD1) підключений пьезоізлучатель НА1. Акустичний імпульс-клацання збуджується в ньому «пачкою» електричних імпульсів.

На елементи VD4, R8 ... R10, С8 і С9 зібраний інтегратор, керуючий роботою порогового підсилювача, виконаного на мікросхемі DD2.

Сторож-Р - прилад безперервного радіаційного контролю

Друкована плата "Сторожа-Р"

Напуга на конденсаторі С9 залежить від середньої частоти збудження лічильника Гейгера; по досягненні ним потенціалу відмикання польового транзистора, що входити до DD2, включається світлодіод HL1: частота і тривалість його спалахів будуть рости зі збільшенням рівня радіації.

Прилад монтують на друкованій платі, виготовленої з двостороннього склотекстоліти товщиною 1,5 мм Фольга зворотного боку використовується лише як нульовий шини (вона з'єднання єднана з «-» джерела живлення), у місцях пропуску провідників в ній витравлені гуртки діаметром 1,5 ... 2 мм.

Двоцокольні лічильник СБМ20 кріплять на друкованій платі жорсткими дужками (сталевий дріт діаметром 0,8 ... 0,9 мм). Їх надягають внатяг на висновки лічильника і впаивают в призначені для них відчини. Лічильник з м'яким якими висновками (інше оформлення лічильника СБМ20) кріплять за корпус охоплюють його тонкими дужками (монтажний провід діаметром 0,4 ... 0,6 мм), відчини для їх розпаювання - «а-б» і «у-р».

Трансформатор Т1 намотують на кільцевому сердечникові М3000НМ типорозміру К16х10х4,5 мм. Гострі ребра сердечника попередньо загладжують шкіркою і покривають весь сердечник електрично і механічно міцною ізоляцією, наприклад, обмотують лавсановою або фторопластовою стрічкою.

Першою намотують обмотку I, вона містить 420 витків Провід ПЕВ-2-0,07. Обмотку ведуть майже виток до витка, в одну сторону, залишаючи між її початком і кінцем проміжок в 1 ... 2 мм. Обмотку I також покривають ізоляцією. Далі намотують обмотку II-8 витків дроту діаметром 0,15 ... 0,2 мм в довільній ізоляції, і поверх неї - обмотку III - 3 витка тім же дротом. Ці обмотки також повинні бути розподілені по сердечникові можливо рівномірніше. Розташування обмоток і їх висновків має відповідати малюнку друкованої плати, а їх фазування - зазначеної на принциповій схемі (синфазні кінці обмоток позначені крапками).

Готовий трансформатор рекомендується покрити шаром гідроізоляції - обмотати, наприклад, вузькою смужкою липкою пластиковою стрічки. На плату трансформатор кріплять гвинтом МОЗ між двома еластичними, що не продавлювати обмоток, шайбами.

При складанні приладу рекомендується використовувати наступні типи конденсаторів: С1 - К73-9-630В, С2 - КД-26-500В, С8 і С9 - К10-17-26, С5 - К53-30 або К53-19; 7, 10 - К50-40 або К50-35.

При можливих замінах слід мати на увазі, що завищені витоку конденсаторів С1 і С2 (як і зворотний струм діодів VD1 і VD2) можуть різко збільшити енергоспоживання приладу. Воно може бути помітно збільшено і невдалим вибором конденсатора С5.

Резистори: R1 - КІМ-0,125 або СЗ-14-0,125, решта - МЛТ-0,125, С2-23-ОД25 або С2-33-ОД25.

В якості DD1 можна, звичайно, взяти мікросхему К561ЛА7. Діод КД510А - замінити будь-яким кремнієвим зі струмом в імпульсі не менше 0,5 А. Світлодіод годиться практично будь-який, критерій тут - достатня яскравість.

Пьезоізлучатель барабанного типу ЗП-1 може бути замінений випромінювачем з акустичним резонатором - ЗП-12 або П-22. Можливе застосування і інших пьезоізлучателей. Критерій тут - достатня гучність.

Повністю змонтовану друковану плату, пьезоізлучатель і вимикач встановлюють на передній панелі приладу, яку виготовляють з ударостійкого полістиролу товщиною 2,5 мм. Корпус приладу, що має форму відкритої коробки, виготовляють з полістиролу товщиною 1,5 ... 2 мм; по краю, з його внутрішньої сторони вибирають паз глибиною 2,5 мм для фіксації в ньому передній панелі приладу по всьому її периметру. Кришку скріплюють з передньою панеллю гвинтом М2, місце кріплення - приплив на відсіку живлення з запресовуються в ньому металевим вкладишем, які мають різьбу під гвинт М2. Оскільки джерело живлення в приладі міняють дуже рідко, зсувну кришку у відсіку живлення можна не робити.

Так як полістирол може цілком відчутно послабити іонізуюче випромінювання (дів. Додатки 6 і 7), в стінці корпусу, що примикає до лічильника Гейгера, роблять наскрізний виріз, який можна перекрити лише рідкісної гратами. Такими ж гратами перекривають і акустичні вирізи в передній панелі і на кришці приладу.

У «Сторожа-Р» можна використовувати не тільки лічильники Гейгера типу СБМ20. Годяться, без помітних змін споживчих властивостей і яких-небудь переробок приладу, лічильники типу СТС5, СБМ32 і СБМ32К.

Але існують лічильники Гейгера, здатні значно збільшити загальну і спектральну чутливість приладу. Наприклад, СБТ7, СБТ9, СБТ10А, СБТ11, СІ8Б, СІ13Б, СІ14Б. Всі вони мають тонкі слюдяні «вікна» і мають високу чутливість не тільки до гамма - і жорсткому бета-, але й до м'якого бета-випромінювання (а СБТ11 - і до альфа-випромінювання). Правда, їх конфігурація вимагає внесення істотних змін у конструкцію корпусу приладу, в загальну його компонування. Для деяких з них потрібно і корекція порогу тривожної сигналізації. Інформація по лічильниках Гейгера вітчизняного виробництва, які можуть бути використані в саморобних приладах радіаційного контролю, наведена у додатку 4.

Ніщо, крім зростаючих габаритів і вартості, не може перешкодити ставити в «Сторож-Р» і кілька лічильників Гейгера (їх вмикають паралельно) - для збільшення загальної та спектральної чутливості приладу.

Прилад не вимагає налагодження - правильно зібраний, він починає працювати відразу. Але є в ньому два резистора, номінали яких буде потрібно, можливо, уточнити. Це резистор R5, за допомогою якого частоту звукового генератора виводять на частоту механічного резонансу пьезоізлучателя (їх значне несовпадніе позначається на гучності клацання). І резистор R8, що визначає поріг тривожної сигналізації (поріг підвищується при збільшенні опору R8). Корекція порогу може знадобитися не тільки при використанні лічильника, істотно яка від СБМ20 радіаційної чутливістю, але й при перенастроюванні приладу для роботи в умовах підвищеного радіаційного фону, в умовах, наприклад, вже відбувся радіаційного забруднення місцевості.

«Сторож-Р» простий у використанні і не вимагає від власника якої-небудь спеціальної підготовки. Рідкісне потьохкування акустичних імпульсів, наступних один за одним без видимого порядку, відсутність тривожної сигналізації (спалахів світлодіода) говорять про те, що прилад перебуває в умовах природного радіаційного фону. Це фонове потьохкування майже не залежить від часу доби; сезону та місця розташування приладу, кілька вповільнюючись лише глибоко під землею і прискорюючись у високогір'ї.

Збільшення швидкості рахунку при переміщенні приладу, а тим більше поява тривожної сигналізації, з дуже високою ймовірністю означає, що прилад входити в поле джерела радіації штучного походження. Рефлекторне прагнення людини покинути це місце - абсолютно доречна тут реакція (видалення від джерела - найкращий вид радіаційного захисту, видалення джерела - найкраща дезактивація).

Але можна це зробити і трохи пізніше, попередньо встановивши місце розташування джерела, його зв'язок з тім чі іншім видимим предметом. Оскільки «Сторож-Р» має максимальну чутливість з боку свого «вікна» - вирізу в стінці корпусу, що примикає до лічильника Гейгера, ця процедура нагадує радіопеленгації. Направлення на джерело може бути встановлено і наближенням до нього: джерело знаходиться в напрямку, на якому швидкість рахунку зростає максимально швидко.

При пошуку джерел, що мають значно менші розміри, ніж сам лічильник Гейгера, рекомендується проводити сканування підозрілих місць: переміщати прилад, змінюючи напрямок його руху і орієнтацію. Таким чином положення невидимою пробачимо оком «гарячої» Частинки, наприклад, визначається з точністю до 2 ... 3 мм

Проте все це може здатися недостатнім. Хотілося б знаті - небезпечно виявлене чи ні. Внесемо ясність: на це питання не відповідають, не можуть відповісти і, можливо, не зможуть це зробити ніколи дозиметричні прилади будь-яких типів. Рецепту відділення «небезпечного» від «безпечного» в скільки-небудь складних випадках - а взаємини живого з радіоізотопами забруднень ставляться до найскладніших - може не бути взагалі, у всякому разі - простого рецепту, реалізацію якого можна було б передоручити приладу.

Але і це - якщо «безпечна» радіація існує хоча б у принципі. На жаль, в багаторічних пошуках вона так і не була виявлена. Можна було говорити лише про більшому або меншому її шкоду. І в цивілізованих країнах від ідеї існування подпороговой радіації - радіації, вплив якої абсолютно компенсувалося б якимись захисними механізмами організму, - відмовилися. Відмовилися давно, в США, наприклад, у 1946 році.

Мінімізація опромінення людини - етична норма у поводженні з джерелами іонізуючого випромінювання. До різніх відомчим нормам, які приймають в якості допустимих рівні, що значно перевищують природний радіаційний фон, слід ставитися як до спроб знайті баланс, зваживши на універсальних вагах господарника вартість захисних заходів - з одного боку - і втрати суспільства від радіаційного ураження - з іншого.

«Сторож-Р» відрізняється від більшості тепер вже численних різновидів побутових дозиметричних приладів насамперед тім, що практично повністю усуває небезпеку випадкового опромінення свого власника. Працюючи в безперервному режимі, майже не заважаючи іншим заняттям (будь-фон, як ознака стабільності ситуації, легко «йде» в підсвідомість людини), він миттєво звертає його увагу на скільки-небудь помітну зміну радіаційної обстановки (інша, настільки ж фундаментальна особливість нашого сприйняття навколишнього).

Особливо ефективний «Сторож-Р» у виявленні компактніх радіаційних утворень - початкової фазі майже будь-якого радіаційного забруднення. На жаль, у цій фазі свого існування (найбільш доступну, до речі, для дезактивації) вони потрапляють у поле зору служб радіаційного контролю лише як виняток: навіть найдосконаліша, але знаходиться на віддалі апаратура фізично не в змозі виявити такого роду джерела.

Поріг тривожної сигналізації в приладі виставлений так, щоб під ним виявився б природний радіаційний фон з майже всіма можливими його відхиленнями від середнього значення. Лише дуже небагато причини, не пов'язані з джерелами радіації штучного походження, можуть вивести «Сторож-Р» в режим тривожної сигналізації **.

Але «Сторож-Р» може бути корисний і в умовах вже відбувся радіаційного забруднення місцевості. Виявлення точкових джерел та високоактивних «плям» на новому, техногенного тлі може виявитися справою навіть більш актуальним: досвід показує, що радіаційні забруднення у таких місцях відрізняються надзвичайною нерівномірністю.

«Сторож-Р» - у багатьох своїх прототипах і модифікаціях випробовувався і знаходив застосування в самих різних регіонах нашої країни і за кордоном протягом останніх сорока років. З його допомогою легко виявлялися викинуті «світяться» елементи старих приладів і радіоактивні ампули пожежних датчиків, «гарячі» частинки Чорнобиля на предметах побуту і вже циркулюють у кроветока людини радіоактивні освіти, високоактивні мінерали і скам'янілості в музеях і колекціях і продукти харчування, минули потрійний ( як стверджувалося) казьонний контроль, «висвітлюють» перехожих прискорювачі НДІ і радіоактивна «бруд» в медичних установах. І багато, багато іншого ...

Але куди частіше «Сторож-Р» знімав необгрунтовані страхи і підозри - ті, що з часткою зневаги називають радіофобією, а насправді є нормальною реакцією людини на безособове, «середньостатистичне» до нього ставлення.

*) Або, що те ж, СБМ-20. У заводській маркуванні дефіс нерідко відсутня (це відноситься і до лічильників інших типів).

**) Середнє значення природного радіаційного фону на рівні моря близько до 15 мкР / рік. На висоті 1 км фон виростає приблизно вдвічі, на висоті 10 ... 12 км - в 10 ... 15 разів. На земній кулі є кілька місць з аномально високим рівнем природного радіаційного фону. У 2 ... 4 рази він завищений у деяких районах Франції, Бразилії, Індії, Єгипту і майже в 10 разів - на острові Ніуе в Тихому океані. Причина таких аномалій - особливості місцевих геологічних структур, їх радіонуклідної склад.

Список радіоелементів

Позначення Тип Номінал Кількість DD1 DD2 VT1 VD1, VD2, VD4 VD3 C1 C2 C3, C4 C5 C6 C7, C10 C8, C9 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9, R10 R11 R12 Т1 BD1 НА1 HL1 SA1
МікросхемаК176ЛА71
МікросхемаК176ЛП11
Біполярний транзисторКТ3117А1
ДіодКД102А3
ДіодКД510А1
Конденсатор2200 пФ 630 В1
Конденсатор2.2 пФ 500 В1
Конденсатор0.015 мкФ2
Електролітичний конденсатор3.3 мкФ 16 В1
Конденсатор0.33 мкФ1
Електролітичний конденсатор47 мкФ 16 В2
Конденсатор0.22 мкФ2
Резистор15 МОм1
Резистор75 кОм1
Резистор1 МОм1
Резистор620 кОм1
Резистор36 кОм1
Резистор130 кОм1
Резистор390 Ом1
Резистор150 кОм1
Резистор2 МОм2
Резистор390 кОм1
Резистор2.4 кОм1
Трансформатор1
Лічильник ГейгераСБМ201 СТС5, СБМ32, СБМ32К
ПьезоізлучательЗП-11 ЗП-12, ЗП-22
Світлодіод1
Вимикач1
Tags

Коментарі до новини