С давнишних времен в моих запасах лежала трубка Гейгера-Мюллера СТС-5 выпуска годов так 70-х. Точно помню, что снял ее с военного дозиметра ДП-5, того самого дозиметра «судного дня» с пределом измерения 200 Р/ч. В школьные годы я собрал на базе СТС-5 простой дозиметр с динамиком, который в нормальных условиях издавал мирное потрескивание. В годы студенчества я пересобрал дозиметр по более современной и компактной схеме с той же звуковой индикацией пролета высокоэнергетических частиц сквозь трубку.

Схема работала исправно, правда для питания требовалась Крона и корпус я так и не придумал. Оценку радиационного фона с его помощью можно выполнить весьма условно по темпу потрескивания динамика.

В связи с настройкой и запуском собственного виртуального сервера и блога в этом году появилась идея допилить дозиметр для передачи показаний на сервер и отображения их в онлайн режиме. Прежде всего рассмотрел вариант использования уже имеющейся платы дозиметра с источником высокого напряжения и звуковой цепью. И сразу же его отмёл из-за относительно высокого напряжения питания 9В и сложности в сопряжении цепей 9 вольт с 3,3 вольтовой ESP 8266.

Значит, собираем схему по-новой. Сказано — сделано! Готовой схемы под свои нужны, конечно же найти не удалось, поэтому получился гибрид, собранный по узлам из разных источников!

Узел генератора собран на популярной NE555, включенной по типовой схеме. Один из резисторов сделан подстроечным для регулирования частоты сигнала генератора. В качестве ключа выбран полевой транзистор 5N60C — зачем такой мощный с током 5А, спросите вы?? Это единственный высоковольтный транзистор с напряжением исток-сток, равным 600 В, который нашелся в моих запасах. Транзистор здесь не критичен, главное, чтобы был высоковольтным. Диод D1 и конденсатор C1 также должны быть высоковольтными, это обязательное условие.

Отдельно хочу сказать про цепь калибровки. Для трубки СТС-5 рабочее напряжение, соответствующее середине счетной характеристики, равное примерно 400 В. Важно правильно выставить это напряжение при наладке схемы. Но проблема в том, что высоковольтный генератор имеет малую мощность, а современные цифровые мультиметры имеют сравнительно низкое входное сопротивление, поэтому при прямом измерении напряжения мультиметром получим большую его просадку, что не позволит корректно настроить высоковольтную цепь. Я нашел решение вопроса калибровки напряжения в описании дозиметра Geiger-Counter-RadiationD-v1.1-CAJOE-. В схему высоковольтной цепи после диода D1 ставится резистор 10 МОм, а также калибровочный джампер JP1 с резистором на 50 МОм, к которому подключается мультиметр. Таким образом образуется делитель напряжения. Затем в зависимости от внутреннего сопротивления мультиметра по формуле определяется напряжение, которое он должен показывать при напряжении 400 В в высоковольтной цепи. Это напряжение и выставляем в мультиметре путем вращения подстроечного резистора R2.

Идем дальше. Да, я в курсе, что ESP 8266 питается от 3,3 В и по-хорошему его входные и выходные цепи нужно согласовывать с цепями другого напряжения. Но, я проверил свой экземпляр ESP, и он прекрасно работает при подаче входного сигнала напряжением 5В с транзистора Q2. Питание на ESP я подаю, конечно, 3,3 В как положено. Схему дозиметра оформил на монтажной плате, ESP 8266 развел на кусочке пластиковой карты. Схему запитал от старого блока питания телефона через разъем. Всю конструкцию поместил в корпус от старого роутера. Получилось так.

Принцип работы дозиметра основан на регистрации пролета высокоэнергетических частиц через трубку Гейгер-Мюллера. Пролет частицы сопровождается возникновением в трубке разряда, который преобразуется выходной цепью в короткий импульс, фиксируемый ESP. Алгоритм работы ESP прост — считаем количество импульсов за минуту, затем с помощью масштабного коэффициента преобразуем это число в дозу в мкР/ч (или мкЗв/ч).

Эталонного дозиметра у меня пока нет, поэтому для правильной настройки счетного алгоритма мне нужно было сравнивать свои показания с каким-либо достоверным измерением. На сайте местного Гидрометцентра (https://khabmeteo.ru/) я нашел ежедневную сводку по уровню радиации в Хабаровске (где я живу). Уровень радиации в черте города в среднем находится в пределах 0.1 — 0.13 мкЗв/ч, что соответствует естественному радиационному фону. Микрозиверты соотносятся с микрорентгенами по следующей формуле:

мкЗв = 0,008695652 × мкР.

Значит, 0.1 — 0.13 мкЗв/ч = 11.5 — 14.95 мкР/ч.

Для трубки СТС-5 наравне с другими распространенными трубками (например, СБМ-20) в сети я нашел много справочной информации тут и тут. В частности, средний коэффициент перевода количества отсчетов в минуту в мкР/ч составляет 0.57. Также важный фактор, который нужно учесть, это собственный фон трубки за единицу времени — для трубки СБМ-20 по справочным данным равен 0.1 имп/сек, для СТС-5 равен 0.45 имп/сек. Для своего расчета взял 8 имп/мин, что соответствует 0.13 имп/сек. Итого получаем следующую картину: при естественном радиационном фоне, которому соответствует около 30 имп в минуту уровень радиации составит:

Фон = (30 — 8) х 0.57 = 12.5 мкР/ч = 0.11 мкЗв/ч, что вполне соответствует данным Гидромета.

ESP выполняет расчет количества входящих импульсов за период 5 минут и расчитывает усредненное значение мкР/ч за этот период. Далее информация передается на мой VPS сервер по MQTT протоколу. На сервере скрипт Python в фоне записывает полученные данные с меткой времени в CSV файл, из которого путем использования библиотеки CanvasJS строится график за сутки и выдается на страничку Онлайн дозиметр. Формат графика пока такой, но хочу докрутить оси и сетку в более наглядный формат.

На сегодня все! Спасибо за внимание!