Индикатор с тревожной сигнализацией

В послечернобыльские времена были приняты разного рода «временно допустимые уровни» радиационных загрязнений. Их ионизирующее излучение, существенно превышающее естественный радиационный фон (ЕРФ), полагалось считать безопасным. Одним из самых «безопасных» был уровень 60 мкР/ч, превышавший ЕРФ примерно в 4—5 раз[XVIII].

He принимая в принципе норм казенной «безопасности», заметим, что пороговую оценку уровня радиационных излучений, позволяющую «привязать чувства к цифре» — к тем же 60 мкР/ч, — не помешало бы иметь и в радиационном индикаторе[XIX].

На рис. 25 приведена принципиальная схема радиационного индикатора, в дополнение к основной своей функции формирующего и тревожный световой сигнал в полях, превышающих 4—5 ЕРФ. Устройство повторяет описанный выше простой радиационный индикатор, отличаясь от него лишь схемой формирования тревожного сигнала.

Здесь элементы R8, С8, R9, RlO и С9 образуют интегрирующую цепочку, напряжение на выходе которой иС9(на конденсаторе С9 и

Рис. 25. Принципиальная схема индикатора с пороговой сигнализацией

соответственно на входе 6 микросхемы К176ЛП1[XX]) зависит лишь от средней частоты следования импульсов, поскольку каждый из них имеет неизменную амплитуду, близкую к питанию и длительность гимп = 0,7 • R4 • СЗ = 0,7 • IO6 0,01 • IO'6 = 7 мс. Если частота «вспышек» счетчика Гейгера превысит обычную фоновую в 4—5 раз, напряжение UC9 превысит напряжение отсечки входного транзистора в DD2 и работающий в режиме ключа выходной транзистор эгой микросхемы включит светодиод HLl.

Светодиод практически никогда не загорается в условиях естественного радиационного фона (вероятность появления нужной ДЛЯ этого частотной флуктуации фона практически равна нулю).

Рис. 27. Узел световой сигнализации на ОУ КР140УД1208
Почти все резисторы в индикаторе MJlT-0,125 (Rl — КИМ- 0 125). Конденсаторы: Cl — К73-9; С2 — КД-26; СЗ, С4, С6, С8, C9 - КМ-6 или KIO-17-26; С5 - К53-30; С7 - К50-35; ClO - Gloria (или любой другой габаритами 06 х 13 мм).

Трансформатор Tl не отличается от описанного на с. 50.

Редкие короткие вспышки светодиода означают, что прибор находится в поле ионизирующей радиации, уровень которой близок к 4—5 ЕРФ. Если вспышки и паузы примерно одинаковы, то это уже 8—10 ЕРФ. Почти сплошное свечение светодиода означает, что прибор находится в поле ионизирующей радиации, уровень которой превышает 50 ЕРФ. Хотя эти «измерения» и не заменяют настоящих, для грубой оценки радиационной ситуации они годятся.

Монтаж этого прибора никаких особенностей не имеет. Ho может оказаться проблемой приобретение микросхемы К176ЛП1. В таком случае узел световой сигнализации можно выполнить так, как показано на рис. 27. Здесь DAl — операционный усилитель К140УД1208; HLl — светодиод красного свечения и повышенной яркости (КИПМ01А, AJI307KM и т. п.); VT2 — любой кремниевый транзистор структуры р-п-р, с усилением по току Ii2t3 ^ 50.

а, р, у-индикатор

В радиационном индикаторе, принципиальная схема которого . показана на рис. 28, в качестве датчика ионизирующей радиации ! Используется счетчик Гейгера типа СБТ11 — один из лучших счетчиков отечественного производства.

Этот счетчик имеет тонкое (9...11 мкм) слюдяное окно значительной площади (5,6 см[XXI]) и поэтому обладает достаточно высокой чувствительностью не только к у- и жесткому р-излучению, но и к мягкому р- и даже к а-излучению1.

Об особой опасности а-нзлучения мы уже говорили (а-частица обладает чрезвычайно высокой ионизирующей способностью). Однако быстрое торможение а-частиц в средах (даже в воздухе) предъявляет к а-чувствителыюму счетчику Гейгера особое требование: он должен иметь очень тонкое, пробиваемое а-частицей «окно». Так, например, для регистрации излучения плутония-239:. самые энергичные a-частицы которого полностью поглощаются воздушной «подушкой» толщиной 3,5 см, не годятся счетчики со слюдяным окном толщиной 3,5/2200 gt; 16 мкм (слюда плотнее воздуха примерно в 2200 раз).

Из счетчиков Гейгера, выпускавшихся нашей промышленностью на протяжении многих лет (см. приложение 2), а-чувствите- льными могут быть признаны только СБТ11, СБТ7 и СБТ9. Ho счетчик СБТ7 уже давно, похоже, не производится, а площадь слюдяного окна в СБТ9 так мала (около 0,2 см2), что его чувствительность к a-излучению оказывается очень небольшой (по сравнению с СБТ11 меньше примерно в 30 раз). Правда, судя по литературе [14], наша промышленность приступила к выпуску новых a-чувствительных счетчиков (см. табл. П2.6 в приложении 2), но будут ли они доступны на самом деле?

Другой, тоже очень важной характеристикой радиационного индикатора является его способность работать без смены источника питания настолько долго, насколько это может потребоваться. Так как основным энергопотребителем во всех здесь описанных приборах является блокинг-генератор, преобразующий напряжение батареи в нужное счетчикам Teiirepa высокое напряжение[XXII], оцепим КПД этого преобразователя.

Примем длительность импульса тока, возникающего в счетчике при его возбуждении ионизирующей частицей, равной t„M„lt;0,25 мс, его амплитуду — Iiims1 s IWRmjip = 100/15 • IO6 = = 1 мкА (при Uin,,, gt; 100 В сметчик гаснет, Rimrp= 15 • IO6 МОм — обычная нагрузка в описанных здесь приборах) и оценим импульсное энергопотребление счетчика Гейгера:

Р„«п = I,.,,,Ull4in = 7- IO-6- 100 = 7-10'4 Вт.

Примем фоновую скорость счета Ыф = 0,3 имп/с и оценим энергопотребление счетчика в фоновых полях:

Pcp lt; Р„м„ U,/ N-ф = 7-10'4- 0,25 • IO-3 / 0,3 = 6 • IO'7 Вт.

Поскольку энергопотребление самого блокпнг-генератора Pnmp = Umi7Inoip = 9 • 0,2 • I О'3 = 1,8 • I О"3 Вт, то КПД такого преобразователя г| = Рср/Рпотр = б • 10"7/1,8 • IO"3 = 3 • I О"4, то есть г| = 0,03%! А это значит, что КПД преобразователя наверняка может быть повышен.

Несложно заметить, что основным энергопотребляющим элементом в преобразователе, основой которого является классический бло- кинг-генератор, является времязадаюший резистор. Ho пауза между импульсами в блокинг-генераторе может быть сформирована и без столь значительных энергозатрат. Так, как сделано в этом приборе.

Заметим, что здесь U2 Ш)2 е [U0] и ток в резисторе R9 отсутствует на протяжении почти всей паузы t„ay3 =RIl ¦ С.8 = 10- IO6 • • 0,068 • I О"6 = 0,7 с.

Однако столь редкая подпитка конденсатора С2 может оказаться недостаточной: появление источника радиации высокой активности может «посадить» UC2 и снизить напряжение питания счетчика Гейгера до недопустимого уровня.

Чтобы этого не случилось, введена цепь формирования блокинг- генератором внеочередного импульса подпитки конденсатора С2. При возбуждении счетчика Гейгера ионизирующей частицей на выходе DDl.2 возникает напряжение из [U0] и на входе 3 DD3.1 создаются условия для внеочередного возбуждения блокинг-генератора.

Такой способ формирования паузы позволил снизить ток, потребляемый радиационным индикатором в фоновых полях, до 20 мкА и соответственно увеличил продолжительность непрерывной работы прибора без смены источника питания до 3—4-х лет[XXIII].

Рис. 29. Печатная плата индикатора

Печатную плату индикатора изготавливают из двустороннего фольгированого стеклотекстолита, используя описанные выше приемы. Разводка проводников на одной ее стороне показана на рис. 29, а, размещение деталей на другой — рис. 29, б.

Почти все резисторы в приборе MJlT-0,125 (Rl и RH — КИМ- 0,125). Конденсаторы: Cl — КД-26; С2 — К73-9; СЗ, С4, С6, ClO, CU - КМ-6 или К10-17-26; Cl - К53-30; С5, С9 - К50-35 или К50-40.

Трансформатор Tl наматывают на магнитопроводе, составленном из двух склеенных стопкой колец М3000НМ типоразме-

Рис. 30. Цоколевка              Рнс.              31.              «Врезка»              счегчнка

счетчика С Bi' 11              СЫН в корпус прибора

pa Kl 2 х 8x3 мм (то есть общая его высота 6 мм). Магнито- 11ропод подготавливают к намотке так, как описано на с. 50. Первой наматывают обмотку I, она содержит 420 витков провода Г1ЭВ-2-0,07. Намотку вед\т почти виток к витку, в одну сторону, оставляя между сс начатом и конном промежуток примерно в I мм. Обмотку I покрывают слоем изоляции и по ней наматывают обмотку И — 8 витков провода диаметром 0,15...0,2 мм в произвольной изоляции и обмотку IlI — 3 витка тем же проводом. Обмотки Il и IlI должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее и с учетом рисунка печатной платы. Фазировка обмоток должна соответствовать указанной на принципиальной схеме: синфазные выводы обмоток (входящие в отверстие ферритового кольца с одно!! стороны) обозначены точками.

Изготовленный трансформатор обматывают узкой полоской липкой изоленты ПВХ и крепят на плате винтом М3 между двумя эластичными шайбами гак, как эго показано на рис. 16.

Счетчик СБТ! I состоит из четырех секций, его цоколевка приведена на рис. 30 (аноды двух секций объединены в самом счетчике и имеют обший вывод). При низких скоростях счета (до 1000 • Ыф) все секции этого счетчика обычно включают параллельно.

Корпус прибора может быть выполнен по-разному. Ho в стенке, примыкающей к слюдяному окну счетчика, нужно сделать вырез так, чтобы минимизировать воздушную «подушку» между слюдой и поверхностью, подозрительной на a-излучение. Так, например, как это показано на рис. 31. Во избежание возможного повреждения слюды при хранении прибора окно перекрывают сдвижной или откидывающейся шторкой.