盖革计数器(Geiger counter)又叫盖革-米勒计数器(Geiger-Müller counter,又译:盖革-牟勒计数器),是一种用于探测电离辐射的粒子探测器,通常用于探测 α 粒子和 β 粒子,也有些型号盖革计数器可以探测 γ 射线及 X 射线。(Wikipedia)

原理介绍

本项目使用 SI3BG(СИ3БГ)型盖革管制作盖格计数器,可以探测 β 粒子和 γ 射线。

盖革计数器是根据射线对气体的电离性质设计成的。其探测器,即盖革管通常是在一根两端用绝缘物质密闭的金属管内充入掺加了稀有气体的稀薄气体,在沿管的轴线上安装有一根金属丝电极,并在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气体击穿电压的电压。这样在通常状态下,管内气体不放电;而当有高速粒子射入管内时,粒子的能量使管内气体电离导电,在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象,从而输出一个脉冲电流信号。

使用单片机中断处理脉冲信号,通过每秒计数(CPS)或每分钟计数(CPM)来计算等效剂量。

SI3BG 数据手册:

SI3BG_Geiger_tube_specs

  • Рабочее напряжение: 380 - 410 в
  • 工作电压: 380 - 410 V
  • Напряжение начала счета: 290 - 330 в
  • 开始计数电压: 290 - 330 V
  • Наибольшее рабочее облучение: 1300 р/ч
  • 最大工作辐射: 1300 r/h
  • Наибольший рабочий ток: 20 мка
  • 最大工作电流: 20 mA

Hardware

硬件参考了 mightyohm 的开源工程,使用全插件设计。使用 Altium Designer 绘制。

准备材料时需要注意电容的耐压,盖革管使用的座子为 6*30MM 保险丝夹。

硬件电路同样适配其他型号的盖革管,可以自行调整保险丝夹的位置或将盖革管外接。

Firmware

基于 Arduino 平台设计,使用 PlatformIO IDE 开发. 示例工程使用 stm32 开发板和 ssd1306/ssd1315 oled 屏幕。使用具有中断功能的引脚连接盖格计数器的计数输出,通过 u8g2 库完成屏幕显示功能。

调试方法

焊接完成后,将盖革驱动板的电源接在 3.3V 或接装有两节电池的电池盒,调整驱动电压。SI3BG 的驱动电压为 380-410V,由于升压后电源内阻较大,用 1MΩ 内阻的万用表测得约 200V 时盖革管即可获得 400V 电压。测试位置为二极管 D1 的阴极到 GND。

调整电压

连接任意 Arduino 开发板,将盖革驱动板的输出接在具有中断功能的引脚上,修改 OLED 屏幕的引脚定义,编译并烧录程序运行。本项目使用的 Arduino 开发板是使用 STM32FEBKC6T6 制作的,单片价格在 5 元左右。

验证是否正常工作可以使用烟雾传感器的辐射源做测试,烟雾传感器辐射源的辐射较弱,并且较多为 α 粒子,故测试出读数较小,但是明显可见计数。

GM_Counter

本装置仅供个人 DIY 学习使用,数据未经标定,仅可定性测量。请勿为验证核辐射检测仪器功能而暴露在辐射环境内,以免对身体造成损害。

Last modification:January 22, 2022
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