Как сделать домашний дозиметр для определения аномальной радиоактивности

Начну свое повествование с того, что вспомню времена Холодной войны и противостояния СССР и США. Примерно в 70-х годах, когда уже было ясно, что в случае нанесения массированного ядерного удара победителей не будет, правительство США озаботилось вопросами выживания населения в случае глобального ядерного конфликта.

Большую часть исследований связанных с этими вопросами на себя взяла Ок-Риджская национальная лаборатория, как головная организация по всему, что связано с энергией.

Ок-Риджская национальная лаборатория (англ. Oak Ridge National Laboratory; ORNL — крупнейшее научно-исследовательское учреждение в системе национальных лабораторий Министерства энергетики США, расположена вблизи города Ок-Ридж (штат Теннесси) рядом с городом Ноксвилл. Научные направления: материаловедение, нейтронная физика, энергетика, высокопроизводительные вычисления, системная биология, национальная безопасность.

Примерно с 1975 года закипела работа в созданном под новые задачи подразделении технологий чрезвычайных ситуаций, собранном из сотрудников различных департаментов (от физиков до врачей).

Стоит отметить, что примерно такой же тематикой когда-то озаботились и в СССР, притом гораздо раньше американцев. Делалось это в рамках «радиологического заповедника» в центре ВУРС (Восточно-Уральский Радиационный След), образовавшегося после взрыва 1957 года (см. кыштымская авария). Примерно через год после катастрофы правительство решило создать на зараженной территории научный центр, занимающийся вопросами исследования воздействия радиации на живые организмы, методами борьбы с этим воздействием и смежными изысканиями. Станция ОНИС (Опытная Научно-Исследовательская Станция) была развернута 27 мая 1958 года, на территории пос. Метлино, находящегося в полуторадесятках километров от закрытого города Челябинск – 40, известного также под названием Озерск. На момент открытия станции было организовано семь научных подразделений, профилированных по следующим направлениям: агрономическому, гидробиологическому, почвенно-биоценологическому, физико-дозиметрическому, химическому, полевому и сельскохозяйственному. Работали там ребята достаточно продуктивно, многие из разработок активно использовались и при ликвидации аварии на ЧАЭС. Отличные специалисты, неограниченное финансирование — все это давало свои плоды. С распадом СССР, в 1998 была ликвидирована и ОНИС. Теперь там обычный, фонящий в некоторых местах под 1000 мР, заброшенный комплекс зданий.


В отличие от постсоветских территорий, где все наработки были успешно утеряны/засекречены или ликвидированы, изыскания американских коллег стали достоянием общественности. Из всего этого достояния самым интересным является схема простейшего прибора, предназначенного для оценки радиационной обстановки после выпадения радиоактивных осадков. Рабочей группой, занимавшейся этим вопросом руководил Крессон Кирни (глава отдела биомедицинских и экологических исследований). В 1979 году под его чутким руководством и при поддержке Union Carbide Corporation был опубликован научный отчет (№ ORNL-5040 «The KFM, A Homemade Yet Accurate and Dependable Fallout Meter») с описанием упомянутого прибора.

В некрологе в газете The New York Times дочь К.Кирни Стефани написала: «На протяжении всей своей жизни он верил, что нужно быть готовыми к неприятностям»

Уже после ухода из Ок-Риджской лаборатории, в 1987 году К. Кирни написал книгу «Навыки Выживания в Ядерной Войне» (Nuclear War Survival Skills), в которой открыл секреты сборки устройства и принципы его работы для всех желающих (что интересно, все чертежи были сделаны в виде макета, готового к печати в газетах/журналах). С тех пор эта штуковина и называется измеритель радиоактивности Кирни (ИРК) (англ. Kearny fallout meter (KFM)) и широко известна за океаном.

Чтобы не зацикливаться на грустном, расскажу, какие требования изначально предьявлялись к разработчикам «американского народного дозиметра». Первым делом, расходными материалами для устройства должны были быть материалы, которые можно найти в доме среднестатистического американца (притом даже после стихийного бедствия) и из этих материалов что-то должно было быть под силу собрать силами среднестатистической семьи в течении нескольких часов. Собрать без предварительной подготовки, руководствуясь только печатными инструкциями. Второе основное требование — для изготовления/функционирования/калибровки прибора не должно требоваться никаких дополнительных источников излучения, а сам прибор должен легко заряжаться и надежно и точно работать в условиях повышенной влажности, характерных для условий внутри убежищ. Важным условием была и устойчивость к небрежному обращению и перевозке без специализированной упаковки. Устройство должно было быть способным к многолетнему хранению и не иметь в своем составе компонентов, подверженных старению/износу в течении условий длительной эксплуатации. Ну и наконец устройство должно было измерять гамма-излучение мощностью от фонового до 50 Р/ч с достаточной точностью (±25% или лучше). Измерение должен быть способен провести неподготовленный человек, руководствуясь только печатной инструкцией. Этот же человек, в случае чего должен был с легкостью определять работоспособность прибора.

После практически пятилетних изысканий, наиболее подходящим вариантом был признан т.н. радиометр Альвареса (предложенный нобелевским лауреатом, физиком-ядерщиком Луисом Альваресом), представляющий собой комбинацию электроскопа и ионизационной камеры на базе стеклянной банки, оклееной изнутри фольгой. В банке находились два однослойных лепестка из алюминиевой фольги, подвешенные на нейлоновых нитях, выступающих в качестве изоляторов. Заряжался электроскоп Альвареса статическим электричеством, показания давал в попугаях, и во влажном воздухе работать категорически отказывался. Стоит отметить, что электроскоп Альвареса — логическое продолжение установки, предложенной аж в далеком 1787 году Авраамом Беннетом — изобретателем первого электроскопа.

Инженеры в Ок-Риджской лаборатории проанализировали все за и против и решили особо не мудрствовать, а просто доработать простую и надежную систему. Для минимизации влияния «бича любой электростатики» — влажности воздуха — использовался осушитель, который засыпался в ионизационную камеру перед использованием. Вместо золотых лепестков, в электроскопе Кирни использовались 8-слойные лепестки из алюминиевой фольги. Зарядка такого электроскопа не требовала никаких дополнительных приборов и устройств, достаточно было наличия любой электризующейся поверхности (расческа и пластик, полиэстеровый свитер и трубка из ПВХ и т.п.). Ученые из Ок-Риджа досконально рассмотрели все вариации геометрических размеров деталей электроскопа и выбрали наиболее эффективный. Плюс для оптимальной схемы устройства были созданы специальные калибровочные таблицы, по которым с высокой точностью можно было оценивать мощность ионизирующего излучения. Интересно, что несмотря на то, что на этот труд было потрачено около десятка лет (я уже не говорю про суммы, в которые измеритель Кирни вылился американским налогоплательщикам) — известно это устройство недостаточно широко. Из последних упоминаний можно вспомнить только «дозиметр Ломбарди», который в 2004 году предложил одноименный ученый, с целью популяризации школьного физического эксперимента. В поделке использовалась однослойная фольга, и по сути, это был вариант предложенный Л. Альваресом. Так что, забыли американцы, придется напомнить нам :)
 

Практикум. Часть I. Подготовительные работы

Что-то мне подсказывает, что основная причина недостаточной осведомленности народных масс о такой интересной штуке как KFM — запутанность инструкции по изготовлению. Огромный объем информации свален в одну кучу и слабо структурирован. Кроме всего прочего, инструкции, гуляющие по интернету — это все тот же черно-белый отчет из Ок-Риджа с соответствующим качеством иллюстраций. Так что для наверстывания этого упущения, начинаем с самого начала. С подбора необходимых материалов и инструментов.

Материалы:

1. Основа нашей ионизационной камеры — металлическая банка с диаметром примерно 65,1 мм, высотой 73 мм, исходным объемом около 267 мл (= 8 унций). Для ориентира, длина окружности такой банки примерно равна 208 мм. Из доступных в магазинах Минска подошли следующие:


При поиске подходящей банки удобно использовать кусок нити или бумажную ленту-мерник длиной 208 мм. Оборачиваем ее вокруг банки и смотрим подходит размер или нет. Выбор высоты ионизационной камеры (банки) обусловлен минимальным практическим расстоянием, которое будет препятствовать потере электростатического заряда через сухой воздух между нижней частью лепестков из фольги и поверхностью кусочков осушителя на дне. Для изделия подходят любые металлические банки диаметром 65 мм и высотой от 73 мм. В случае высоты 73+ мм банку придется укорачивать. Брать банку уже не рекомендуется, т.к. уменьшение диаметра будет стимулировать взаимопритяжение лепестков и стенок банки, что в свою очередь приведет к снижению электростатического напряжения, которое смогут хранить на себе лепестки (а значит — наш «конденсатор» будет быстрее разряжаться), что приведет к несоответствию показаний электроскопа и данных калибровочной таблицы.

2) Второй важный пункт — алюминиевая фольга. Подойдет обычная, самая тонкая, пищевая фольга (НЕ утолщенная/упрочненная и т.п.). Лучше всего с толщиной 10 мкм. Толщина, как правило, указывается мееелким шрифтом на упаковке


Для ориентира, кусок «правильной» фольги размером 305х610 мм должны весить около 8.2 г. Для 10 мкм фольги такой объем фольги весит ~6 г, для 11 мкм ~ 8.1 г. Для наших целей должно хватать куска размером даже 15,24х15,25 см, больший кусок — больше фольги пойдет на выброс (после вырезания лепестков). При использовании толстой фольги (если вдруг не нашлось другой) возможно уменьшения количества слоев (пять вместо восьми).

3) Прозрачная (оптимум) пластиковая крышка для банки. Самый сложный в поиске вариант. Банок с кофе диаметром 65 мм я не нашел (а именно в них идеальные пластиковые крышки). Единственный подходящий вариант — это мед и арахисовая паста от российского производителя Grizzly Nuts.


Вот так они выглядят:


Правда паста эта далеко не дешевая :) Более доступный белорусский вариант — это плавленный сырок «Пингвин» (вкус знакомый с детства, ага). Верхняя крышка замечательно подходит для нашего устройства. Правда в отличие от выше упомянутой арахисовой пасты, крышка банки с сыром сделана из более хрупкого полистирола. Т.е. боится сильного нагревания и механического воздействия.


all inclusive


4) Важное! Влагопоглотитель. Изначально в оригинальной методике используются измельченные и прокаленные куски гипса из стенового гипсокартона. Можно этот метод взять на вооружение (если ничего больше не найти). У меня вот нашелся а)цеолит NaA из какого-то фильтра осушителя. Гранулы пришлось прокалить при 400 градусах перед использованием:


А также более доступный и простой вариант — индикаторный силикагель (б), который становится розовым в присутствии влаги (возвращается к прежнему рабочему состоянию — при прокаливании на протяжении 2-3 часов в духовке при 200 градусах)


Еще одна возможная альтернатива — силикагель (в), который в качестве осушителя закладывается в коробки с обувью, некоторыми медикаментами, электронной техникой. N пакетиков придется вскрыть, содержимое посушить на максимуме в духовке пару часов. И вполне можно использовать…


Пункт этот один из важнейших (вместе с точным соблюдением масштаба и геометрических размеров деталей). Лучше всего прибор работает при относительной влажности <50%. Если влажность выше 70% — зарядить электроскоп становится очень сложно, а чаще — невозможно.

5) Нейлоновая леска для зимней рыбалки (мононить) для подвешивания алюминиевых лепестков. Изначально в отчете упоминаются обычные текстильные нити. Но после того, как большинство производителей стали использовать антистатически добавки (для защиты тканей и одежды от статики) — в качестве подвесов осталось использовать только тонкие лески. Рекомендуется монофиламент Trilex XL (Berkley), рассчитанный на вес рыбы около 1.8 кг, толщина 0.1-0,15 мм. Здесь акцент на максимальной изолирующей возможности и отсутствии антистатического покрытия. Я у своих знакомых рыбаков (спасибо, Виктор Андреевич!) нашел вот такие:


Если лески найти не удалось — можно использовать длинный волос (лучше взятый у знакомой блондинки рыжей девушки, т.к. толщина волос у блондинок рыжих максимальная), отмытый шампунем/спиртом и высушенный. Правда работа с таким тонким материалом требует недюжинной ловкости и остроты зрения.

6) Кусок мягкого прозрачного пластика (ПВХ, ПЭТ и т.п.) для наблюдательного окна. Можно использовать любой подходящий вариант, например, кусок тонкого прозрачного пластика от упаковки эпоксидного клея «Секунда» или т.п.

7) Набор клеев: эпоксидный двухкомпонентный клей вроде KwikWeld (из автомагазина), термоклей в стержнях, цианокрилатный суперклей-гель. Пару слов про эпоксидный клей. Я попробовал несколько различных вариантов прозрачных клеев (аля «секунда»). Все они работают удовлетворительно, но эпоксидный герметик для радиатора KwikWeld CX-80 высыхал быстрее всего и давал самый приятный для последующей обработки клеевой шов.


К герметику дополнительно может пригодится пистолет с термоклеем/супейклей-гель и корректор для бумаг (в бутылочке с кисточкой).

8) Изоляционная ПВХ лента любого цвета (синий — традиционно :) ), узкий и широкий прозрачный скотч, двухсторонний скотч, малярная лента и пара тройка штук пластыря телесного цвета (НЕ тканевый).

9) Кусок ПВХ-трубки длиной 35 см и любым диаметром (не менее 20 мм). Я нашел с толщиной стенки 1,7 мм.

10) Кусок медного провода в изоляции с сечением жилы 2,5-3 мм²

Инструменты:

1. 1) Прямые руки и ясное сознание
2. 2) Компьютер с принтером
3. 3) Циркуль-нож/разметочный циркуль
4. 4) Ножницы
5. 5) Кнопки для пробковой доски или тонкое шило
6. 6) Швейная иголка
7. 7) Металлическая линейка
8. 8) Мягкие резиновые перчатки (виниловые или т.п.)
9. 9) Утконосы или острогубцы
10. 10) Канцелярский нож
11. 12) Треугольный и плоский надфили (или маленькие напильники)
12. 13) Пинцет
13. 14) Черный маркер и корректирующая жидкость для бумаг (белая) с кисточкой.

 

Практикум. Часть II. Приступаем к сборке

Первым делом отправляемся по ссылке на офсайт разработчика и скачиваем оригинальный документ. Из него мы будем печатать чертежи (а чертежи — важнейший этап при изготовлении девайса, т.к. два столпа, на которых держится работа приборчика — это чистота подвесов из лески и точность шаблонов). Печатаем 235-ю страницу (либо в оригинальном размере, либо с увеличением масштаба) так, чтобы на отпечатанном чертеже сохранялся такой вот размер:


В моем случае пришлось печатать с увеличением 106%. Единожды распечатанный лист с правильным размером потом можно ксерокопировать (а лучше вообще на ризограф), так больше вероятность сохранения масштаба… С тем же увеличением печатаем страницу 239:


И страницу 243:


Эту страницу нужно распечатать в трех экземплярах. Один используется по прямому назначению, а с двух других обведенный красным выделением шаблончик нужно вырезать:


Когда шаблоны готовы — переходим к работе с железом. Металлическую банку нужно подготовить к работе (содержимое — съесть, этикетку — удалить, банку хорошенько отмыть с мылом).


Когда все готово, наклеиваем заранее вырезанный шаблон со страницы 235 на банку и фиксируем края изолентой или малярной лентой. Ничего если шаблон выше чем нужно, приклеиваем так, чтобы чертеж лег плотно под верхний рубчик, низ может немного выступать за край банки.


После того, как бумажка надежно закреплена, с помощью кнопок для пробковой доски — пробиваем отверстия (покручиванием кнопки) в местах помеченных крестиками.


Оставляем пару кнопок для дополнительной фиксации бумажного шаблона и прорезаем с помощью сначала треугольного, а потом плоского надфиля две выемки в верхнем рубчике. Они должны быть точно над реперными линиями (красная стрелка указывает на такую линию):


Если все отверстия размечены и прорезаны — снимаем бумажный шаблон и переходим к следующему этапу — натягиванию ограничительных стоп-нитей. Желательно делать эту процедуру в перчатках. Вдеваем леску (или волос) в иголку:


и последовательно протягиваем через все четыре отверстия. Должны получится две прямых линии внутри банки. Эти т.н. стоп-линии предназначены для того, чтобы предотвратить случайное прикосновение лепестков к стенке камеры и потерю заряда.


Завязываем леску на боку банки в узелок затянув не слишком туго (чтобы внутри банки леска не провисала). Просовываем под узелок зубочистку и несколько раз проворачиваем натягивая леску (степень натяжения внутри банки проверяем зубочисткой).

Натянутая леска должна быть как гитарная струна. Когда натянули до желаемого уровня — зубочистку не вынимая фиксируем на боку банки с помощью кусочка изоленты, а на отверстия в банке, с пропущенной через них леской наносим по капельке эпоксидного герметика (с внешней стороны банки). Оставляем сохнуть.

Переходим к одной из самых ответственных частей. Делать все процедуры этой части обязательно в перчатках. Берем лист фольги, размером примерно 30 на 50 см. Складываем его 4 раза, чтобы в общей сложности получилось 8 слоев. Количество слоев фольги (восемь) дают наиболее практичный вес лепестков электроскопа. Лепестки из 1-2-4-6 слоев слишком легкие и излишне раздвигаются от заряда статического электричества (упираются в стоп-нити) и заряд стекает по ним. Лепестки из 16 слоев — слишком тяжелы и с помощью такого электроскопа невозможно получить точные показания.

Складывая фольгу можно помогать процессу сгибания металлической линейкой, чтобы избежать складок и помятых участков. Сложив фольгу прикладываем к «глухому» углу (там где нет открытых листков) шаблон, вырезанный со страницы 243 (для проверки — ширина шаблона 38 мм, высота 41 мм, расстояние до перемычки — 32 мм). Фиксируем кусочками изоленты. По перемычке, приложив линейку, проводим несколько раз шариковой ручкой или какой-то правилкой, продавливая фольгу. Затем вырезаем лепестки.


По заранее продавленному ручкой шву загибаем фольгу. Я подкладывал в качестве шаблона лезвие от канцелярского ножа, чтобы избежать перекоса. После того, как край загнули, обрезаем уголки (чтобы минимизировать накопление статики на них в дальнейшем).


На картинке показаны силы, действующие на заряженные лепестки внутри ионизационной камеры. Сила G^H — горизонтальная составляющая силы тяжести, сдвигает лепестки друг к другу. Сила A^F — горизонтальная составляющая силы притяжения между разноименными зарядами на каждом из лепестков и дном ионизационной камеры. Сила R — горизонтальная составляющая одноименных зарядов на лепестках, то, что разводит их в стороны. Сила A^W — горизонтальная составляющая силы притяжения между разноименными зарядами на лепестках и стенками ионизационной камеры.


Готовим площадку для крепления вырезанных пластинок. К плоской поверхности малярной лентой фиксируем распечатанную страницу 243.


На квадратики «tap here» наклеиваем по полоске широкого скотча. А наверх — три одинаковых кусочка изоленты послойно. Теперь надеваем резиновые перчатки и приступаем к работе с леской. Для предотвращения любого загрязнения (которое в дальнейшем может привести к утрате изоляционных свойств) с новой катушки лески нужно отмотать столько лески, чтобы снять верхний слой на катушке. Затем отмеряем около 60 см «свеженькой» лески и связываем в кольцо. Дальше приклеивать леску к шаблону лучше всего с помощником (ну или используя какие-то утяжелители). Выкладываем леску по линии шаблона, натягиваем, помощник в это время наклеивает на область «tap here» по кусочку изоленты, фиксируя леску. Приклеив первую нить, так же поступаем со второй. Один человек натягивает леску по линии шаблона, второй — прихватывает ее кусочками изоленты в реперных точках. Должно в итоге получится вот так:


Теперь аккуратно берем кусочки фольги и помещаем их на каждую из нитей. Сделать это можно помогая себе зубочисткой (еще раз напоминаю, про работу в перчатках). Лепестки должны располагаться симметрично. Один лепесток вешается на нижнюю нить, другой — на верхнюю. Правильно установленные листки — без проблем раздвигаются в стороны не мешая друг другу.


Повесив лепестки и отцентрировав их по чертежу — отгибаем край и наносим по капле эпоксидного герметика на леску. Прижимаем фольгу. Нарезаем пластырь телесного цвета на полоски и проклеиваем наши лепестки, чтобы они не расползались. Можно приподнять зубочисткой лепесток и пропустить кусочек пластыря снизу (особенно это важно для лепестка, который вырезался не из глухой стороны фольги).


Оставляем фольгу с леской сохнуть на десяток минут. Затем маркером наносим пометки на леску в пункте отмеченном на чертеже как «marked thread here». По этим точкам мы будем ориентироваться при подвешивании лепестков в банке. Когда все высохло, подсовываем зубочистку под слои изоленты на краях петли из лески и приподнимаем нити вместе с лепестками. Устанавливаем эту конструкцию внутрь банки, совмещая точки, отмеченные на леске маркером с прорезями, сделанными надфилем на верхнем рубчике. Линии лески должны быть параллельны. Выровняв расположение нитей, слегка приклеиваем изоленту к банке и наносим на прорези вместе с находящейся в них леской по капельке эпоксидного герметика.


После того, как герметик высох, желательно нанести на нижнюю часть каждого лепестка полоску белого корректора для бумаг. Это необходимо для улучшения видимости лепестков через прозрачную крышку (а соответственно и повышения точности оценки радиоактивного фона). Если использовать осушитель светлой окраски (те же цеолиты или гипс), то окрасить края лепестков можно в черный цвет. В моем случае используется темно-синий индикаторный силикагель, поэтому предпочтение отдано корректору белого цвета.


После завершения всех «лепестковых» процедур можно наклеить на банку шаблон который мы использовали для пробивания дырок (с таблицей рентген) и обмотать слоем широкого скотча для герметизации. Я наклеил переведенную на русский таблицу (с «дополнительной шкалой» в Грей/час).


На этом с банкой покончено, переходим к крышке.

Здесь мы активно используется шаблон со страницы 239. В случае прозрачной крышки нужно просто совместить центр шаблона с центром крышки (небольшое технологическое углубление) и разметить местоположение отверстия для зарядного провода и место наклеивания шкалы (и не забыть поставить пару отметок для более точного совмещения крышки с нитью внутри банки).


В случае непрозрачной крышки от сырка «Пингвин» совмещать пришлось на просвет.


Далее для полиэтиленовой крышки можно просто вырезать отверстие под зарядный провод и наклеить шкалу со страницы 239 на двухсторонний скотч. Но я решил сделать в обеих крышках прозрачное окно. Для этого иголкой циркуля продавил в пластике полукруг на ширину шкалы.



При создании окошка принцип тот же — выдавливаем «разметочным» циркулем полукруг диаметром на 4-6 мм больше, чем диаметр нашего окна в крышке.


Все это дело приклеивается с обратной стороны крышки на термоклей (приклеивайте круговыми движениями, чтобы герметизировать получше).


В случае крышки от сыра я не стал использовать термоклей, а приклеил прозрачный пластик на гелевый суперклей (благо полистирол отлично клеится традиционными бытовыми клеями, в отличие от полиэтилена). Правда забыл, что цианакрилат испаряется и кристаллизуется на поверхности склеиваемых деталей. Так что — желательно приклеивать небольшим количеством, чтобы избежать помутнения смотрового окна.


После того, как все сделано, просто приклеиваем на наши крышки измерительную шкалу. Я делал это с помощью двухстороннего скотча. Сверху для герметичности можно проклеить еще слоем тонкого обычного скотча. Шкала приклеивается по заранее отмеченным в соответствии с шаблоном точками. Ноль шкалы должен совпадать с центром крышки.


Изначально крышки садятся на банку с запасом, поэтому предварительно нужно сделать уплотнение из изоленты. Для этого отмериваем около 45 см изоленты шириной 12 мм и разрезаем ее канцелярским ножом на две полосы по 6 мм каждая. Полоски эти клеим на верхнюю часть банок.


Теперь делаем зарядный провод. Понадобится кусок медного провода в изоляции, 2..2,5...3 мм² в сечении. В принципе, подойдет любой провод, только придется отверстие в крышке вырезать под его диаметр. Необходимая длина ~ 75 мм.


Провод нужно согнуть вот такой загогулиной, и очистить по 5-7 мм изоляции с каждой стороны.


функциональное описание


Установленный в банку, зарядный провод выглядит вот таким образом:


После того, как провод вставлен в крышку, отмериваем 30-40 грамм силикагеля (или другого осушителя в рабочем состоянии) и засыпаем в нашу банку, придерживаясь края (чтобы осушитель не прилип к лепестками и т.п.).

Закрываем крышку и готовимся к дальнейшему использованию устройства. Вообще, настоятельно рекомендую после тестовой сборки одного ИРК попробовать собрать его еще раз. С высокой долей вероятности второй получится сделать быстрее и лучше чем первый.

Практикум. Часть III. Зарядка девайса

Теперь про зарядку для нашего электроскопа. Теоретически, зарядить его можно любым статическим электричеством, даже от расчески наэлектризованной о волосы. Практически, получается что заряд от расчески достаточно мал (особенно в помещении с высокой влажностью). Лучший вариант — использовать изделия из ПВХ-пластика и шерстяные/полиэстеровые вещи. В моем случае из удобных подручных пластиковых предметов оказалась труба и электромонтажный короб. И то и другое можно использовать и в качестве зарядного устройства, и в качестве упора для наблюдения результатов.


Зарядка представляет собой следующую процедуру — трем кусок пластмассы о какой-нибудь полиэстеровый свитер. Натерев — быстро проводим параллельно нашему зарядному проводу (на расстоянии миллиметров пять-семь).

процедура передачи заряда


С характерным электростатическим потрескиванием пластинки отдаляются друг от друга. Повторяем процедуру еще раз. Пытаемся зарядить лепестки настолько, чтобы развести их не менее чем на 15 мм. При полной зарядке лепестки не должны касаться стоп-линий, когда KFM установлен на горизонтальной поверхности. Кстати стоп-нити дополнительно предотвращают касание лепестками стенок банки когда прибор переносится, перекошен или наклонен.

Небольшие статические заряды могут перескакивать на зарядный провод с расстояния до 3 см от «палки-заряжалки» (используемой наэлектризованной пластмассы). Что касается напряжений, то стандартными и достаточными для зарядки прибора являются 4-5 кВ. Считается, что для искрового пробоя воздушного слоя в 1 см необходимо около 30 кВ (т.е. в случае 3 см получается напряжение ~ 90 кВ). Этого максимума возможно достичь только в помещениях с очень сухим воздухом. Правда большая часть заряда стекает с нижних углов лепестков на заземленную банку, но и оставшегося количества достаточно для нормального функционирования прибора. Как написано в оригинальном отчете, разработчики пытались использовать пьезоэлектрические зарядники (это к вопросу «а можно не тереть пластик о ткань, а зарядить пьезой от зажигалки?»). Оказалось что слишком большой заряд (около 13 кВ) пробивал воздушный объем в приборе с образованием искры и не позволял заряду накопится на лепестках. Все это не давало возможность провести адекватные измерения. Так что нужно работать по старинке.
 

Практикум. Часть IV. Измерение гамма-фона

Как и большинство конденсаторных ионизационных камер, KFM пригоден только для измерения гамма-фона, и совершенно не подходит для оценки бета- и нейтронного излучения. Сам же процесс измерения достаточно прост. Сначала устанавливаем приборчик на уровне примерно метра от земли (или на той высоте, на которой необходимо измерение фона). Заряжаем, как описано выше. И засекаем показания. Важно, чтобы при измерении глаз/камера смартфона всегда находился на одинаковом расстоянии (и желательно в одном и том же положении). Можно даже из пенопласта вырезать своеобразные посадочные места, для однотипности измерений

Ставим нашу палку-заряжалку рядом с прибором и смотрим на шкалу так, чтобы при этом верхний конец подпора касался брови над считывающим глазом (или кладем телефон и фотографируем) и считываем показания. Лучше всего держать электроскоп одной рукой, а упор другой.Можно в случае необходимости подсвечивать KFM фонариком. Меряем расстояния между лепестками после полной зарядки:


Выдерживаем KFM час (при измерении радиоактивности на минимальном уровне фона — 15 мР/ч необходимы максимально возможные выдержки, с повышением радиоактивности окружающей среды — время уменьшается) и опять измеряем:


Разница в показаниях составляет примерно 1 мм (примерно, потому что на мой взгляд там изменения меньше миллиметра, но я округлил уж до целого числа). По таблице приведенной выше находим числовое значение радиоактивного фона:



Т.е. чтобы там и кто не говорил, показания прибора достаточно точные (фон, который показывали мои «взрослые» дозиметры был примерно около 11-12 мкР/ч), учитывая высказанный выше факт о том, что «на самом деле меньше миллиметра». Правда проверить эту точность наглядно можно только на стенде (слава богу!). Но опасное превышение идентифицировать можно (от 15000 мкР/ч — в тысячу раз выше допустимой нормы). Сам разработчик прибора неоднократно говорил, что единственный недостаток — «прибор выглядит игрушкой». Я бы сюда добавил то, что во влажных условиях его достаточно сложно зарядить до минимума в 15 мм между лепестками (зато в сухой комнате достаточно просто потереть зарядную ПВХ трубку о волосы и накопленной статики вполне хватает для зарядки электроскопа). С повышением фона — уменьшается время необходимое для экспозиции. У меня не оказалось в доступности товарищей с гамма-установкой, которые могли бы проверить точность измерений прибора, а вот с применением рентгена получаются значения очень близкие к значениям, полученным с помощью дозиметра. Вообще, такую штуку вместе с зарядной палкой вполне себе могли бы всевозможные сталкеры оставлять в местах «с фоном от 0,015 Р/ч» и как напоминание для остальных и как какой-никакой сигнализатор.

Дельное замечание от wergjg:

На глазок измерить 1 мм очень сложно и это вызывает ошибку. Скорей всего, именно поэтому в исходнике, все измерения начинаются с 2 мм. Для того чтобы получить более точные значения нужно увеличить время и как следствие увеличится расстояние сближения лебесков. Ну а значение можно пересчитать по формуле степенной регрессии R=L*0.788*T^-0.96, где R- рентгены, L- расстояние в мм, T- время в минутах.

Небольшой challenge: было бы интересно услышать об опыте использования прибора от людей, проживающих на территориях с повышенным радиационным фоном. В случае Белоруси — это жители Славгорода, Костюкович, Добруша и т.п. (подробнее смотрите карту радзагрязнения за 2015 год). На территории России — это, традиционно, ВУРС и пост-чернобыльская Брянщина и Псковщина. Украина — Житомирщина, Черниговщина…