Простой и чувствительный детектор ионизирующего излучения (радиации)
или счетчик Гейгера из консервной банки

Оригинал статьи: www.techlib.com

Этот проект был начат как проект-самодельного  "Детектора ядерной войны". Идея заключалась в том, чтобы сделать устройство, которое бы мигало красным огоньком в случае ядерной атаки или интенсивного уровня радиации снаружи дома. Это бы выглядело наподобие датчика дождя, встроенного в зонтик, полностью функционального, но совершенно бесполезного. Чувствительность должна быть аналогична тем приборам радиационного контроля, которые вы часто видите на интернет-аукционе eBay, со шкалами от 0,5 до 500 рентген/ч. Если показания прибора приблизятся к этим значениям, у вас большие проблемы! Они, вероятно, должны калиброваться в "часах оставшейся жизни"! Я решил использовать в качестве датчика небольшую ионизационную камеру с усилителем тока, построенным на составном транзисторе (транзисторе Дарлингтона).

Но когда я соединил базу составного транзистора непосредственно с проводом датчика, ток коллектора практически отсуствовал. Я же ожидал увидеть некоторый ток утечки из-за "плавающей" базы и коэффициента усиления в десятки тысяч. Я не знаю, все ли составныеnpn-транзисторы так же хороши, как эти MPSW45A, но ток утечки был удивительно мал, а коэффициент усиления выглядел очень высоким, возможно 30 000, при токе базы в несколько десятков пикоампер. (Автор проверил коэффициент усиления с помощью тестового резистора с сопротивление 100 МОм, подключенного к источнику питания с регулируемым выходным напряжением).

Внезапно я увидел возможность как использовать эти обычные компоненты, чтобы сделать действительно чувствительный датчик. Я добавил другой транзистор как показано ниже:

Кому нужны резисторы смещения?! Я использовал жестяную банку диаметром 4 дюйма (примерно 10 см) с отверстием в днище для антенного провода и алюминиевой фольгой, закрывающей открытую часть. Я быстро понял, что резистор, подключенный к базе 2N4403(10 кОм) - хорошая идея, предотвращающая повреждения при коротком замыкании. Эффективность работы этой схемы была превосходной, она легко обнаруживала ториевую калильную сетку лампы Coleman! Так почему бы не добавить еще один составной транзистор? Это казалось смешным, но вот то, что я соорудил:

Я использовал напряжение питания 9 В, но рекомендовал бы использовать несколько более высокое напряжение для получения достаточного потенциала в ионизационной камере. Резисторы были добавлены для защиты от случайного короткого замыкания, которое может быстро вывести из строя транзистор или амперметр. При нормальной эксплуатации они мало влияют на функционирование схемы.

Эта схема действительно хорошо работает и после 5-10 минут, необходимых для стабилизации, она могла обнаруживать калильную сетку на расстоянии около десяти сантиметров. Но схема оказалась чувствительной к изменению температуры и показания амперметра возрастали при небольшом увеличении температуры в комнате. Поэтому я решил добавить температурную компенсацию, сконструировав идентичную схему, но без подключенного к базе транзистора провода датчика, и включив измерительный прибор между выходными точками обеих схем:

Это выглядит немного запутанным, но на самом деле достаточно легко осуществимо. Схема былы собрана в такой же жестяной банке, как и использованная в одном из вышеописанных проектов на полевых транзисторах (JFET), и все части схемы были закреплены на монтажной плате с 8 выводами. Внимательный читатель заметит, что я фактически применил резисторы сопротивлением 2,4 кОм и 5,6 кОм, но эти различия в номиналах не играют большой роли. Я также использовал блокировочный конденсатор, подключенный параллельно батарее, номиналом, например, 10 мкФ. Провод датчика непосредственно соединен с базой транзистора и проходит через отверстие, просверленное в днище жестяной банки. Схема довольно чувствительна к электрическим полям, поэтому хорошая идея - иметь оболочку схемы наподобие этой.

Дайте схеме "прогреться" несколько минут после подачи напряжения питания, после чего показания амперметра должны снизиться до весьма малых значений. Если показания амперметра отрицательные, переключите провод датчика к базе другого транзистора и поменяйте полярность подключения амперметра. Если на резисторах сопротивлением 2,2 кОм падает заметное напряжение, может быть до одного вольта, попробуйте очистить все растворителем и полностью высушить. Когда показания амперметра станут низкими и стабильными, поднесите радиоактивный источник, например, калильную сетку , к окошку, закрытому фольгой, и показания должны быстро возрасти. В качестве измерительного прибора можно применить цифровой вольтметр со шкалой до 1 В или амперметр со шкалой 100 мкА. Показанный ниже измерительный прибор уже имеет шкалу, отградуированую в единицах радиоактивности, и показания около 2,2 обусловлены воздействием калильной сетки .

Это - простой датчик, учитывая его чувствительность! Деятельный экспериментатор может попробовать другие транзисторы, скорее всего, составные, например, MPSA18, или даже операционный усилитель тока, управляемый напряжением, например, CA3080 с разомкнутой цепью обратной связью.