Около двух лет я живу в Петербурге. По мостовым и набережным города я гуляю и того больше, а местную легенду о том, что гранитные камни на них, радиоактивны настолько, что петербуржцы готовят на них шаверму, я слышу чуть ли не с самого рождения.
Так ли они фонят на самом деле? В городе, вообще, можно найти хоть сколько-нибудь значимый уровень гамма-излучения? Чтобы это проверить, сегодня я покажу как за полчаса собрать дозиметр, с которым мы выясним, насколько городские легенды правдивы и что с этим делать.
Как работает дозиметр?
Давайте возьмем стеклянную трубку, через которую продета металлическая проволока. Теперь закачаем в эту трубку какой-нибудь инертный газ вместо воздуха и запаяем ее так, чтобы конец проволоки торчал наружу, но трубка оставалась герметичной.
Обернем эту трубку фольгой и подадим на нее и проволоку высокое напряжение постоянного тока. 230 вольт будет достаточно.
После того, как напряжение подано, внутри трубки появится поле высокой напряженности, но из-за того что наш инертный газ (и стекло, кстати, тоже) - неплохой диэлектрик, ток никуда не потечет.
Подождем, пока наш импровизированный конденсатор вдруг не начнет периодически пробивать, вопреки предположению из предыдущего абзаца. Причем, пробой будет происходить стабильно и ритмично.
Поздравляю, у вас радиоактивный фон!
Когда фотон, который несет в себе достаточно энергии, пролетает через трубку, он передает ее газу внутри. Этот газ, после небольшой цепной реакции, на мгновение ионизируется и становится проводником.
Ток, который больше ничего не сдерживает, начинает течь от проволоки к фольге, а напряжение между ними падает. Когда фотон перестает воздействовать на атомы газа, тот снова становится диэлектриком и ток течь перестает. И так, пока либо в трубке не закончится газ, либо вокруг нее фотоны.
Именно так, уже без малого 100 лет, работает счетчик Гейгера-Мюллера, сделать который можно даже в гараже, если у вас есть трубка, фольга, электричество, и чуть-чуть инертного газа.
Но это еще не дозиметр. Такой прибор всего лишь реагирует на каждую пролетевшую сквозь него частицу, а дозиметр показывает накопленную дозу радиации. Проще говоря, количество частиц, которые пролетели через него за единицу времени, в пересчете на какие-то понятные величины.
Чтобы дозиметр получился, нужно добавить к тому что мы сделали детектор пробоя и сумматор разрядов, реализовать подсчет скользящего среднего с алгоритмом обработки выбросов, привести показания к нужной шкале и нарисовать их на дисплее.
Прототипируем на коленке
Моя задача в том, чтобы выяснить, как там дела с гранитом у Медного Всадника, а не собрать еще один плохо сделанный DC-DC преобразователь напряжения вокруг очередной трубки СБМ из New Old Stock запасов из карманов Родины.
Поэтому я пошел и купил готовый счетчик Гейгера, который уже умеет делать все подсчеты и коррекцию, и отдает нормализованные данные в I2C.
Теперь остается только быстренько прикрутить его к какому-нибудь контроллеру и прогуляться по улицам.
Коротенькое признание
Откровенно говоря, я бы и этим не стал заниматься, попадись мне готовый дозиметр с Wi-Fi и толковым веб-интерфейсом по вменяемой цене
В качестве контроллера я взял ESP-8266 в виде отладочной платки NodeMCU.
Он позволит мне сэкономить на дисплее, завязав все отображение данных и управление на простеньком web-интерфейсе, а его радиоактивная неустойчивость не является для меня проблемой: если вдруг выяснится что мой дозиметр отказал из-за высокого уровня гамма-излучения, сломанный дозиметр будет не самой главной моей проблемой.
Про сборку рассказывать особо нечего: берем готовый модуль и прикручиваем его к другому готовому модулю, после чего пишем код на готовых библиотеках и смотрим на данные из браузера.
Хорошая новость в том, что я не умру от радиации. Плохая - в том, что пользоваться этим прототипом можно только пока он лежит на столе.
Пакуем в корпус
Наш дозиметр должен быть портативным, компактным и максимально простым. Поэтому ни дисплея, ни клавиш управления у него не будет, их заменит веб-интерфейс.
Единственное требование к корпусу, это наличие каких-то отверстий. И то, не для того, чтобы трубка лучше воспринимала фотоны, которые и без дырок отлично пролетят через пластиковую стенку, а банально для охлаждения контроллера.
После того, как корпус распечатан, упаковываем в него начинку и идем смотреть на набережные.
То, ради чего, все затевалось
Прикладываем коробочку к камню и ждем положенные 8 минут. Это время нужно, потому что модуль со счетчиком Гейгера возвращает в качестве результатов измерения два параметра:
Интенсивность излучения (мкР/ч) c алгоритмом сильного усреднения, для точного измерения излучения за большой промежуток времени (500с).
Интенсивность излучения (мкР/ч) c алгоритмом регистрации локальных источников и загрязнений с динамическим диапазоном времени расчета.
Поскольку у нас MVP дозиметра, UI умеет показывать только данные с сильным усреднением и, если не выждать нужное время, данные не сойдутся с реальностью. Можно успеть выпить стаканчик кофе.
Итак, миф не подтвержден, но и не разрушен.
С одной стороны, гранит действительно фонит, и это хорошо заметно на графике. Измерения начинают попадать в желтую зону сразу после того как дозиметр оказался на камне.
С другой - фон не только попадает в допустимые значения, но и вообще считается безопасным, поскольку не превышает 60 мкР/ч.
Ниже карта с местами, где я отметил значения, которые удалось измерить.
Короче говоря, хоть сколько-нибудь опасного для человека фона я не нашел, сколько ни старался. Причем, циферки на желтом фоне я смог получить только вплотную приложив дозиметр к граниту. Уже в полуметре от них фон возвращается к привычным зеленым значениям.
А вот что меня удивило, так это уровень фона в метро. Там он немного ниже, чем в среднем на поверхности.
То, что нужно было сделать с самого начала
Первое, что сделало мои замеры сложнее, это необходимость стоять по 8 минут на одной точке на весеннем ветру, поэтому на UI дозиметра я добавил переключатель между режимами измерения.
Второе - это сохранение измерений. До сих пор дозиметр никак не хранил показания, кроме как на экране пользователя, а кинуть коробку в рюкзак и пройтись по улицам хотелось.
Поэтому я добавил буфер значений, который позволит записывать раз в пять минут и хранить результаты измерений в энергонезависимой памяти контроллера, а при загрузке странички, показывать их на том же графике.
Что теперь умеет дозиметр?
Получившийся дозиметр, как ему и положено, измеряет радиацию. У меня нет поверенного дозиметра, чтобы сверить их показания, как нет и стабильного источника гамма-излучения, чтобы проверить, действительно ли показания верны.
Поэтому, все что мне остается, это верить показаниям и считать что они правдивы.
Кроме этого, дозиметр умеет выступать в качестве точки доступа WiFi или работать в уже готовой сети.
Чтобы посмотреть показания счетчика, достаточно пройти по ссылке http://ymeter.local внутри локальной сети
После того, как страничка откроется, на ней будут текущие показания радиоактивного фона и график измерений за последние несколько часов с отрезками по пять минут, после чего раз в секунду будет отрисовываться новое полученное от трубки значение
Чтобы настроить работу дозиметра в сети, придется сходить по адресу к которой можно подключаться по адресу http://ymeter.local:8080/
Дозиметр как часть умного дома
Разумеется, большую часть времени, счетчик радиации стоит дома на полочке и показывает домашний умеренный фон. И, поскольку дома я держу настроенный Home Assistant, сложно было удержаться от еще одной интеграции.
Конфигурация для Home Assistant
- platform: rest
resource: http://192.168.0.63/statistic
name: Y Sensor
unit_of_measurement: " uR/h"
value_template: "{{ value_json['staticIntensity'] }}"
Хочу такое же
Ниже я оставлю набор ссылок на все, что может потребоваться, чтобы собрать такое же устройство у себя дома
Готовый счетчик Гейгера-Мюллера от RadSense (не реклама).
Библиотечка от авторов модуля для быстрого прикручивания его к AVR/ARM контроллерам.
Почему в прошивке нет .ino файлов
Я действительно написал прошивку не в Arduino IDE, а в Platform.IO, которая позволяет получить все то же самое, но использует другой компилятор и может интегрироваться в Clion или VsCode. Но код, который получился в итоге, отлично может быть скомпилирован и из Arduino IDE, куда его придется перенести.
Напоследок
Конечно, я мог пойти и купить готовый дозиметр любого класса точности, даже поверенный и сертифицированный. Моей задачей было прогуляться по городу и хорошо провести время за развенчиванием милой городской легенды, и я очень люблю DIY.
А еще, хобби - это увлекательно.
Комментарии (55)
aliencash
02.06.2022 13:18Интересно, при каком значении фона вся система окочурится? И в какой последовательности будут дохнуть компоненты? )
Firelander
02.06.2022 14:59+5При таком значении, при котором пользователю будет уже будет не важно что со схемой
Ну вообще конечно раньше трубка "забьётся". Перейдет в режим непрерывного разряда, при котором невозможно будет считать отдельные импульсы и дозиметр будет показывать ноль, что довольно опасно, конечно, но с таким уровнем фона простому обывателю крайне сложно столкнуться.
dem0crypt
02.06.2022 15:49Почему ноль? разве не уйдет в насыщение счетчика по максимальному возможному значению?
pfg21
02.06.2022 18:19+1генератор высокого напряжения в таких схемах достаточно слабый и большое количество импульсов его истощит - трубка "забьется" импульсами :)
SergeyMax
02.06.2022 20:03+2В комментах к каждой подобной статье рассказывают эту байку, но например мой простейший дозиметр при больших уровнях радиации забивается до непрерывного пробоя, он конечно в каком-то смысле перестаёт считать, но при этом непрерывно пищит, так что с ситуацией полного отсутствия излучения этот случай никак не перепутать.
technomancer
02.06.2022 21:45+1"Байка", вероятно, основана на старых приборах, где звуковая индикация представляла из себя именно щелчки динамика. Предположу, что при запредельных уровнях у чего-нибудь типа ДП-5 стрелка будет гнуться об ограничитель, а телефоны - молчать. В схему очень давно не заглядывал, а на практике проверять не полезу. Но если кто-то оказывался в под таким фоном - буду очень благодарен за подтверждение или опровержение гипотезы.
stalinets
03.06.2022 00:08+2На Ютубе есть видео Олега Айзона "Опасный эффект - зашкал", он там проверяет некоторые дозиметры именно на зашкал. Радексы и Соексы затыкаются только так. А Терра-П, Радиаскан, вроде МКС-01СА1М - продолжают работать. Сцинтилляционный АтомФаст вроде тоже умеет определять зашкал.
SolarisSun
02.06.2022 13:53+1Фон гранита несколько выше окружающего, не только причине примесей, но и по причине что камень образовался из вулканической магмы когда на Земле еще не было континентов, не говоря уже про любимый Питер :)
зы. про миф "фонящие гранитные набережные" чёт не припомню, что слышал
Ubuntaykin
02.06.2022 14:40+2Понятно, что фонят примеси урана и тория в граните, и, конечно, ещё больше - продукты их радиоактивного распада.
Ingwarl
03.06.2022 09:52Как сказывается отсутствие континентов и образование из вулканической (sic!) магмы на радиоактивность гранитов?
baldr
02.06.2022 14:39+2По-моему, дело не просто в граните, а в радоне. Вот была уже статья на хабре про это.
victor_1212
02.06.2022 18:51конечно в радоне, гранит таки снаружи, а радоном человек дышит, если строить на граните радон практически всегда в подвал проникнет, весь вопрос сколько его там будет
Ingwarl
03.06.2022 09:42+1радону нужно ещё найти выход из монолита камня и это не всегда возможно (диффузия затруднена, т.к. атомы аргона слишком крупные). Например, калий-аргоновый метод абсолютной датировки возраста пород основан на соотношении калия 40 и аргона 40 в граните. Кстати, аргон 40, который образуется в результате распада калия 40, не радиоактивен.
Sh0daN
02.06.2022 15:01+5Короче говоря, хоть сколько-нибудь опасного для человека фона я не нашел, сколько ни старался. Причем, циферки на желтом фоне я смог получить только вплотную приложив дозиметр к граниту. Уже в полуметре от них фон возвращается к привычным зеленым значениям.
К левой части Шкиперского протока прогуляйтесь ;)
Впрочем, говорят, там уже [сравнительно] чисто.
PS это не про гранит, разумеется.
UPD: впрочем, плохой совет — память меня подводит, и светило там бетой. Так что с этим конкретным дозиметром там делать, наверное, нечего.
olezh
02.06.2022 15:27+6Ладно набережная, есть же намного интереснее места, например в окрестностях Октябрьской набережной, где в здании 44, корпус 2 есть работающий ядерный реактор.
Или рядом с радиевым институтом Хлопина 2-й Муринский пр., 28, где по слухам в почву много чего утекло
pae174
02.06.2022 15:51+8В Ладожском озере на группе островов Хейнясенмаа в 1960х годах вояки проводили испытания "грязной бомбы". После испытаний побросали там всё, чистить ничего не стали. И в результате 30 лет всё это ихнее радиоактивное говно тупо стекало в Ладогу и оттуда в Неву. Только в 1990х местные власти озаботились деактивацией тамошней территории, строительством могильника и развешиванием табличек, запрещающих оставшимся в живых местным жителям собирать там грибы.
alcanoid
02.06.2022 15:37А вот что меня удивило, так это уровень фона в метро. Там он немного ниже, чем в среднем на поверхности.
Так там всё надёжно затюбинговано толстым железобетоном. А за ним вовсе не граниты, в отличие, например, от стокгольмского метрополитена. И в отделке гранитов использовано не так много, чтобы существенно на фон повлиять.
jar_ohty
02.06.2022 15:43+2Откройте НРБ и поищите там эту пресловутую цифру в 60 мкР/ч. Вы ее там не найдете, ее там нет. Зато есть другая цифра: 1 мЗв/год от техногенных источников. 1 мЗв в год - это 0,11 мкЗв/ч. Природный фон при этом условно не нормируется. То есть, если считать природным фоном 0,1 мкЗв/ч, допустимая МЭД с учетом искусственных источников, стройматериалов и прочего должна быть не более 0,21 мкЗв/ч.
Разумеется, касается это ситуации постоянного нахождения в условиях такого уровня радиации. Если, например, человек живет при МЭД 0,1 мкЗв/ч без техногенного вклада, а на 8 часов приходит на работу и там работает при МЭД 0,6 мкЗв/ч, то и это нормально и за год он не превысит норму в 1 мЗв.
dem0crypt
02.06.2022 15:55Цифра 60 мкР/ч встречалась мне в советском документе 72 года, когда никакого Чернобыля еще не было,и люди к угрозе радиации относились не так серьезно. Скорее всего за основу взят нижний предел измерений счетчиков серии ДП-5. По логике, мол если ничего не показывает, значит безопасно.
jar_ohty
02.06.2022 16:25Нет, это соответствует норме облучения для категории Б, определенной в НРБ-76, 0,5 бэр/год. С тех пор нормы были пересмотрены.
Radisto
02.06.2022 16:28Измерять активность дозиметром нужно с большой осторожностью. Альфа- активные источники будут на нем в принципе ненаблюдаемы. Да и с бетой будет не всё хорошо.
technomancer
02.06.2022 16:42+15Давайте возьмем стеклянную трубку, через которую продета металлическая
проволока. Теперь закачаем в эту трубку какой-нибудь инертный газ вместо
воздуха и запаяем ее так, чтобы конец проволоки торчал наружу, но
трубка оставалась герметичной.Настроился уже выделять в календаре место под серьёзный проект. И тут:
Поэтому я пошел и купил готовый счетчик Гейгера, который уже умеет
делать все подсчеты и коррекцию, и отдает нормализованные данные в I2C.
danfee
02.06.2022 16:46-8внутри трубки появится электромагнитное поле
срочено в школу. учится, вам рано писать статьи.
GrakovNe Автор
02.06.2022 16:52+11"Учиться" - пишется с мягким знаком и большой буквой в начале предложения. Как человек, закончивший школу, говорю :)
А если серьезно, то спасибо что заметили. Я поправлю
amarao
02.06.2022 17:11А если радиация без фотонов? Например, альфа-бета? Или, ещё лучше, облачко радона для вдыхания.
GrakovNe Автор
02.06.2022 17:17СБТ-20 не реагирует на альфа-излучение, которое останавливается металлом трубки. На жесткую бету срабатывает, как правило
victor_1212
02.06.2022 18:59облачко радона только специальным прибором можно проверить, например таким
Alexufo
03.06.2022 02:31+1Он может измерять только на длительной дистанции. Неделя работы нормально
victor_1212
03.06.2022 09:48это модель для дома, у меня в подвале уже много лет, достаточно точно показывает через пару дней, кругом гранит, поэтому полезно знать что в воздухе
quwy
02.06.2022 19:51+2Обернем эту трубку фольгой и подадим на нее и проволоку высокое напряжение постоянного тока. 230 вольт будет достаточно.
Через стекло ничего работать не будет работать (по крайней мере при напряжении ниже десятка-другого киловольт). Оба электрода должны контактировать с газом внутри баллона.
VT100
02.06.2022 21:15реализовать подсчет скользящего среднего с алгоритмом обработки выбросов,
А разве не проинтегрировать все импульсы?
randomsimplenumber
03.06.2022 07:32Если есть счётчик - проще сосчитать. Если стрелочный индикатор - проще интегрировать.
KbRadar
03.06.2022 09:51+1Скоро надоест по 8 минут торчать на каждом месте и начнутся сцинтилляторы, сиФЭУ, спектрометры всякие. Осторожно, увлечение конструированием детекторов ИИ заразно и опасно!
Ivanii
04.06.2022 09:54СРП-68 прекрасно спасает от сидения на месте в ожидании результатов, вот только цены на них ушли в космос.
KbRadar
04.06.2022 20:32И позволяет поднакачать мускулатуру при переноске. Сейчас есть много современных аналогов гораздо меньше и легче.
Ivanii
05.06.2022 08:26"Аналогами" найдешь точку превышения 40 мкР/ч над фоном 15мкР/ч на приусадебном участке за вменяемое время? И стоят современные аналоги космических денег. Блок на груди не сильно мешает, а палку сильно не изменишь...
danfee
03.06.2022 22:03-2Ток, который больше ничего не сдерживает, начинает течь от проволоки к фольге, а напряжение между ними падает. Когда фотон перестает воздействовать на атомы газа, тот снова становится диэлектриком и ток течь перестает. И так, пока либо в трубке не закончится газ, либо вокруг нее фотоны.
что? а почему в трубке закончится газ?
и подадим на нее и проволоку высокое напряжение постоянного тока. 230 вольт будет достаточно.
если быть точным, то от 230 вольт счётчик Гейгера не заработает. начало счёта вольт 350.
и откуда взялась цифра 230? вы сетевое напряжение выпрямили? так после выпрямления получится 230*1,41=324В. этого маловато для работы счётчика..
Gudd-Head
05.06.2022 10:07Когда фотон, который несет в себе достаточно энергии
Наверное, лучше не фотон, а более широко - ионизирующая частица.
Jury_78
но почему
а не электрическое?
ibrin
Электрическое поле, в нашем случае, есть электромагнитное поле с нулевой магнитной составляющей. Этож феномен электромагнетизма, в котором электрические и магнитные поля порождают друг друга.
GrakovNe Автор
я ждал этого комментария!