Счетчик Гейгера-Мюллера

1 мая 20231 мая 2023

7 мин

ВВЕДЕНИЕ

Радиация, пожалуй, одно из самых интересных явлений в физике. Её интерес состоит в том, что у нее нет ни запаха, ни вкуса, ее даже нельзя ощущать!
Я заинтересовался данной темой, т. к. хотел проверить предметы старины на наличие радиоактивности.
Моя статья поможет разобраться в истории обнаружения радиации и ее свойствах, из чего и как собрать дозиметр Гейгера-М
ИСТОРИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОСВОЕНИЯ
В 1895г. Анри Беккерель, изучая уран, обнаружил, что последний испускает из себя излечение, которое впоследствии стало называться радиацией. Одними из первооткрывателей также стали супруги Мария и Пьер Кюри. Мария Кюри изучала горные породы на предмет излечения и заметила, что урановая руда обладает большей радиоактивностью, чем другие породы. В июле 1898 года они обнаружили доселе неизвестный науке элемент, входивший в состав урановой руды, получивший название в честь родины Марии- Полоний.
Они проделали колоссальный труд, для получение еще более радиоактивного вещества- радия. Радий в миллион раз больше радиоактивнее урана, его излучение на столько велико, что он немного светится голубым. В 1903 году они получили Нобелевскую премию по физике вместе с Беккерелем.
В 1906 году Пьер трагически погиб от несчастного случая, но Мария продолжила их труды и в 1911 году получила Нобелевскую премию по химии.
С конца 19 века и до трети 20 века произошел «Радиоактивный бум». Радий стали применять в медицине. Мария Кюри опубликовала исследования, в котором говорилось, что радий можно использовать в качестве лекарства от рака кожи, т.к. он убивает заразные раковые клетки быстрее живых.
Однако некоторые шарлатаны ради обогащения продавали под видом лекарственных средств воду с радием, шоколадные батончики и мыло. На одной из фабрик в Штате Нью Джерси, где изготавливали часы, на стрелки которых наносили радий, девушки, наносившие радиевую пыль кисточкой, смачивали ее слюной для более аккуратного использования. Это привело к серьезным отравлениям и раку челюсти, а впоследствии и к смерти.
Как же все-таки понять, насколько радиоактивно вещество? Этим вопросом занимался немецкий физик Ханс Вильгельм Гейгер. В 1908 году он собрал самый простой его вариант, который в ходе работы с Гейгером улучшил его коллега- Вальтер Мюллер, он смог добиться регистрации альфа, бета и гамма-излучения, из-за чего устройство чаще называется счетчиком Гейгера-Мюллера.
ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ?
Радиация- это совокупность излучений, способных ионизировать вещество, тем самым вызывая в нем спонтанный распад атомов. Радиация может разрушать клетки или изменять их. При большом числе мертвых клеток могут отказать жизненно важные органы, что приводит к смерти организма, а при изменении ДНК может возникнуть мутация, которая может привести к онкологии.
Радиация измеряется в трех разных единицах- Зиверт, Грей и Беккерель. Зиверты- обозначают количество энергии, поглощенное килограммом биологической ткани. Грей обозначает количество энергии, выделяющееся в веществе при воздействии излучения. Беккерель означает число атомов, распадающихся за секунду.юллера.

ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ
Большую часть радиации человек получает от естественного фона и от радона и торона (радон 220). Естественный фон- это излучения от всех вещей окружающих нас, т. к. все вещества на Земле были подвержены космической радиации Солнца и радиации полученной вследствие распада урана. Радоном люди облучается из-за того, что здания могут задерживать его или сам строительный материал может содержать радионуклиды, которые увеличивают радиационное воздействие, получаемое человеком. Менее существенно на людей влияет их собственный фон, вызываемый распадом изотопов калия-40 и углерода-14, а также облучение в медицинских целях, например при рентгене.

КАК РАБОТАЕТ СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА?
Концепция счетчика Гейгера проста, если по-простому это конденсатор, внутри которого находится инертный газ (неон, аргон, и т.д.). Когда в трубку попадает частица, газ ионизируется и образуется ток.

ВИДЫ СЧЕТЧИКОВ ГЕЙГЕРА
1. Трубовидный (Классический): это стеклянная или сделанная из гофрированного металла трубка, в которой натянута проволока и внутри трубки находятся инертные газы. Способен обнаруживать бета и гамма-излучения.
2 Плоский: за счет своей формы лучше улавливает частицы. В зависимости от используемых материалов датчик способен обнаруживать мягкие бета частицы либо, альфа-частицы, либо имеет повышенную чувствительность к другим излучениям.
КАК СДЕЛАТЬ БЮДЖЕТНЫЙ СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА?

Для изготовления счетчика Гейгера-Мюллера нам требуется: трубка Гейгера, преобразователь напряжения, контроллер, который сможет засекать и выводить информацию о количестве частиц, пролетевших сквозь трубку. Для более удобного вывода информации можно использовать экран и пьезоэлемент (подает сигнал, при пролете частицы в трубке).
У нас есть два варианта на выбор трубки Гейгера-это классический и плоский вариант. Плоский вариант более чувствителен, но он стоит в несколько раз дороже, чем классический вариант, поэтому я выбираю трубовидную версию датчика.
Далее, нам надо выбрать преобразователь. Есть дешевый вариант с Aliexpress за 1099, но там нет удобных выводов + надо дополнительно обрабатывать информацию с него микроконтроллером. Есть вариант сразу готового преобразователя с магазина amperkot.ru, (ссылки на все компоненты в списке литературы) в это преобразователь удобно подключать трубку и он сразу выводит информацию в контроллер.
Также у нас есть два варианта выбора контроллера- Arduino Uno и Arduino Nano. Arduino Nano- маленький и компактный вариант Arduino Uno. Arduino Nano стоит на Aliexpress около 200 рублей, а Uno около 250. Однако я выбрал Uno, потому что у меня он был в наличии.
Из дополнительных деталей можно купить экран, он на Aliexpress стоит около 130 рублей с удобным переходником, а также пьезоэлемент, для звукового вывода сигнала, он стоит около 40 рублей.
Для соединения всех компонентов потребуются провода и паяльник. Комплект проводов на Aliexpress стоит около 60 рублей. Паяльник и припой в цену не беру, т. к. их можно взять у знакомых.

Чтобы устройство заработало нужно установить в него библиотеку Radsens с помощью Arduino IDE (ссылка в списке литературы).

В вкладке «Скетч» выбираем «подключить библиотеку», «управлять библиотеками» и вводим в строке поиска Radsens.Устанавливаем версию 1.0.3.
Далее нам надо открыть и загрузить в контроллер скетч, для этого нужно:

Выбрать вкладку «Файл», «Открыть» и спускаясь по папкам открываем файл I2C_rad_test Чтобы загрузить код в контроллер нам надо выбрать порт и плату (Arduino Uno или Nano)
Далее нажимаем на кнопку «Загрузка».

Чтобы выводить информацию сразу на экран компьютера нам нужно выбрать вкладку «Монитор порта»