Radioaktivitás / sugárzásmérés
RadiationD
A RadiationD egy “DIY” Arduino kompatibilis nukleáris sugárzás detektor készlet. A szet kompatibilis az összes olyan GM csővel, melyek 350 - 500 V anód feszültséget igényelnek, ilyen például az M4011, STS-5, SBM20 vagy J305 Geiger cső (a szettet az M4011-gyel vagy a J305-tel szállítják). A szet LED-del és beeperrel is jelzi a detektálásokat (beütéseket), az Arduinohoz SPI kommunikációval csatolható.
Technikai specifikáció
- Geiger cső kompatibilitás: M4011, STS-5, SBM-20, J305
- Geiger cső feszültség kompatibilitás: Minden általános GM cső 350..480 V anódfeszültséggel
- Tápfeszültség: 5 V; 3x 1,5 V-os akkumulátor; 4x 1,2 V-os akkumulátor
- Áramfelvétel: 12mA .. 30mA
- Geiger cső jellemzői: Ónoxid-katód, koaxiális hengeres vékony héjszerkezet (falsűrűség 50 ± 10cg / cm²), impulzus típusú halogéncső
- Üzemi hőmérséklet: -40 ° C .. 55 ° C
- Méréstartomány: γRay: 20mR / h .. 120mR / h; β-sugarak esetén: 100 .. 1800 (Béta- és gamma-sugárzás kimutatására alkalmas)
- A Geiger cső üzemi feszültsége: 380V .. 450V
- A Geiger cső áramfelvétele: 0,015 .. 0,02 mA
- Gamma-sugárzással szembeni érzékenység: 0,1 MeV
Működése
A készülék gyakorlatilag a sugárzásmérő cső köré épül, ez az áramkör legfontosabb eleme. A Geiger–Müller-cső (vagy Geiger cső) egy gáztöltésű detektor, ami az ionizáló sugárzás detektálására képes. Henger alakú, a közepén egy vékony dróttal. A cső fala és a drótszál közé egyenfeszültséget kapcsolnak úgy, hogy a drótszál a pozitív pólus, azaz a drót játssza az anód és a cső fala a katód szerepét. A cső alacsony nyomású nemesgázzal van töltve (például argonnal).
A nemesgázok nagyon jó szigetelők, ezért az áramkörben nem folyik áram. A henger falán keresztül beléphetnek a nagyenergiájú részecskék. Ha egy ilyen részecske belép a csőbe, akkor ionizálja a nemesgázt - pozitív ionok keletkeznek. A sugárzás által keltett elektronok és ionok elkezdenek áramlani az elektródák felé, ezzel elektromos áramot keltve, az áramkör ezeket az impulzusokat detektálja, ezeket beütéseknek, ezeknek a számát beütésszámnak nevezzük, és percenkénti mértésegysége a CPM (counts per minute).
Amíg a kisülés tart, a detektor nem érzékeli az ionizáló sugárzás jelenlétét. Ezt az időt nevezzük holtidőnek, a Geiger–Müller-cső esetében ez 10−5 másodperc. A detektor holtideje meghatározza a legnagyobb számlálási sebességet; egy ilyen cső maximum 100 000 részecskét detektálhat másodpercenként.
rem / BRE
Emberre vonatkoztatott röntgen-egyenérték, a rem (roentgen equivalent man): a korpuszkuláris sugárzások keltette biológiai sugáradag egysége. Biológiai röntgen-egyenértéknek (BRE) is nevezik, mely alkalmazott egység a sugárzás biológiai hatásának mérése.
Ez azt jelenti, hogy bármilyen fajta sugárzásnak az a mennyisége, mely az emberben 1 Röntgennel azonos biológiai (orvosi) hatást gyakorol. A sugárzási értékről nincs egyetemesen alkalmazható konverziós állandó rad-ról rem-re; az átváltás a relatív biológiai hatékonyságtól (RBE) függ.
1976-tól az SI-t alkalmazó országokban a rem-et a Sievert váltotta fel, átváltásuk:
1 rem = 0,01 sievert
A Sievert gyakran használt SI-prefixumai a millisievert (1 mSv = 10−3 Sv = 0,001 Sv) és a mikrosievert (1 μSv = 10−6 Sv = 0,000001 Sv). A Sievert extenzív mennyiség, időderiváltja a Sv/s és a Sv/h, illetve a μSv/h.
Óránkénti sugárzási értékek
- Közelítő sugárzási szintek a csernobili 4-es reaktor mellett, nem sokkal a csernobili atomkatasztrófa során bekövetkezett robbanás után: 10–300Sv/h
- Tipikus háttérsugárzás Magyarországon:
- Budapest - 0,059-0,135 μSv/h,
- Pécs - 0,156 μSv/h,
- Paks - 0,065-0,085 μSv/h
CPM - Sievert konverzió
A percenkénti beütésszám (CPM; counts per minute) az alap-mértékegység a Geiger-csőveknél, ez azonban nem egy energiaérték, hanem csak az impulzusok száma. Annak érdekében, hogy a valódi energiaelnyelés, azaz a Sievert értékét meghatározzuk, egy Geiger-csőspecifikus konverziós tényezővel kell számolnunk, melynek értéke a csőtől függ: méret, forma, anyag, érzékenység, holtidő, mért részecske típusa stb.
cpm * konverziós tényező = μSv / h
Például a J305ß cső konverziós tényezője 0,00812037. Ez azt jelenti, hogy 120 percenkénti beütés esetén a Sievert-érték a következő lesz:
J305ß: 120 * 0,008120370 = 0,9744μSv / h
μSv/h értékek egészségügyi kockázata
Dózisteljesítmény (μSv/h) | egészségügyi kockázat |
---|---|
>10 000 000 | halálos: szervi elégtelenség és órákon belül halál! |
1 000 000 | Kiemelt és maradandó sugármegbetegedés! |
100 000 | Azonnali és maradandó sugármegbetegedés! |
1000 | Nagy veszély: Azonnali evakuálás! |
100 | Nagy veszély: Rák és sugárbetegségek kiemelt kockázata! |
20 | Nagy veszély: Megbetegedés veszélye! |
10 | Veszély: Azonnal költözzön! |
5 | Veszély: Ha az otthonában éri a sugárzás, minél előbb költözzön! |
2 | Fokozott kockázat: Tegyen óvintézkedéseket! |
1 | Rövid időre biztonságos, de csak rövid távú tartózkodásra, pl.repülőgépen, nagy magasságban, hegyek között,… |
0,5 | Még biztonságos: Közép-hosszú távú tartózkodásra, pl. gránitfalakkal körülvéve. |
<0,2 | Biztonságos: Normál érték (háttérsugárzás) |
Néhány Geiger-cső adata
Típus | cpm/µSv/h Faktor | Adatlap | Jellemzés |
---|---|---|---|
J305ß | 123,14709 F: 0.00812037 | Gyártó: North Optic Detektálás: Beta, Gamma [β, γ] Gamma érzékenység Co60 (cps/mR/hr): 65 Max cpm: 30000 cps/mR/h: 18 Tápfeszültség: 350V | - |
SBM-20 | 175,43 F: 0.00570027 | Detektálás: Beta, Gamma [β, γ] Tápfeszültség: 350 .. 475V Holtidő: 190 us, Mérési tartomány: 0.014 - 144 mR/h Gamma-érzékenység Ra226 (cps/mR/hr): 29 Gamma-érzékenység Co60 (cps/mR/hr): 22 | A legismertebb orosz gyártmányú cső. |
M4011 | 153,8 F: 0.00650195 | Detektálás: Beta, Gamma [β, γ] Tápfeszültség: 350V | Kínai gyártmányú cső, rendkívül fényérzékeny. |
SI-180G | 84 F: 0.01190476 | - | A háttérsugárzásra nagyon érzékeny cső. |
Arduino kód
A modulon a GND-5V-Vin csatlakozót kell használni az Arduino-hoz. A GND-t és az 5V-ot értelemszerűen, a Vin-t, az UNO esetén a Pin 2-re kell kötni.
#include <SPI.h> #define LOG_PERIOD 15000 //Logging period in milliseconds, recommended value 15000-60000. #define MAX_PERIOD 60000 //Maximum logging period without modifying this sketch unsigned long counts; //variable for GM Tube events unsigned long cpm; //variable for CPM unsigned int multiplier; //variable for calculation CPM in this sketch unsigned long previousMillis; //variable for time measurement float factor = 0.00812037; // J305ß Geiger float msievert; // Analog meas value int value[] = {10,10,10,10,10,10,10,10}; // array for averaging (last 8 measurements) int index = 0; // index for array int cpmsum; // cpm calc. void tube_impulse(){ // subprocedure for capturing events from Geiger counts++; } void setup(){ // setup subprocedure counts = 0; cpm = 0; multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // calculating multiplier, depend on your log period Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, tube_impulse, FALLING); // define external interrupts } void loop(){ // main cycle unsigned long currentMillis = millis(); if(currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD){ previousMillis = currentMillis; cpm = counts * multiplier; // multiplier correction cpmsum = 0; // summary value reset value[index] = cpm; // ring array load value index++; // pointer to the next pos. if (index > 8) { index = 0; } for (int j=0; j<8; j++) { // averaging from last 8 meas. cpmsum = cpmsum + value[j]; } cpmsum = cpmsum / 8; msievert = cpmsum * factor * 2.2; // correction with pipe spectific factor, see: // https://www.ob121.com/doku.php?id=hu:arduino:radioactivity#orankenti_sugarzasi_ertekek // 2.2: tapasztalati korrekció Serial.print("CPM: "); Serial.print(cpm); Serial.print(", CPM long: "); Serial.print(cpmsum); Serial.print(", dosis: "); Serial.print( msievert); Serial.println(" μSv / h"); counts = 0; } }