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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Dosímetro de producto. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / dosímetros Los dosímetros domésticos comunes registran de manera confiable la radiación de fondo y la radiación ionizante de macroobjetos (por ejemplo, paredes). Sin embargo, no son adecuados para las pruebas de alimentos, lo que sigue siendo relevante en varias regiones del país. El diseño del dosímetro que se ofrece a la atención de los lectores permite resolver en cierta medida este problema. Preste especial atención a la calibración del instrumento. Sin una calibración confiable, dicho dispositivo puede considerarse como un indicador, cuyas lecturas serán la base para futuras acciones: no compre el producto, corra el riesgo de comprar, verifique el SES.
Recientemente, el autor del artículo visitó el departamento de higiene radiológica de uno de los SES de distrito en Moscú, donde tuvo lugar algo así como esta conversación: - ¿Puedo analizar una lata de café instantáneo para detectar contaminación por radiación? - ¿Y por qué decidiste que estaba contaminado? - Este dispositivo (estoy demostrando el dosímetro descrito) mostró 900 Bq/kg. - ¿Cómo lo calibraste? - Bromuro de potasio. (Después de pensarlo un poco, mi interlocutor me pidió que mostrara mi identificación). - ¡Ay, la prensa! Puede que estés en problemas... - ¿Por qué? Después de todo, te visité a principios de los 90, mostré mis instrumentos. Me presentó su técnica, las normas adoptadas en ese momento para la contaminación permisible de varios productos alimenticios con cesio y estroncio-90 ... - No no. ¡No podría ser! “Pero ahora no importa tanto. La prensa informó que esas normas de contaminación por radiación de los productos alimenticios están desactualizadas y hoy están en vigor otras nuevas. ¿Podrías presentármelos? - No. - ¿Qué pasa con mi café? - Sabes, tenemos mucho trabajo ahora... Esto concluye nuestra "conversación". Mucho ha cambiado en los años transcurridos desde la tragedia de Chernobyl. Dosímetros, que luego registraban una radiación que era muchas veces más alta que la radiación de fondo natural. hoy demuestran un bienestar casi completo. ¿Pero es? De hecho, durante todos estos años, la actividad del estroncio-90 y el cesio-137 -dos del "famoso" trío de radioisótopos de Chernobyl- ha disminuido solo una cuarta parte, y nunca veremos una disminución en la actividad del tercero - plutonio-239: su vida media supera los 24000 años. La razón del aparente bienestar actual es simple: las lluvias, las aguas subterráneas, los vientos, los incendios, diversos procesos biológicos, la erosión del suelo han reducido las concentraciones de radioisótopos. Distribuidos en grandes áreas, apenas se notaron en el contexto de la radiación natural de la Tierra y el Espacio. Como fuentes de radiación externa, estos emisores ya no representan el mismo peligro para los humanos. Pero al ingresar a su cuerpo a través del tracto alimentario y el tracto respiratorio, acercándose lo más posible a los tejidos vitales, pueden dejar un "rastro" en ellos que no podría haber surgido incluso con la radiación externa más fuerte. Por lo tanto, no se puede ignorar la contaminación por radiación relativamente débil de los productos alimenticios. A continuación se muestra un dosímetro capaz de detectar este tipo de contaminación y evaluar su nivel. El dispositivo consta de una unidad de conteo y un cabezal de medición. La base de la unidad de conteo (Fig. 1) es un contador de cinco dígitos, hecho en microcircuitos DD1 - DD5. Su estado se muestra en la pantalla de cristal líquido HG1. Los cuatro lugares decimales menos significativos se muestran de la forma habitual, en forma de números. La indicación del más antiguo (decenas de miles) está en código binario usando puntos decimales: (· - el punto decimal es visible). Por lo tanto, el número máximo que se puede fijar en un contador de este tipo es 159999. De cara al futuro, observamos que solo se requerirá una lectura binario-decimal no demasiado conveniente al calibrar el dispositivo; en medidas reales, el contador DD5 suele permanecer en estado cero.
Los chips DD6 y DD7 establecen el tiempo durante el cual se cuentan los pulsos provenientes del cabezal de medición. Un contador DD6 de seis bits cuenta los frentes en la salida M del contador DD7 (según diferencias positivas, la primera de las cuales aparece en el segundo 39 del intervalo del primer minuto). El contraoscilador interno DD7 está estabilizado por un resonador de cuarzo ZQ1. Cuando se indica en la Fig. 1 encienda DD6 (la entrada del inversor DD10.2 está directamente conectada a la salida 32 del contador DD6) la medición durará 31 min 39 s. Después de este tiempo, el conteo se detiene (en la entrada 12 del elemento DD9.1, aparece una señal de prohibición log. 0) y se enciende una señal sonora que anuncia el final de la medición. señal de registro. 1, en la entrada 2 del elemento DD9.4, permite el paso de un meandro de un kHz, tomado de la salida F del contador DD7, al amplificador DD 10.4-D010.6 y la carga conectada a él en parafase - el piezoeléctrico BF1. Con una radiactividad muy alta del producto probado, el contador DD1 - DD5 ya puede desbordarse durante la medición. Al mismo tiempo, aparecerá una señal de registro en la salida 16 (vyv. 11) del contador DD5. 1, que encenderá no solo el sonido, sino también la señal de luz de alarma: el transistor VT1 encenderá el LED HL1. En el modo de alarma, se muestran ceros en la pantalla. Cuando presiona el botón "Inicio" de SB1, se genera un pulso con una duración de tnyck = 10.1R0,7 C4 = 3 ms en la salida del inversor DD6. Ingresa las entradas R de todos los contadores y las transfiere al estado cero inicial. En transistores VT2. VT3 y VD1 diodo zener, se ensambla un estabilizador que mantiene el voltaje de suministro del dosímetro prácticamente sin cambios cuando su fuente de alimentación está bastante descargada. El diagrama esquemático del cabezal de medición se muestra en la fig. 2. En el transistor VT4. transformador de impulsos T1 y elementos R14, C6. Convertidor ensamblado C8, VD2-VD4. Incluye un generador de bloqueo. en el devanado L3 del transformador del cual se forman pulsos cortos (tnip = 5 ... 10 μs) con amplitud UL3 = (Uc5 0.2)n3 / n2 (Uc5 es la tensión de alimentación del convertidor, n2 y n3 son el número de vueltas en los devanados L2 y L3) Cuando n3 \u420d 2 y n6 \u3d 440 Ul1 \u14d 6 V. Estos pulsos, siguiendo con una frecuencia Fimp \u10d 3 / R4 C420 \u430d 8 Hz, a través de diodos VD1, VDXNUMX carga condensador CXNUMX a un voltaje de + XNUMX ... XNUMX V, que se convierte en una fuente de energía contador Geiger BDXNUMX.
Se ensambla un moldeador en el chip DD11. Convierte una señal con un frente escarpado y un decaimiento suave, que se produce en el ánodo del contador Geiger en el momento de su excitación por una partícula ionizante, en un pulso con una duración tcch = 0,7R18 C10 = 0.35 ms, adecuado para transmisión a la unidad de conteo a través de una simple línea de tres hilos. La unidad de conteo está montada en un tablero de lámina de fibra de vidrio de doble cara con un espesor de 1,5 ... 2 mm (Fig. 3).
La lámina lateral de las piezas se conserva casi por completo y se utiliza principalmente como cable común. Para omitir detalles, tiene selecciones: círculos con un diámetro de 1,5 ... 2 mm (no se muestra en la figura). Los puntos de conexión con el cable común de los terminales "puestos a tierra" de condensadores, resistencias y otros elementos se indican mediante cuadrados negros sólidos. Los cuadrados ennegrecidos con un punto claro en el centro muestran las conexiones al cable común de ciertos fragmentos de la instalación, así como las conclusiones de 7 microcircuitos DD1 - DD6. DD8 - DD10 y pin 8 del chip DD7. Debajo del indicador, se ha quitado una capa continua de lámina, y dichos cuadrados indican almohadillas de contacto y orificios para la transición de una capa a otra. Suelde piezas de alambre estañado en estos agujeros. La posición correcta del tablero indicador se establece antes de su instalación. Para ello, tomando la placa por el sustrato y tocando con la punta del soldador una u otra de sus salidas, “prender fuego” al segmento correspondiente del indicador. El tablero de la cabeza de medición se muestra en fig. 4, la lámina debajo de los detalles también se conserva casi por completo.
El contador Geiger SBT10 (SBT10A) tiene diez ánodos separados, sus conclusiones (1 - 10) están conectadas entre sí mediante soldadura. La conexión del cátodo del contador (pin 11) con la lámina del cable común también debe soldarse. En el dosímetro se utilizan resistencias KIM-0,125 (R2. R15) y MLT-0,125 (el resto). Condensadores C4, C5 - óxido importado (Ø6x13 mm), C6 - K53-30. C8 - K73-9. C9-KD-2. el resto: KM-6, K10-176, etc. LED HL1: cualquiera, mejor que un brillo rojo. En el transformador T1 se utiliza un circuito magnético anular de dimensiones 16x10x4,5 mm fabricado en ferrita M3000NM. Los bordes afilados del anillo deben quitarse con papel de lija y luego envolverse con una cinta delgada de teflón o mylar. El devanado L3 se enrolla primero, contiene 420 vueltas de cable PEV-2 0,07. El bobinado se realiza casi vuelta a vuelta. Se deja un espacio de 1 ... 1,5 mm entre su principio y su final. El devanado L3 en sí está cubierto con una capa de aislamiento, y el devanado L1 está enrollado encima con un gran escalón (seis vueltas de cable PEVSHO 0.15). Luego, sobre este devanado, se coloca el devanado L2 (dos vueltas del mismo cable). Los devanados deben estar dispuestos alrededor del anillo lo más uniformemente posible y de modo que sus terminales estén lo más cerca posible de los contactos de montaje correspondientes de la placa. Para evitar daños al transformador, se monta en el tablero entre dos arandelas elásticas. Al desoldar los devanados, es importante no cometer un error en su fase (los puntos en la Fig. 2 marcan los extremos de los devanados que ingresan en el orificio del circuito magnético en un lado). Un error en la redacción interrumpirá el funcionamiento del convertidor. El tablero de la unidad de conteo está montado en un panel frontal de poliestireno resistente a los golpes con unas dimensiones de 122x92x2.5 mm. Se pega una esquina de poliestireno con dimensiones de 55x29x17 mm, formando un compartimento para la batería Korund. Los rieles de poliestireno se pegan a la esquina, formando ranuras en las que se insertará el tablero de la unidad de conteo. Un soporte vertical de 14 mm de altura, que tiene una rosca para un tornillo M2, está pegado al panel frontal. Con este tornillo, a través de un orificio de 2.1 mm de diámetro (ver Fig. 3), se fija la placa al panel frontal. En un lugar conveniente del panel, se monta un interruptor de alimentación PD9-1 (no se muestra en la Fig. 1). En los lugares apropiados del panel, se perforan agujeros para el botón SB1 y el LED HL1. Se corta un orificio con un diámetro de 30 mm debajo del emisor piezoeléctrico, sobre el cual se pega una rejilla decorativa en la parte superior. Una vista general de la placa montada en el panel frontal se muestra en la fig. 5.
Como carcasa para la unidad de conteo, puede usar una caja de plástico de dimensiones adecuadas (por ejemplo, debajo de las fichas que miden 125x95x23 mm). Previamente, se corta una ranura de 2,5 mm de profundidad en su interior, en la que se fijará el panel frontal. El cabezal de medición está montado en una carcasa con tabique interior, que está fabricada en lámina de poliestireno de alto impacto de 2 mm de espesor. Sus dimensiones en planta son 94x73 mm, altura - 60 mm. El contador se monta en la partición de modo que su "ventana" de mica se dirija a la cubeta con el producto de prueba. La placa del convertidor también está conectada a la misma partición. La profundidad de la cubeta de medición debe ser de al menos 25 mm, sus dimensiones en planta son 94X73 mm. La cubeta está pegada de la misma lámina de poliestireno. El dosímetro descrito aquí utiliza el método de medición de "capa gruesa", cuando la radiación de las capas inferiores del producto en la cubeta es significativamente atenuada o completamente absorbida por las capas superiores y prácticamente no afecta las lecturas del contador Geiger. El método de la "capa gruesa", que permite estimar la contaminación por radiación de un producto en Bq/kg sin pesarlo, es muy utilizado por los servicios de vigilancia dosimétrica. La superficie del producto que llena la cubeta debe estar lo más cerca posible de la "ventana" de mica del contador (en la versión del autor del dosímetro, esta distancia es de 5 mm). Dado que la posición relativa de la muestra controlada y el contador afecta el resultado de la medición, el diseño del cabezal de medición debe prever su fijación precisa en la cubeta. La configuración del dosímetro se reduce a configurar el voltaje en la salida del estabilizador dentro de 6,3...6,7 V. Depende de la relación R11/R10 y se especifica seleccionando una de estas resistencias. Si lo desea, los bloques de dosímetros se pueden comprobar por separado. Si la entrada de la unidad de conteo (pin 13 DD9.1) está conectada al pin. 4 contadores DD7 y presione el botón SB1, luego después de 31 minutos y 39 segundos, la pantalla debe mostrar los números 1899, la cantidad de segundos en el intervalo de medición. El tiempo de medición se puede reducir significativamente, pero solo cuando se verifica la unidad de conteo. Si la entrada (pin 9) del inversor DD10.2 está conectada a la salida 4 (pin 5) del contador DD6. entonces será igual a 3 min 39 s, y cuando se conecta un conector (circuito de diodo-resistencia "I") entre ellos, se puede establecer cualquier intervalo de medición con una precisión de hasta un minuto en el rango de 39 s a 62 min 39 s. Así, por ejemplo, la duración de la medida cuando se utiliza el conjuntor. mostrado en la fig. 6 será igual a 55 min 39 s. En la placa de circuito impreso (Fig. 3) hay un lugar para instalar una resistencia y diodos de unión.
Para probar el transmisor fuera de línea, necesitará un osciloscopio en modo de espera (barrido de 5 a 10 ms). Su entrada está conectada a la salida del cabezal, y si está en buen estado, en la pantalla del osciloscopio aparecen pulsos de polaridad positiva con una duración de ~0,35 ms con una amplitud igual a la tensión de alimentación, siguiendo sin orden visible con un frecuencia media de 1 ... 2 Hz. Si tiene un voltímetro estático con una escala de 1 kV (por ejemplo, C50), puede verificar el voltaje de suministro del contador Geiger (en el capacitor C8). Debe estar dentro de 360 ... 430V. El dosímetro fabricado necesita ser calibrado. ¿Cómo se puede hacer esto sin ayuda externa? En primer lugar, determinemos el nivel de radiación de fondo natural. Para ello, colocamos el cabezal de medición en una cubeta vacía o llena de agua y realizamos al menos 10 mediciones una tras otra. Después de eso, calculamos el valor promedio de los valores obtenidos - Nf - el número correspondiente al nivel de fondo de radiación natural, y de acuerdo con las desviaciones de cada medición de Nf - el error cuadrático medio - ΔNF [1] - la imprecisión en la determinación de Nf, cuya causa principal es la brevedad de la medición. En un experimento directo se obtuvo Nf = 3500,ΔNf = 60. Se requerirá una fuente ejemplar de radiación para evaluar la sensibilidad a la radiación del instrumento. En esta capacidad, se utilizan sustancias que contienen potasio. La cosa es. que la mezcla natural de isótopos de potasio también contiene potasio-40 (0.0118%), un radioisótopo emisor de β,γ con una vida media de más de mil millones de años. Su alta y estable actividad, relacionada con la masa total de potasio, es de 29600 Bq/kg [2]. Es esta circunstancia la que hace posible utilizar un compuesto químico con un contenido de potasio conocido y suficientemente grande como objeto de prueba en la calibración de tales instrumentos dosimétricos. Éstos son algunos de tales compuestos KCI - cloruro de potasio, su actividad Skcl = 15700 Bq/kg; K < es 29600 Bq/kg [2]. Es esta circunstancia la que hace posible utilizar un compuesto químico con un contenido de potasio conocido bastante alto como objeto de prueba en la calibración de tales instrumentos dosimétricos. Éstos son algunos de tales compuestos KCI - cloruro de potasio, su actividad Skcl = 15700/kg; KBr bromuro Ckbr = 9700 K2CO03 carbonato de potasio es 29600 Bq/kg [2]. Es esta circunstancia la que hace posible utilizar un compuesto químico con un contenido de potasio conocido bastante alto como objeto de prueba en la calibración de tales instrumentos dosimétricos. Éstos son algunos de tales compuestos KCI - cloruro de potasio, su actividad Skcl = 15700/kg; bromuro de KBr Ckbr = 9700 K2C03 carbonato de potasio Br - bromuro de potasio, CkBr = 9700 Bq/kg; K2C03 - carbonato de potasio (potasa). SC2CO3 = 16800 Bq/kg (todas las sustancias son sin cristalizar y adsorbidas en agua; en caso de duda, la sustancia se calcina o se seca). Llenemos la cubeta de medición hasta el borde con un emisor ejemplar, por ejemplo, bromuro de potasio, y realicemos una serie de mediciones. Después de promediar los resultados y calcular el error, tendremos: NKBr±ΔNKBr. En un experimento directo se obtuvieron NKBr = 31570, ΔNKBr = 120. Determinemos la sensibilidad a la radiación del dispositivo: K = CkBr / (NkBr - Nf) = 9700 / (31570 - 3500) = 0,35 Bq / kg y estimemos la imprecisión de medida en Bq/kg actividad de emisores débiles: K·ΔNf = 0,35·60 = 20 Bq/kg. Por lo tanto, habiendo fijado Nprod, la lectura del dosímetro, en la cubeta en la que se encuentra el producto de prueba, y Nf, el nivel de fondo "para hoy", y calculando su diferencia, por ejemplo, Nprod - Nf = 1000, lo haremos establecer que la contaminación por radiación calculada del producto es K( Nnpod - NF) = 0.35 1000=350 Bq/kg. y el real difiere del calculado en no más de K·2ΔNF = ±40 Bq/kg. Para un dosímetro doméstico de alimentos, esta precisión es suficiente. Pero se puede aumentar. Por ejemplo, debido a la duración de la medición (sin embargo, crece bastante lentamente: con un aumento en la exposición de n veces, la precisión aumenta solo en Vn). La precisión de las mediciones aumentará si se realizan en condiciones de baja radiación de fondo, por ejemplo, bajo tierra a una profundidad de 30...40 m (en el metro). Es posible reducir el fondo de radiación solo en el volumen del cabezal de medición colocándolo, por ejemplo, en un recipiente de plomo de paredes gruesas (>3 cm). El subterráneo y el plomo deben, por supuesto, estar libres de radiación. Por lo tanto, la precisión de la medición se puede aumentar varias veces. Y en conclusión, sobre la radiactividad natural (!) De los productos. Su causa principal es el mismo potasio contenido en casi todos ellos [3]. La tabla muestra la radiactividad específica natural (potasio - 40) de varios productos alimenticios [2]. Debe restarse de las lecturas del dosímetro. Radioactividad específica natural (potasio-40) de productos alimenticios, Bq/kg
Literatura
Autor: Yu.Vinogradov, Moscú
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