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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Dosimètre de produit. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Dosimètres Les dosimètres domestiques ordinaires enregistrent de manière fiable le rayonnement de fond et le rayonnement ionisant des macro-objets (par exemple, les murs). Cependant, ils ne conviennent pas aux tests alimentaires, qui restent pertinents dans un certain nombre de régions du pays. La conception du dosimètre proposé à l'attention des lecteurs permet de résoudre dans une certaine mesure ce problème. Portez une attention particulière à l'étalonnage de l'instrument. Sans étalonnage fiable, un tel appareil peut être considéré comme un indicateur dont les lectures serviront de base à d'autres actions: n'achetez pas le produit, prenez le risque d'acheter, vérifiez SES.
Récemment, l'auteur de l'article s'est rendu au service d'hygiène radiologique de l'un des SES de district à Moscou, où une conversation comme celle-ci a eu lieu : - Puis-je tester une canette de café instantané pour la contamination radioactive ? - Et pourquoi avez-vous décidé qu'il était contaminé ? - Cet appareil (je fais la démonstration du dosimètre décrit) montrait 900 Bq/kg. - Comment l'as-tu calibré ? - Bromure de potassium. (Après réflexion, mon interlocuteur m'a demandé de montrer ma pièce d'identité). - Ah, la presse ! Vous pourriez avoir des ennuis... - Pourquoi? Après tout, je vous ai rendu visite au début des années 90, j'ai montré mes instruments. Vous m'avez présenté votre technique, les normes adoptées à l'époque pour la contamination admissible de divers produits alimentaires au césium et au strontium-90 ... - Non non. Ce n'est pas possible ! "Mais maintenant, ça n'a plus tellement d'importance. La presse a rapporté que ces normes de contamination radioactive des produits alimentaires sont obsolètes et que de nouvelles sont en vigueur aujourd'hui. Pourriez-vous me les présenter ? - Non. - Et mon café ? - Vous savez, nous avons beaucoup de travail maintenant... Ceci conclut notre "conversation". Beaucoup de choses ont changé depuis la tragédie de Tchernobyl. Des dosimètres, qui enregistraient alors un rayonnement plusieurs fois supérieur au rayonnement de fond naturel. démontrent aujourd'hui un bien-être presque complet. Mais est-ce? En effet, sur toutes ces années, l'activité du strontium-90 et du césium-137 - deux du "fameux" trio des radio-isotopes de Tchernobyl - n'a diminué que d'un quart, et on ne verra jamais une baisse de l'activité du troisième - plutonium-239 : sa demi-vie dépasse 24000 XNUMX ans. La raison du bien-être apparent actuel est simple : les pluies, les eaux souterraines, les vents, les incendies, divers processus biologiques, l'érosion des sols ont réduit les concentrations de radio-isotopes. Répartis sur de vastes étendues, ils devenaient à peine perceptibles sur fond de rayonnement naturel de la Terre et de l'Espace. En tant que sources de rayonnement externe, ces émetteurs ne présentent plus le même danger pour l'homme. Mais pénétrant dans son corps par le tube digestif et les voies respiratoires, s'approchant le plus possible des tissus vitaux, ils sont capables de laisser sur eux une telle «trace» qui n'aurait pas pu apparaître même avec le rayonnement externe le plus fort. Par conséquent, la contamination radiologique relativement faible des produits alimentaires ne peut être ignorée. Ci-dessous un dosimètre capable de détecter ce type de pollution et d'évaluer son niveau. L'appareil se compose d'une unité de comptage et d'une tête de mesure. La base de l'unité de comptage (Fig. 1) est un compteur à cinq chiffres, réalisé sur les microcircuits DD1 - DD5. Son état est affiché sur l'écran à cristaux liquides HG1. Les quatre décimales les moins significatives sont affichées de la manière habituelle - sous forme de nombres. L'indication du plus ancien (dizaines de milliers) est en code binaire utilisant des points décimaux : (· - le point décimal est visible). Ainsi, le nombre maximum qui peut être fixé dans un tel compteur est 159999. Pour l'avenir, nous notons qu'une telle lecture binaire-décimale pas trop pratique ne sera requise que lors de l'étalonnage de l'appareil ; dans les mesures réelles, le compteur DD5 reste généralement à l'état zéro.
Les puces DD6 et DD7 fixent le temps pendant lequel les impulsions provenant de la tête de mesure sont comptées. Un compteur DD6 à six bits compte les fronts à la sortie M du compteur DD7 (selon des différences positives dont la première apparaît à la 39ème seconde de la première minute). Le contre-oscillateur interne DD7 est stabilisé par un résonateur à quartz ZQ1. Lorsqu'il est indiqué sur la Fig. 1 allumer DD6 (l'entrée de l'inverseur DD10.2 est directement reliée à la sortie 32 du compteur DD6) la mesure va durer 31 min 39 s. Passé ce temps, le comptage s'arrête (à l'entrée 12 de l'élément DD9.1, un signal d'interdiction apparaît log. 0) et un signal sonore se déclenche, annonçant la fin de la mesure. signal de journalisation. 1, à l'entrée 2 de l'élément DD9.4, permet le passage d'un méandre d'un kHz, prélevé sur la sortie F du compteur DD7, vers l'amplificateur DD 10.4-D010.6 et la charge qui lui est reliée en paraphase - le piézoélectrique BF1. Avec une radioactivité très élevée du produit testé, le compteur DD1 - DD5 peut déjà déborder lors de la mesure. En même temps, un signal log apparaîtra à la sortie 16 (vyv. 11) du compteur DD5. 1, qui allumera non seulement le son, mais également le signal lumineux d'alarme - le transistor VT1 allumera la LED HL1. En mode alarme, des zéros sont affichés à l'écran. Lorsque vous appuyez sur le bouton "Démarrer" SB1, une impulsion d'une durée de tnyck = 10.1R0,7 C4 = 3 ms est générée à la sortie de l'onduleur DD6. Il entre dans les entrées R de tous les compteurs et les transfère à l'état zéro initial. Sur les transistors VT2. Diode zener VT3 et VD1, un stabilisateur est assemblé, qui maintient la tension d'alimentation du dosimètre pratiquement inchangée lorsque sa source d'alimentation est assez profondément déchargée. Le schéma de principe de la tête de mesure est illustré à la fig. 2. Sur le transistor VT4. transformateur d'impulsions T1 et éléments R14, C6. Convertisseur assemblé C8, VD2-VD4. Il comprend un générateur de blocage. sur l'enroulement L3 du transformateur duquel se forment des impulsions courtes (tnip = 5 ... 10 μs) d'amplitude UL3 = (Uc5 0.2)n3 / n2 (Uc5 est la tension d'alimentation du convertisseur, n2 et n3 sont le nombre de tours dans les enroulements L2 et L3) Lorsque n3 \u420d 2 et n6 \u3d 440 Ul1 \u14d 6 V. Ces impulsions, suivies d'une fréquence Fimp \u10d 3 / R4 C420 \u430d 8 Hz, à travers les diodes VD1, VDXNUMX chargent condensateur CXNUMX à une tension de + XNUMX ... XNUMX V, qui devient une source d'alimentation compteur Geiger BDXNUMX.
Un shaper est assemblé sur la puce DD11. Il convertit un signal à front raide et à décroissance douce, qui se produit à l'anode du compteur Geiger au moment de son excitation par une particule ionisante, en une impulsion de durée tcch = 0,7R18 C10 = 0.35 ms, adaptée à transmission à l'unité de comptage par une simple ligne à trois fils. L'unité de comptage est montée sur une planche en fibre de verre double face d'une épaisseur de 1,5 ... 2 mm (Fig. 3).
La feuille sur le côté des pièces est conservée presque complètement et est principalement utilisée comme fil commun. Pour ignorer les détails, il a des sélections - des cercles d'un diamètre de 1,5 ... 2 mm (non représentés sur la figure). Les points de connexion avec le fil commun des bornes "mises à la terre" des condensateurs, résistances et autres éléments sont indiqués par des carrés noirs pleins. Les carrés noircis avec un point clair au centre montrent les connexions au fil commun de certains fragments de l'installation, ainsi que les conclusions de 7 microcircuits DD1 - DD6. DD8 - DD10 et la broche 8 de la puce DD7. Sous l'indicateur, une couche continue de feuille a été retirée, et ces carrés indiquent des plots de contact et des trous pour la transition d'une couche à l'autre. Soudez des morceaux de fil étamé dans ces trous. La position correcte du panneau indicateur est établie avant son installation. Pour ce faire, en prenant la carte par le substrat et en touchant la pointe du fer à souder à l'une ou l'autre de ses sorties, "mettez le feu" au segment correspondant de l'indicateur. La planche d'une tête de mesure est montrée sur fig. 4, la feuille sous les détails est également presque entièrement conservée.
Le compteur Geiger SBT10 (SBT10A) a dix anodes séparées, leurs conclusions (1 - 10) sont reliées les unes aux autres par soudure. La connexion de la cathode du compteur (broche 11) avec la feuille du fil commun doit également être soudée. Les résistances KIM-0,125 (R2. R15) et MLT-0,125 (le reste) sont utilisées dans le dosimètre. Condensateurs C4, C5 - oxyde importé (Ø6x13 mm), C6 - K53-30. C8 - K73-9. C9 - KD-2. le reste - KM-6, K10-176, etc. LED HL1 - tout, mieux qu'une lueur rouge. Dans le transformateur T1, un circuit magnétique annulaire de dimensions 16x10x4,5 mm en ferrite M3000NM est utilisé. Les bords tranchants de l'anneau doivent être enlevés avec du papier de verre, puis enveloppés d'un mince ruban de téflon ou de mylar. L'enroulement L3 est bobiné en premier, il contient 420 tours de fil PEV-2 0,07. L'enroulement s'effectue presque tour à tour. Un espace de 1 ... 1,5 mm est laissé entre son début et sa fin. L'enroulement L3 lui-même est recouvert d'une couche d'isolant et l'enroulement L1 est enroulé dessus avec un grand pas (six tours de fil PEVSHO 0.15). Ensuite, sur cet enroulement, l'enroulement L2 est placé (deux tours du même fil). Les enroulements doivent être disposés autour de l'anneau aussi uniformément que possible et de sorte que leurs conclusions soient aussi proches que possible des contacts de montage correspondants de la carte. Pour éviter d'endommager le transformateur, celui-ci est monté sur la carte entre deux rondelles élastiques. Lors du dessoudage des enroulements, il est important de ne pas se tromper de phasage (les points de la Fig. 2 marquent les extrémités des enroulements qui pénètrent dans le trou du circuit magnétique d'un côté). Une erreur de formulation perturbera le fonctionnement du convertisseur. La carte de l'unité de comptage est montée sur une face avant en polystyrène antichoc aux dimensions de 122x92x2.5 mm. Un coin en polystyrène de dimensions 55x29x17 mm y est collé, formant un compartiment pour la batterie Korund. Des rails en polystyrène sont collés au coin, formant des rainures dans lesquelles la planche de l'unité de comptage sera insérée. Un pied vertical de 14 mm de haut, doté d'un filetage pour une vis M2, est collé sur la face avant. Avec cette vis, à travers un trou d'un diamètre de 2.1 mm (voir Fig. 3), la carte est fixée au panneau avant. Dans un endroit pratique sur le panneau, un interrupteur d'alimentation PD9-1 est monté (non représenté sur la Fig. 1). Aux endroits appropriés du panneau, des trous sont percés pour le bouton SB1 et la LED HL1. Un trou d'un diamètre de 30 mm est découpé sous l'émetteur piézo, sur lequel une grille décorative est collée sur le dessus. Une vue générale de la carte montée sur le panneau avant est illustrée à la fig. 5.
Comme boîtier pour l'unité de comptage, vous pouvez utiliser une boîte en plastique de dimensions appropriées (par exemple, sous des pions de 125x95x23 mm). Au préalable, une rainure de 2,5 mm de profondeur est découpée à l'intérieur, dans laquelle le panneau avant sera fixé. La tête de mesure est montée dans un boîtier avec une cloison interne, qui est en feuille de polystyrène choc de 2 mm d'épaisseur. Ses dimensions en plan sont de 94x73 mm, hauteur - 60 mm. Le compteur est monté sur la cloison de sorte que sa "fenêtre" en mica soit dirigée vers la cuvette avec le produit à tester. La carte convertisseur est également attachée à la même partition. La profondeur de la cuvette de mesure doit être d'au moins 25 mm, ses dimensions en plan sont de 94X73 mm. La cuvette est collée à partir de la même feuille de polystyrène. Le dosimètre décrit ici utilise la méthode de mesure "couche épaisse", lorsque le rayonnement des couches inférieures du produit dans la cuvette est significativement atténué ou complètement absorbé par les couches supérieures et n'affecte pratiquement pas les lectures du compteur Geiger. La méthode "couche épaisse", qui permet d'estimer la contamination radioactive d'un produit en Bq/kg sans le peser, est largement utilisée par les services de contrôle dosimétrique. La surface du produit remplissant la cuvette doit être aussi proche que possible de la "fenêtre" en mica du compteur (dans la version de l'auteur du dosimètre, cette distance est de 5 mm). Étant donné que la position relative de l'échantillon contrôlé et du compteur affecte le résultat de la mesure, la conception de la tête de mesure doit prévoir sa fixation précise sur la cuvette. Le réglage du dosimètre revient à régler la tension en sortie du stabilisateur entre 6,3...6,7 V. Elle dépend du rapport R11/R10 et se précise en sélectionnant l'une de ces résistances. Si vous le souhaitez, les blocs dosimètres peuvent être contrôlés séparément. Si l'entrée de l'unité de comptage (broche 13 DD9.1) est connectée à la broche. 4 compteurs DD7 et appuyez sur le bouton SB1, puis après 31 minutes 39 secondes, l'écran doit afficher les chiffres 1899 - le nombre de secondes dans l'intervalle de mesure. Le temps de mesure peut être considérablement réduit, mais uniquement lors de la vérification de l'unité de comptage. Si l'entrée (broche 9) de l'inverseur DD10.2 est reliée à la sortie 4 (broche 5) du compteur DD6. alors il sera égal à 3 min 39 s, et lorsqu'un conjoncteur (circuit diode-résistance "I") est connecté entre eux, tout intervalle de mesure peut être réglé avec une précision allant jusqu'à une minute dans la plage de 39 s à 62 min 39 s. Ainsi, par exemple, la durée de la mesure lors de l'utilisation du conjoncteur. illustré à la fig. 6 sera égal à 55 min 39 s. Sur la carte de circuit imprimé (Fig. 3), il y a un emplacement pour installer une résistance et des diodes conjonctrices.
Pour tester le transmetteur hors ligne, vous aurez besoin d'un oscilloscope en mode veille (balayage 5...10 ms). Son entrée est reliée à la sortie de la tête, et si elle est en bon état, des impulsions de polarité positive d'une durée de ~0,35 ms avec une amplitude égale à la tension d'alimentation apparaissent sur l'écran de l'oscilloscope, suivies sans ordre visible d'un fréquence moyenne de 1 ... 2 Hz. Si vous avez un voltmètre statique avec une échelle de 1 kV (par exemple, C50), vous pouvez vérifier la tension d'alimentation du compteur Geiger (sur le condensateur C8). Il doit être compris entre 360 ... 430V. Le dosimètre fabriqué doit être calibré. Comment cela peut-il être fait sans aide extérieure ? Tout d'abord, déterminons le niveau de rayonnement de fond naturel. Pour ce faire, on pose la tête de mesure sur une cuvette vide ou remplie d'eau et on effectue au moins 10 mesures successives. Après cela, nous calculons la valeur moyenne des valeurs obtenues - Nf - le nombre correspondant au niveau de fond de rayonnement naturel, et en fonction des écarts de chaque mesure par rapport à Nf - l'erreur quadratique moyenne - ΔNF [1] - l'imprécision dans la détermination de Nf, dont l'origine est la brièveté de la mesure. Dans une expérience directe, Nf = 3500,ΔNf = 60 a été obtenu. Une source de rayonnement exemplaire sera nécessaire pour évaluer la sensibilité au rayonnement de l'instrument. A ce titre, des substances contenant du potassium sont utilisées. La chose est. que le mélange naturel d'isotopes de potassium contient également du potassium-40 (0.0118%), un radio-isotope émetteur β,γ avec une demi-vie de plus d'un milliard d'années. Son activité élevée et stable, rapportée à la masse totale de potassium, est de 29600 Bq/kg [2]. C'est cette circonstance qui permet d'utiliser un composé chimique avec une teneur connue et suffisamment grande en "part" de potassium comme objet de test dans l'étalonnage de tels instruments dosimétriques. Voici quelques-uns de ces composés KCI - chlorure de potassium, son activité Skcl = 15700 Bq/kg ; K < est de 29600 Bq/kg [2]. C'est cette circonstance qui rend possible l'utilisation d'un composé chimique avec une teneur connue en "part" de potassium suffisamment élevée comme objet de test dans l'étalonnage de ce type d'instruments dosimétriques. Voici quelques-uns de ces composés KCI - chlorure de potassium, son activité Skcl = 15700/kg ; Bromure de KBr Ckbr = 9700 K2CO03 carbonate de potassium soit 29600 Bq/kg [2]. C'est cette circonstance qui rend possible l'utilisation d'un composé chimique avec une teneur connue en "part" de potassium suffisamment élevée comme objet de test dans l'étalonnage de ce type d'instruments dosimétriques. Voici quelques-uns de ces composés KCI - chlorure de potassium, son activité Skcl = 15700/kg ; bromure de KBr Ckbr = 9700 K2C03 carbonate de potassium Br - bromure de potassium, CkBr = 9700 Bq/kg ; K2C03 - carbonate de potassium (potasse). SC2CO3 = 16800 Bq/kg (toutes les substances sont sans cristallisation et sans eau adsorbée ; en cas de doute, la substance est calcinée ou séchée). Remplissons la cuvette de mesure à ras bord avec un exemple d'émetteur, par exemple du bromure de potassium, et effectuons une série de mesures. Après avoir moyenné les résultats et calculé l'erreur, nous aurons : NKBr±ΔNKBr . Dans une expérience directe, NKBr = 31570, ΔNKBr = 120. Déterminons la sensibilité au rayonnement de l'appareil : K = CkBr / (NkBr - Nf) = 9700 / (31570 - 3500) = 0,35 Bq / kg et estimons la imprécision de mesure en Bq/kg d'activité des émetteurs faibles : K·ΔNf = 0,35·60 = 20 Bq/kg. Ainsi, après avoir fixé Nprod - la lecture du dosimètre, dans la cuvette duquel se trouve le produit à tester, et Nf - le niveau de fond "pour aujourd'hui", et en calculant leur différence, par exemple, Nprod - Nf = 1000, nous allons établir que la contamination radioactive calculée du produit est K( Nnpod - NF) = 0.35 1000=350 Bq/kg. et la valeur réelle ne diffère pas de la valeur calculée de plus de K·2ΔNF = ±40 Bq/kg. Pour un dosimètre alimentaire domestique, cette précision est tout à fait suffisante. Mais il peut être augmenté. Par exemple, en raison de la durée de la mesure (cependant, elle croît assez lentement : avec une augmentation de l'exposition de n fois, la précision n'augmente que de Vn). La précision des mesures augmentera si elles sont effectuées dans des conditions de faible rayonnement de fond, par exemple sous terre à une profondeur de 30 à 40 m (dans le métro). Il est possible de réduire le fond de rayonnement uniquement dans le volume de la tête de mesure en la plaçant, par exemple, dans un récipient en plomb à paroi épaisse (>3 cm). Le sous-sol et le plomb doivent, bien sûr, être exempts de rayonnement. Ainsi, la précision de mesure peut être augmentée plusieurs fois. Et en conclusion - sur la radioactivité naturelle (!) Des produits. Sa cause première est le même potassium contenu dans presque chacun d'entre eux [3]. Le tableau montre la radioactivité spécifique naturelle (potassium - 40) d'un certain nombre de produits alimentaires [2]. Il doit être soustrait des lectures du dosimètre. Radioactivité spécifique naturelle (potassium-40) des produits alimentaires, Bq/kg
littérature
Auteur : Yu.Vinogradov, Moscou
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