ПРОДУКТОВЫЙ ДОЗИМЕТР (Часть 2)

Ю. ВИНОГРАДОВ, г. Москва

Счетный блок смонтирован на плате, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм (рис. 3). Фольгу со стороны деталей сохраняют почти полностью и используют в основном в качестве общего провода. Для пропуска деталей она имеет выборки - кружки диаметром 1,5...2 мм (на рисунке не показаны). Места соединения с общим проводом "заземляемых" выводов конденсаторов, резисторов и других элементов обозначены сплошными зачерненными квадратами. Зачерненными квадратами со светлой точкой в центре показаны соединения с общим проводом тех или иных фрагментов монтажа, а также выводов 7 микросхем DD1-DD6, DD8-DD10 и вывода 8 микросхемы DD7. Под индикатором сплошной слой фольги удален, и такими квадратами обозначены контактные площадки и отверстия для перехода со слоя на слой. В эти отверстия следует впаять отрезки луженого провода.

Правильное положение табло индикатора устанавливают до его монтажа. Для этого, взяв табло за подложку и прикасаясь жалом паяльника к тому или иному его выводу, "поджигают" соответствующий сегмент индикатора.

Плата измерительной головки показана на рис. 4, фольга под деталями также сохранена почти полностью.

Счетчик Гейгера СБТ10 (СБТ10А) имеет десять отдельных анодов, их выводы (1 - 10) соединяют друг с другом пайкой. Соединение катода счетчика (выв. 11) с фольгой общего провода также должно быть паяным.

В дозиметре применены резисторы КИМ-0,125 (R2, R15) и МЛТ-0,125 (остальные). Конденсаторы С4, С5 - оксидные импортные (06х13 мм), С6 - К53-30, С8 - К73-9, С9 - КД-2, остальные - КМ-6, К10-176 и т. п. Светодиод HL1 - любой, лучше красного свечения.

В трансформаторе Т1 использован кольцевой магнитопровод размерами 16х10х4,5 мм из феррита М3000НМ. Острые кромки кольца следует снять наждачной бумагой, а затем обмотать его тонкой тефлоновой или лавсановой лентой. Первой наматывают обмотку L3, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут почти виток к витку. Между ее началом и концом оставляют промежуток 1 ...1,5 мм. Саму обмотку L3 покрывают слоем изоляции, и поверх нее с большим шагом наматывают обмотку L1 (шесть витков провода ПЭВШО 0,15). Затем уже на этой обмотке располагают обмотку L2 (два витка того же провода). Обмотки нужно расположить по кольцу возможно равномернее и так, чтобы их выводы оказались возможно ближе к соответствующим монтажным контактам платы.

Во избежание повреждения трансформатора его крепят на плате между двумя эластичными шайбами.

При распайке обмоток важно не ошибиться в их фазировке (точками на рис. 2 отмечены концы обмоток, входящие в отверстие магнитопровода с одной стороны). Ошибка в фазировке нарушит работу преобразователя.

Плату счетного блока устанавливают на лицевую панель, изготовленную из ударопрочного полистирола размерами 122х92х2,5 мм. На нее наклеивают полистироловый уголок размерами 55х29х17 мм, образующий отсек для батареи "Корунд*. К уголку приклеивают полистироловые рейки, образующие пазы, в которые будет введена плата счетного блока. К лицевой панели приклеивают вертикальную стойку высотой 14 мм, имеющую резьбу под винт М2. Этим винтом через отверстие диаметром 2,1 мм (см. рис. 3) плата крепится к лицевой панели. В удобном месте на панели монтируют выключатель питания ПД9-1 (на рис. 1 не показан). В соответствующих местах панели сверлят отверстия под кнопку SB1 и светодиод HL1. Под пьезоизлучатель вырезают отверстие диаметром 30 мм, на которое сверху наклеивают декоративную решетку. Общий вид смонтированной на лицевой панели платы показан на рис. 5.

bel-5o1.gif

В качестве корпуса счетного блока можно использовать пластмассовую коробку подходящих размеров (например, из-под шашек размерами 125х95х23 мм). Предварительно внутри нее вырезают паз глубиной 2,5 мм, в котором и будет фиксироваться лицевая панель.

Измерительную головку монтируют в корпусе с внутренней перегородкой, который изготавливают из листового ударопрочного полистирола толщиной 2 мм. Его размеры в плане - 94х73 мм, высота - 60 мм. Счетчик крепят на перегородке так, чтобы его слюдяное "окно" было направлено на кювету с исследуемым продуктом. На этой же перегородке крепят и плату преобразователя. Глубина измерительной кюветы должна быть не меньше 25 мм, ее размеры в плане - 94х73 мм. Кювету склеивают из того же листового полистирола.

В описанном здесь дозиметре использован метод измерения в "толстом слое", когда излучение нижних слоев продукта, находящегося в кювете, значительно ослабляется или полностью поглощается верхними слоями и практически не влияет на показания счетчика Гейгера. Метод "толстого слоя', позволяющий оценить радиационное загрязнение продукта в Бк/кг без его взвешивания, широко используется службами дозиметрического контроля.

Поверхность продукта, заполняющего кювету, должна находиться максимально близко к слюдяному "окну" счетчика (в авторском варианте дозиметра это расстояние равно 5 мм). Поскольку взаимное расположение контролируемого образца и счетчика влияет на результат измерения, конструкция измерительной головки должна предусматривать четкую ее фиксацию на кювете.

Налаживание дозиметра сводится к установке напряжения на выходе стабилизатора в пределах 6,3...6,7 В. Оно зависит от отношения R11/R10 и уточняется подбором одного из этих резисторов.

При желании блоки дозиметра можно проверить и порознь. Если вход счетного блока (выв. 13 DD9.1) соединить с выв. 4 счетчика DD7 и нажать на кнопку SB1, то через 31 мин 39 с на табло должны высветиться цифры 1899 - число секунд в интервале измерения. Время измерения можно значительно сократить, но лишь при проверке счетного блока. Если вход (выв. 9) инвертора DD10.2 подключить к выходу 4 (выв. 5) счетчика DD6, то оно будет равно 3 мин 39 с, а при включении между ними конъюнктора (диодно-резисторной схемы "И") можно выставить с точностью до минуты любой интервал измерения в пределах от 39 с до 62 мин 39 с.

Так, например, длительность измерения при использовании конъюнктора, показанного на рис. 6, будет равна 55 мин 39 с. На печатной плате (рис. 3) предусмотрено место для установки резистора и диодов конъюнктора.

bel-5o3.gif
Puc.6

Для автономной проверки измерительной головки потребуется осциллограф, работающий в ждущем режиме (развертка 5...10 мс). Его вход подключают к выходу головки, и если она исправна, на экране осциллографа возникают импульсы положительной полярности длительностью -0,35 мс с амплитудой, равной напряжению питания, следующие без видимого порядка со средней частотой 1...2 Гц. При наличии статического вольтметра со шкалой 1 кВ (например, С50) можно проверить напряжение питания счетчика Гейгера (на конденсаторе С8). Оно должно быть в пределах 360...430 В.

Изготовленный дозиметр нужно прокалибровать. Как это можно сделать без посторонней помощи?

Прежде всего определим уровень естественного радиационного фона. Для этого измерительную головку поставим на пустую или наполненную водой кювету и выполним одно за другим не менее 10 измерений. После этого вычислим среднее значение полученных величин - Nф - число, соответствующее уровню естественного радиационного фона, а по отклонениям каждого измерения от Nф - среднюю квадратичную ошибку - ДNф [1] - неточность определения Nф, первопричиной которой является краткость замера. В прямом эксперименте было получено Nф=3500, dNф=60.

Для оценки радиационной чувствительности прибора потребуется образцовый источник радиации. В этом качестве используют вещества, содержащие калий. Дело в том, что природная смесь изотопов калия содержит и калий-40 (0,0118 %) - P.Y-излучающий радиоизотоп с периодом полураспада свыше миллиарда лет. Его высокая и стабильная активность, отнесенная ко всей массе калия, составляет 29600 Бк/кг [2]. Именно это обстоятельство и позволяет использовать химическое соединение с известным и достаточно большим "долевым" содержанием калия в качестве тест-объекта при калибровке такого рода дозиметрических приборов. Вот некоторые из таких соединений KCI - хлористый калий, его активность Скci=15700 Бк/кг; KBr - бромистый калий, Сквг=9700 Бк/кг; К2СО3 - углекислый калий

bel-5o2.gif

(поташ), Ск2cо3=16800 Бк/кг (все вещества - без кристаллизационной и адсорбированной воды; при каких-либо сомнениях на этот счет вещество прокаливают или сушат).

Заполним измерительную кювету до краев образцовым излучателем, например, бромистым калием, и выполним ряд измерений. После усреднения результатов и вычисления ошибки будем иметь:

Nкв+/-ДNквг. В прямом эксперименте было

получено Nквr=31570, ДNквr=120. Определим радиационную чувствительность прибора: К=Сквг/(Nкв-Nф) = 9700/(31570-3500)=0,35 Бк/кг и оценим в Бк/кг неточность измерения активности слабых излучателей: К*ДNф=0,35-60=20 Бк/кг.

Таким образом, зафиксировав Nпрод - показание дозиметра, в кювете которого находится исследуемый продукт, и Nф - уровень фона "на сегодня", и вычислив их разность, например, Nпрод-Nф=1000, мы установим, что расчетное радиационное загрязнение продукта составляет К(Nпрод-Nф)=0,35 -1000=350 Бк/кг, а действительное отличается от расчетного не более чем на K•2ДNф=±40 Бк/кг.

Для бытового продуктового дозиметра такая точность вполне достаточна. Но ее можно и увеличить. Например, за счет продолжительности измерения (правда, растет она довольно медленно: при увеличении экспозиции в п раз точность увеличивается лишь в корень из n). Точность измерений увеличится, если проводить их в условиях пониженного радиационного фона, например, под землей на глубине 30...40 м (в метро). Можно понизить радиационный фон лишь в объеме измерительной головки, поместив ее, например, в толстостенный (>3 см) свинцовый контейнер. Подземелье и свинец должны быть, конечно, радиационно чистыми. Таким образом точность измерений может быть увеличена в несколько раз.

И в заключение - о естественной (!) радиоактивности продуктов. Ее первопричиной является все тот же калий, содержащийся почти в каждом из них [З]. В таблице приведена

Пищевые продукты

Естественная (по калию-40)удельная радиоактивность, Бк/кг

Хлеб

20...60

Картофель

170

Капуста белокачанная

140

Помидоры

70...90

Лук

40...50

Чеснок

70...80

Пшено, рис, гречка

60...70

Чечевица

200

Горох

240...260

Фасоль, бобы

310...330

мясо

60...130

Рыба

50...100

Гуси, куры, утки

50...70

Масло рафинированное подсолнечное

190

хлопковое

330

соевое

480

Масло сливочное

30

Сметана,сливки

30...40

Молоко, кефир, творог, сыр

30..60

Молоко сухое

300

Яйца куриные

35...45

Чай

730...770

Какао-порошок

700...1000

Орехи

200...400

Курага

500

Изюм

230...260

Сухофрукты

170...560

Яблоки,ягоды

20...110


естественная (по калию - 40) удельная радиоактивность ряда пищевых продуктов [2]. Ее необходимо вычитать из показаний дозиметра.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бронштейн И. Н. и Семендяев К. А. Справочник по математике. - М.: ГИТТЛ, 1953, с. 567.
2. Моисеев А. А., Иванов В. И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 69.
3. Эвеиштейн З. М. Популярная диетология. - М.: Экономика, 1990.

Радио 5/2000, с.40-42.