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無線電子工学および電気工学の百科事典 食品線量計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
従来の家庭用線量計は、マクロ物体（壁など）からのバックグラウンド放射線と電離放射線を確実に記録します。 しかし、これらは食品検査には適しておらず、国内の多くの地域では依然として食品検査に関連している。 読者の注意を引いた線量計の設計により、この問題をある程度解決することができます。 デバイスのキャリブレーションには特に注意を払う必要があります。 信頼できる校正がなければ、そのようなデバイスは指標と見なされる可能性があり、その測定値はさらなる行動の基礎となります。製品を購入しないで、購入のリスクを負い、SESで確認してください。
最近、この記事の著者はモスクワにある地域SESの放射線衛生部門を訪問する機会があり、そこで次のような会話が行われた。 - インスタントコーヒーの缶の放射線汚染を検査できますか? - そして、なぜそれが汚染されていると判断したのですか? - この装置 (説明した線量計のデモンストレーションを行っています) は 900 Bq/kg を示しました。 - どのように校正しましたか? - 臭化カリウム。 （少し考えた後、対話者は私の身分証明書を見せてほしいと言いました）。 -ああ、プレス！ 困ってるかも… - なぜ？ 私は 90 年代初頭にあなたを訪問し、私のデバイスを見せました。 貴社の機器や、さまざまな食品のセシウムおよびストロンチウム 90 による許容汚染に関して当時認められていた基準を紹介していただきました... - いいえ。 そんなはずない！ - しかし、今ではそれはそれほど重要ではありません。 食品の放射線汚染に関するこれらの基準は時代遅れであり、現在は新しい基準が施行されていると報道で報じられました。 彼らを紹介してもらえますか？ - いいえ。 -私のコーヒーはどうですか？ -ご存知のように、私たちは今たくさんの仕事をしています... これで私たちの「会話」は終わりです。 チェルノブイリの悲劇から数年が経ち、多くのことが変わりました。 当時の放射線を記録した線量計は、自然のバックグラウンド放射線よりも何倍も高かった。 今日、彼らはほぼ完全な健康状態を示しています。 しかし、そうですか？ 実際、ここ何年にもわたって、チェルノブイリの放射性同位体の「有名な」トリオのうちの 90 つであるストロンチウム 137 とセシウム 239 の放射能は 24000 分の XNUMX しか減少しておらず、XNUMX 番目の放射性同位体の放射性低下が見られることはありません。プルトニウム XNUMX: 半減期は XNUMX 年を超えます。 現在の見かけ上の繁栄の理由は単純です。雨、地下水、風、火災、さまざまな生物学的プロセス、土壌浸食によって放射性同位元素の濃度が減少したからです。 それらは広範囲に散在し、地球と宇宙の自然放射線を背景に目立たなくなりました。 外部放射線源として、そのような放射体はもはや人間に同じ危険をもたらすことはありません。 しかし、消化管や気道を通って体内に入り、重要な組織に極めて近づくと、最も強力な外部照射でも生じ得ない「痕跡」をそれらに残すことができます。 したがって、食品の比較的弱い放射線汚染は無視できません。 この種の汚染を検出し、そのレベルを評価できる線量計について以下に説明します。 この装置は計数ユニットと測定ヘッドで構成されます。 カウントブロック（図1）の基礎は、マイクロ回路DD1〜DD5で作られた1ビットカウンターです。 その状態はHG159999の液晶ディスプレイに表示されます。 小数点以下の下位 5 桁は、通常の方法で数値として表示されます。 最高値（数万）の表示は、小数点を使用したバイナリ コードで行われます（・ - 小数点は表示されます）。 したがって、このようなカウンターに記録できる最大数は XNUMX です。将来的には、このようなあまり便利ではない XNUMX 進数の XNUMX 進数のカウントが必要になるのは、デバイスを校正する場合のみであることに注意してください。 実際の測定では、DDXNUMX カウンタは通常 XNUMX 状態のままです。
マイクロ回路 DD6 と DD7 は、測定ヘッドからのパルスをカウントする時間を設定します。 ６ビットカウンタＤＤ６は、カウンタＤＤ７の出力Ｍにおけるエッジをカウントする（ポジティブエッジにより、最初のエッジは最初の１分間隔の３９秒目に現れる）。 DD6 カウンタの内部発振器は、ZQ7 水晶発振子によって安定化されています。 図に示されている場合DD39 がオンになると (インバータ DD7 の入力が DD1 カウンタの出力 1 に直接接続されます)、測定は 6 分 10.2 秒続きます。 この時間が経過すると、カウントが停止し (要素 DD12 の入力 9.1 に論理 0 の禁止信号が現れます)、音声信号がオンになり、測定の終了を通知します。 信号ログ。 DD1 エレメントの入力 2 の 9.4 により、DD7 カウンタの F 出力から取得した 10.4 キロヘルツ方形波を DD 010.6-D1 アンプとそれに同相接続された負荷に通過させることができます。 - BFXNUMX ピエゾ エミッタ。 検査対象の製品の放射能が非常に高い場合、カウンター DD1 ～ DD5 が測定中にすでにオーバーフローする可能性があります。 この場合、ログ信号がカウンタ DD16 の出力 11 (ピン 5) に表示されます。 1、これは音声信号だけでなく警報光信号もオンにします。トランジスタ VT1 は LED HL1 をオンにします。 アラームモードでは、ディスプレイにゼロが表示されます。 SB1 の「スタート」ボタンを押すと、tnyck = 10.1R0,7・C4 = 3 ms の持続時間のパルスがインバータ DD6 の出力に生成されます。 これはすべてのカウンタの R 入力に到達し、カウンタを初期のゼロ状態に転送します。 トランジスタ VT2 がオン。 VT3 とツェナー ダイオード VD1 は、電源がかなり深く放電された場合でも線量計の電源電圧を実質的に変化させずに維持するスタビライザーを構成します。 測定ヘッドの概略図を図に示します。 2. トランジスタ VT4 をオンにします。 パルストランス T1 と要素 R14、C6。 C8、VD2-VD4組み立てコンバータ。 ブロッキングジェネレーターが含まれています。 振幅 UL3 = (Uc5 10)n3/n5 の短い (tnip = 0.2...3 μs) パルスが形成されるトランスの巻線 L2 (Uc5 はコンバータの電源電圧、n2 と n3 はコンバータの数) n2 = 3 および n3 = 420 の場合、Ul2 = 6 V。周波数 Fimp = 3/R440 · C1 = 14 Hz に続くこれらのパルスは、ダイオード VD6、VD10 を介してコンデンサ C3 を電圧 まで充電します。 +4...420 V、ガイガーカウンター BD430 の電源になります。
ドライバーは DD11 チップ上に組み込まれています。 イオン化粒子による励起の瞬間にガイガーカウンターのアノードに現れる、急峻なフロントと緩やかな立ち下がりを持つ信号を、適切な持続時間 tcch = 0,7R18・C10 = 0.35 ms のパルスに変換します。シンプルな XNUMX 線式ラインを介して計数ユニットに送信します。 計数ユニットは、厚さ 1,5 ～ 2 mm の両面箔ガラス繊維ラミネートで作られたボードに取り付けられています (図 3)。
部品側の箔はほぼ完全に残存しており、主にコモン線として使用されます。 詳細をスキップするには、直径 1,5 ～ 2 mm の円 (図には示されていません) が選択されています。 コンデンサ、抵抗、その他の要素の「接地」端子の共通線との接続場所は、黒く塗りつぶされた四角形で示されます。 中央に明るい点のある黒く塗られた四角形は、特定の設置部分の共通ワイヤと 7 つの超小型回路 DD1 ～ DD6 のピンへの接続を示しています。 DD8 - DD10 および DD8 チップのピン 7。 インジケータの下では、箔の連続層が除去されており、そのような四角形は、層から層に移動するための接触パッドと穴を示しています。 錫メッキ線をこれらの穴にはんだ付けする必要があります。 インジケーターボードの正しい位置は、設置前に確立されます。 これを行うには、ディスプレイを基板の近くに置き、はんだごての先端をその端子のいずれかに触れさせ、インジケーターの対応するセグメントを「点火」します。 測定ヘッドボードを図に示します。 4、パーツの下の箔もほぼ完全に保存されています。
ガイガーカウンター SBT10 (SBT10A) には 1 個の独立したアノードがあり、それらの端子 (10 ～ 11) ははんだ付けによって互いに接続されています。 メーターのカソード (ピン XNUMX) と共通ワイヤのフォイルの接続もはんだ付けする必要があります。 線量計は抵抗器 KIM-0,125 (R2. R15) と MLT-0,125 (その他) を使用します。 コンデンサ C4、C5 - 輸入酸化物 (Ø6x13 mm)、C6 - K53-30。 S8 - K73-9。 S9 - KD-2。 残りは KM-6、K10-176 などです。 HL1 LED - 任意、できれば赤色。 T1 トランスは、M16NM フェライト製の寸法 10x4,5x3000 mm のリング磁気コアを使用します。 リングの鋭いエッジはサンドペーパーで取り除き、薄いテフロンまたはマイラーテープで包みます。 巻線 L3 が最初に巻かれます。これには 420 ターンの PEV-2 0,07 ワイヤが含まれています。 巻き取りはほぼターンツーターンで行われます。 始まりと終わりの間には 1...1,5 mm の隙間が残ります。 巻線 L3 自体は絶縁層で覆われており、その上に巻線 L1 が大きなピッチ (PEWSHO 0.15 ワイヤを 2 回巻き) で巻かれています。 次に、巻線 LXNUMX (同じワイヤを XNUMX 回巻いたもの) がこの巻線に配置されます。 巻線はリングの周りにできるだけ均等に配置し、その端子が基板の対応する取り付け接点にできるだけ近くなるようにする必要があります。 トランスへの損傷を避けるために、トランスは XNUMX つの弾性ワッシャーの間に基板に取り付けられています。 巻線のはんだを除去するときは、位相を間違えないことが重要です (図 2 の点は、片側の磁気回路の穴に入る巻線の端を示しています)。 フレージングに誤りがあると、コンバータの動作が中断されます。 計数ユニットボードは、寸法 122x92x2.5 mm の耐衝撃性ポリスチレン製のフロントパネルに取り付けられています。 55x29x17 mm のポリスチレンの角がその上に接着され、コランダム電池用のコンパートメントが形成されます。 ポリスチレンのスラットが角に接着され、カウントユニットボードが挿入される溝が形成されます。 M14 ネジ用のネジ山を備えた高さ 2 mm の垂直スタンドがフロント パネルに接着されています。 このネジを直径 2.1 mm の穴 (図 3 参照) に通して、基板をフロントパネルに取り付けます。 PD9-1 電源スイッチは、パネル上の便利な場所に取り付けられています (図 1 には示されていません)。 パネルの適切な場所に、SB1 ボタンと HL1 LED 用の穴が開けられています。 ピエゾエミッタ用に直径 30 mm の穴が切り取られ、その上に装飾グリルが接着されます。 フロントパネルに実装されたボードの全体図を図に示します。 5.
カウントユニットのハウジングとして、適切な寸法のプラスチックボックスを使用できます（たとえば、125x95x23 mmのチェッカーの場合）。 まずその内側に深さ2,5mmの溝を切り、そこにフロントパネルを固定します。 測定ヘッドは、厚さ 2 mm のシート耐衝撃性ポリスチレン製の内部隔壁を備えたハウジングに取り付けられています。 平面図の寸法は94x73 mm、高さ-60 mmです。 カウンターは、そのマイカ「窓」が試験対象の製品が入ったキュベットの方向を向くように隔壁に取り付けられています。 コンバータボードも同じパーティションに実装されています。 測定キュベットの深さは少なくとも 25 mm でなければならず、その平面寸法は 94X73 mm です。 キュベットは同じポリスチレン シートから接着されています。 ここで説明する線量計は、「厚層」測定方法を使用しています。この方法では、キュベット内の製品の下層からの放射線は、上層によって大幅に減衰または完全に吸収され、ガイガーカウンターの測定値には実質的に影響を与えません。 製品の重量を量らずに Bq/kg で製品の放射線汚染を推定できる「厚層」法は、放射線管理サービスで広く使用されています。 キュベットを満たす製品の表面は、カウンターの雲母「窓」にできるだけ近づける必要があります (線量計のオリジナル バージョンでは、この距離は 5 mm)。 テストサンプルとカウンターの相対位置は測定結果に影響を与えるため、測定ヘッドの設計はキュベット上に明確に固定されるようにする必要があります。 線量計の設定は、スタビライザーの出力電圧を 6,3 ～ 6,7 V 以内に設定することになります。電圧は R11/R10 比に依存し、これらの抵抗の XNUMX つを選択することによって指定されます。 必要に応じて、線量計ブロックを個別にチェックできます。 カウントブロックの入力 (ピン 13 DD9.1) がピンに接続されている場合。 DD4 を 7 つカウンターし、SB1 ボタンを押すと、31 分 39 秒後に、測定間隔の秒数である 1899 という数字がディスプレイに表示されます。 計数単位を確認するだけで測定時間を大幅に短縮できます。 DD9 インバータの入力 (ピン 10.2) が DD4 カウンタの出力 5 (ピン 6) に接続されている場合。 3 分 39 秒と等しくなります。コネクタ (ダイオードと抵抗の「I」回路) がそれらの間に接続されている場合、39 秒から 62 分 39 秒の範囲内の任意の測定間隔を精度で設定できます。 6分まで。 たとえば、コンジャンクタを使用する場合の測定時間です。 図に示されています。 55 は 39 分 3 秒に相当します。 プリント基板 (図 XNUMX) には、抵抗器とコネクタ ダイオードを取り付けるためのスペースがあります。
測定ヘッドを個別にチェックするには、スタンバイ モード (5 ～ 10 ms 掃引) で動作するオシロスコープが必要です。 その入力はヘッドの出力に接続されており、正常に動作している場合は、電源電圧に等しい振幅を持つ持続時間約 0,35 ms の正極性のパルスがオシロスコープの画面に表示され、明確な順序なく平均値が続きます。周波数は 1 ～ 2 Hz。 1 kV スケールの静的電圧計 (C50 など) をお持ちの場合は、ガイガー カウンター (コンデンサ C8) の電源電圧をチェックできます。 360～430V以内である必要があります。 製造された線量計は校正する必要があります。 外部の助けなしにどうやってこれを実現できるでしょうか？ まず、自然バックグラウンド放射線のレベルを測定します。 これを行うには、空のキュベットまたは水で満たされたキュベットに測定ヘッドを置き、少なくとも 10 回の測定を次々に実行します。 この後、得られた値の平均値 - Nf - 自然放射線バックグラウンドのレベルに対応する数値、および Nf からの各測定値の偏差から - 平均二乗誤差 - ΔNF [1] - を計算します。 Nf の決定が不正確であり、その根本原因は測定の短さです。 直接実験では、Nf = 3500、ΔNf = 60 が得られました。 デバイスの放射線感度を評価するには、基準放射線源が必要です。 この目的にはカリウムを含む物質が使用されます。 事はそうです。 カリウム同位体の天然混合物には、半減期が40億年を超えるβ、γ線を放出する放射性同位体であるカリウム-0.0118（29600%）も含まれています。 カリウムの全質量に関連するその高く安定した活性は 2 Bq/kg です [15700]。 このような状況により、この種の線量測定装置を校正する際に、カリウムの「部分的」含有量が既知で十分に大きい化合物を試験対象として使用できるようになります。 ここにこれらの KCl 化合物のいくつかを示します - 塩化カリウム、その放射能 Skcl = 29600 Bq/kg。 K < は 2 Bq/kg です [15700]。 このような状況により、この種の線量測定装置を校正する際に、カリウムの「部分的」含有量が十分に大きいことがわかっている化合物を試験対象として使用できるようになります。 これらの KCl 化合物のいくつかを次に示します。塩化カリウム、その活性 Skcl = 9700/kg。 KBr 臭化物 Ckbr = 2 K03CO29600 炭酸カリウムは 2 Bq/kg です [15700]。 このような状況により、この種の線量測定装置を校正する際に、カリウムの「部分的」含有量が十分に大きいことがわかっている化合物を試験対象として使用できるようになります。 これらの KCl 化合物のいくつかを次に示します。塩化カリウム、その活性 Skcl = 9700/kg。 KBr 臭化物 Ckbr = 2 K03CO9700 炭酸カリウム Br - 臭化カリウム、CkBr = 2 Bq/kg; K03C2 - 炭酸カリウム（カリ）。 SC3CO16800 = XNUMX Bq/kg (結晶化および吸着水を含まないすべての物質。これに疑いがある場合、物質は焼成または乾燥されます)。 臭化カリウムなどの標準エミッターを測定キュベットの縁まで満たし、一連の測定を実行してみましょう。 結果を平均して誤差を計算すると、NKBr±ΔNKBr となります。 直接実験では、NKBr = 31570、ΔNKBr = 120 が得られました。装置の放射線感度を決定してみましょう: K = CkBr/(NkBr - Nph) = 9700/(31570 - 3500) = 0,35 Bq/kg弱い放射体の Bq/kg 放射能の測定の不確かさ: K・ΔNф = 0,35・60 = 20 Bq/kg。 したがって、研究対象の製品が入っているキュベット内の線量計の読み取り値である Nprod と、「今日の」バックグラウンドレベルである Nf を記録し、それらの差 (たとえば、Nprod - Nf = 1000) を計算することにより、次のようになります。製品の推定放射線汚染が K( Nnpod - NF) = 0.35 · 1000 = 350 Bq/kg であることを確立します。 実際の値と計算値の差は、K・2ΔNF = ±40 Bq/kg 以内です。 家庭用食品線量計としては、この程度の精度で十分です。 しかし、増やすことは可能です。 たとえば、測定時間が原因です (ただし、測定の増加は非常にゆっくりと行われます。露出を n 回増加しても、精度は Vn だけ増加します)。 測定の精度は、バックグラウンド放射線が低減された条件下、たとえば深さ 30 ～ 40 m の地下 (地下鉄内) で実行すると向上します。 たとえば、壁の厚い (>3 cm) 鉛容器に測定ヘッドを配置することにより、測定ヘッドの体積内でのみ放射線バックグラウンドを低減することが可能です。 もちろん、地下と鉛は放射線を含まないものでなければなりません。 このようにして、測定の精度を数倍高めることができます。 そして結論としては、製品の自然な（！）放射能についてです。 その根本原因は、ほぼすべての物質に含まれる同じカリウムです [3]。 この表は、多くの食品の天然 (カリウム - 40) 比放射能を示しています [2]。 それは線量計の測定値から差し引かれる必要があります。 食品の自然（カリウム-40）比放射能、Bq/kg
文学
著者：Yu.Vinogradov、モスクワ
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