Народная дозиметрия. Бюджетный детектор радиации своими руками

Принцип работы счетчика Гейгера был предложен в 1908 году немецким физиком Гансом Гейгером. Счетчик стал дальнейшим развитием уже известной ионизационной камеры, представлявшей собой конденсатор, наполненный газом. Конденсатор использовался Пьером Кюри для изучения электрических свойств газов.

В 1925 году под началом Ханса Гейгера Вальтер Мюллер создаёт ещё несколько типов счётчиков с чувствительностью к каждому открытому на тот момент виду излучения, а именно для α-, β- и γ-излучения (нейтроны были открыты только в 1932 году).

Как показало время, надёжный, дешёвый и простой счетчик Гейгера-Мюллера остаётся одним из самых распространённых способов измерения уровня радиации как в быту, так и в промышленности.

Принцип работы основан на эффекте ударной ионизации газа в межэлектродном пространстве под действием радиоактивных частиц.

Трубка состоит из герметичного баллона из металла или стекла, наполненного инертным газом или газовой смесью. Внутри баллона имеются катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.

В исходном состоянии газовый промежуток между электродами имеет высокое сопротивление, и тока в цепи нет. Когда заряженная частица с высокой энергией сталкивается с элементами конструкции датчика (корпус, баллон, катод), она выбивает некоторое количество электронов, которые оказываются в промежутке между электродами. Под действием ускоряющего напряжения электроны устремляются к аноду. Процесс многократно повторяется, и количество электронов увеличивается, что приводит к разряду между катодом и анодом. В состоянии разряда промежуток в межэлектродном пространстве становится токопроводящим, что вызывает скачок тока в нагрузочном резисторе.

Иными словами, под действием ионизирующего излучения происходит пробой, приводящий к разряду между электродами. Интенсивность разрядов прямо пропорциональна интенсивности ионизирующего излучения.

// Подключаем необходимые библиотеки
#include <radSens1v2.h>  // Библиотека RadSens
#include <Wire.h>        // I2C-библиотека
#include <GyverOLED.h>   // Библиотека для OLED Gyver'а идеально подойдёт для понимания методики работы с OLED-экраном, к тому же тут сразу есть русский шрифт
#define buz 18   // Устанавливаем управляющий пин пьезоизлучателя. Если вы выбрали другой управляющий пин - замените значение

GyverOLED<SSD1306_128x64, OLED_NO_BUFFER> oled;   // Инициализируем OLED-экран
ClimateGuard_RadSens1v2 radSens(RS_DEFAULT_I2C_ADDRESS);   // Инициализируем RadSens

uint32_t timer_cnt; // Таймер опроса интенсивности излучения и импульсов для OLED-экрана
uint32_t timer_imp; // Таймер опроса импульсов для пьезоизлучателя
uint32_t timer_oled; // таймер обновления дисплея

float dynval;  // Переменная для динамического значения интенсивности
float statval; // Переменная для статического значения интенсивности
uint32_t impval;  // Переменная для кол-ва импульсов
uint32_t pulsesPrev;  // Переменная, содержащая кол-во импульсов за прошлый цикл

void setup() {
  pinMode(buz, OUTPUT);  // Инициализируем пьезоизлучатель как получатель данных
  ledcSetup(1, 500, 8); // Инициализируем ШИМ (только для ESP, для Arduino это необходимо стереть)
  ledcAttachPin(buz, 1); // Задаём пин вывода пьезоизлучателя для ШИМа (только для ESP, для Arduino это необходимо стереть)
  oled.init();           // Инициализируем OLED в коде
  oled.flipV(1);         // Я перевернул экран для удобства
  oled.flipH(1);         // Для нормального отображения после переворота нужно инвертировать текст по горизонтали
  oled.clear();
  oled.setScale(2);      // Устанавливаем размер шрифта
  radSens.radSens_init();
  oled.clear();
  radSens.setSensitivity(105);     // Задаем чувствительность трубки (если вы заменили СБМ-20 на другую - проверьте чувствительность в документации и измените значение в скобках)
  int16_t sensval = radSens.getSensitivity();
  oled.setCursor(10, 2);
  oled.print("Чувствит:");
  oled.setCursor(42, 4);
  oled.print(sensval);
  delay(4000);
  oled.clear();
  pulsesPrev = radSens.getNumberOfPulses(); //Обнуляем значение перед началом работы пьезоизлучателя для предотвращения длинных тресков
}

void beep(int deltime) {     // Функция, описывающая время и частоту пищания пьезоизлучателя
  ledcWriteTone(1, 500);  // Включаем на частоте 500 Гц
  delay(3);
  ledcWriteTone(1, 0);   // Выключаем
  delay(deltime);
}
/*
  void beep(int deltime){
    tone(buz, 500, deltime)
  }                                            та же функция для Arduino */

void loop() {

  if (millis() - timer_imp > 250) {  // Функция, создающая "треск" пьезоизлучателя
    timer_imp = millis();
    int pulses = radSens.getNumberOfPulses();
    if (pulses > pulsesPrev) {
      for (int i = 0; i < (pulses - pulsesPrev); i++) {
        beep(30);  // Вы можете изменить параметр, если хотите, чтобы интервал между тресками был больше или меньше
      }
      pulsesPrev = pulses;
    }
  }

  if (millis() - timer_cnt > 1000) {      // Записываем в объявленные глобальные переменные необходимые значения
    timer_cnt = millis();
    dynval = radSens.getRadIntensyDynamic(); 
    statval = radSens.getRadIntensyStatic();
    impval = radSens.getNumberOfPulses();
  }

  if (millis() - timer_oled > 1000) {  //Записываем переменные в строки и выводим их на OLED-экран
    timer_oled = millis();
    String dynint = "Дин: ";
    dynint += dynval;
    String statint = "Ст:  ";
    statint += statval;
    String nimp = "Имп: ";
    nimp += impval;
    oled.setCursor(0, 1);
    oled.print(dynint);
    oled.setCursor(0, 3);
    oled.print(statint);
    oled.setCursor(0, 5);
    oled.print(nimp);
  }
}

Команда инженеров передает приветы и благодарности соавтору и стажеру Илье Радченко за долгие часы возни с железкой и кодом, мастерской Барсуки с МЭЛЗ за стеклышки, а также магазину Duino.ru и лично @CyberBot ^[1] за любезно предоставленные компоненты.

Ну и конечно крепко обнимаем сообщество Хабра за уделенное время и интерес к электронике и DIY. Нас мало - держимся, надеваем тельняшки.