Предлагаемый индикатор предназначен, в первую очередь, для демонстрации экспериментов по физике при изучении темы «Строение атома», а также для использования на занятиях кружка занимательной науки.
Существуют довольно много различных индикаторов радиоактивного излучения, например, [1—3]. Выбор схемы предлагаемого индикатора обусловлен, в первую очередь, нежеланием самостоятельно изготавливать трансформатор и использовать дефицитные детали, а также желанием получить возможно более простой прибор, но с громкой звуковой индикацией попадания частицы излучения в счётчик. Так как индикатор предполагается использовать в первую очередь для демонстрации экспериментов в физическом кабинете, принято решение отказаться от батарейного питания в пользу сетевого.
Схема предлагаемого индикатора изображена на рис. 1. Высокое напряжение, необходимое для работы счётчика Гейгера BD1, получено из сетевого напряжения 220 В с помощью выпрямителя с удвоением напряжения, собранного на диодах VD1, VD2 и конденсаторах С1— СЗ. Выпрямленное напряжение на обкладках конденсатора С3 — около 580 В. Делитель напряжения на резисторах R2 и R3 уменьшает его до 350 В, необходимых для питания счётчика.
Рис. 1
Формируемые счётчиком импульсы поступают через согласующий трансформатор Т1 на вход усилителя звуковой частоты на транзисторах VT1 и VT2, собранного по общеизвестной схеме (см., например, [4]). Громкоговоритель ВА1 — 0,25ГД-10 с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом или подобный маломощный.
Рис. 2
Детали прибора размещены в основном на двух односторонних печатных платах из фольгированного стеклотекстолита, изготовленных методом вырезания изолирующих зазоров между участками фольги. На плате, эскиз которой показан на рис. 2, размещены детали высоковольтного выпрямителя. На плате, изображённой на рис. 3, собран усилитель звуковой частоты.
В качестве согласующего трансформатора Т1 применён готовый маломощный сетевой понижающий трансформатор с вторичным напряжением 6 В. Трансформатор Т2 взят из блока питания калькулятора БЗ-24 с выходным напряжением 4,5 В.
Рис. 3
Диоды КД105Г можно заменить другими выпрямительными диодами с максимальным обратным напряжением не менее 600 В. Вместо диодов Д226Б в данном случае допускается применитьлюбые кремниевые диоды общего назначения.
Транзисторы VТ1 и VT2 — любые из серий МП39—МП42. Пригодны также транзисторы структуры n-p-n серий МП35—МП38, КТ315, но в этом случае необходимо изменить на обратную полярность питания усилителя, а также полярность включения оксидных конденсаторов С4, С5, С7.
Резисторы R1, R4-R7 — МЛТ; 132 и RЗ — КЭВ-0,5. Конденсаторы С1, С2, С6 — К73-17; СЗ — К73-11; С4, С5, С7 — оксидные импортные.
Счётчики СИ-22Г использовались в школьных демонстрационных индикаторах радиоактивности. Вместо этого счётчика допустимо применить СТС-5 или СБМ-20.
Выключатель SА1 — любого типа, рассчитанный на рабочее напряжение 250 В.
Налаживание устройства сводится к подборке резисторов R5 и R7 такими, чтобы ток коллектора транзисторов VТ1 и VТ2 был приблизительно 0,5 мА. При правильно налаженном усилителе индикатор начинает работать сразу. Редкие периодические щелчки свидетельствуют о том, что прибор фиксирует естественный радиационный фон, источник которого — космические лучи и распад радиоактивных элементов, которые всегда в небольших количествах содержатся в окружающей среде.
Применённый счётчик СИ-22Г реагирует на гамма- и жёсткое бета-излучение. Но альфа-распад будет обнаружен, так как за редким исключением он сопровождается бета- и гамма-излучением. Такой счётчик позволяет легко установить, содержит ли исследуемый образец радиоактивные элементы. Если поднести к индикатору образец вещества, содержащего такие примеси, то частота щелчков увеличится. По ней можно ориентировочно оценить активность источника ионизирующего излучения.
Помещая между источником излучения и индикатором преграды из различного материала, можно оценить степень поглощения излучения этими материалами. Например, слой дерева толщиной несколько сантиметров заметного снижения частоты щелчков не даёт, а слой свинца толщиной 20 мм поглощает около половины гамма-квантов.
Для экспериментов с индикатором необходим источник ионизирующего излучения. Из доступных источников легче всего найти соединения калия. Поскольку в природном калии есть примесь (около 0,01 %) радиоактивного калия-40, то сам металл и его соединения (например, хлорид калия) имеют заметную бета-радиоактивность, существенно превышающую естественный фон. Можно также экспериментировать с различными образцами горных пород. Обычно примеси урана и тория имеются в граните.
В воздухе всегда присутствует небольшое количество радиоактивного газа радона — продукта распада урана и тория. Продукты распада радона оседают на пылинках, которые можно попытаться собрать на какой-нибудь механический фильтр. Около такого фильтра индикатор должен показать повышение уровня радиации. Механическим фильтром может служить слой ваты толщиной около 1 см, обёрнутый тканью. Фильтр надевают на всасывающее отверстие пылесоса и прогоняют через него воздух в течение 15…20 мин. После этого радиоактивность фильтра возрастёт в 2—3 раза по сравнению с естественным фоном. Опыт следует проводить в плохо проветриваемом помещении (подвал, ванная комната), как известно, радон скапливается в таких помещениях. Надо заметить, что опыт совершенно безопасен, поскольку активность полученного источника невелика и через 30…45 мин возвращается к фоновому значению.
Не стоит забывать, что некоторые детали индикатора находятся под высоким напряжением. Поэтому любое нарушение правил электробезопасности при работе с ним недопустимо.
ЛИТЕРАТУРА
- Даниленко В., Кочетов Н. В лучах Беккереля. — Моделист-конструктор. 1994, №5, с. 14-16; №6, с. 28-30.
- Клементьев С. Самодельный радиометр. — Юный техник, 1956, № 1, с. 64, 65.
- Поляков В. Индикатор радиоактивности. — Юный техник, 2011. № 7, с. 74—78.
- Борисов В. Г. Юный радиолюбитель. Изд. 8-е. — М.: Радио и связь, 1992, с. 170— 172.
Автор: Д. ЛЕКОМЦЕВ, г. Орёл
Источник: Радио №1, 2015
