Ни клея, ни соплей. Самоделка ли это?
Ни клея, ни соплей. Самоделка ли это?

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.

СБМ-20. Очень старая и не самая точная на свете трубка для дозиметров и радиометров
СБМ-20. Очень старая и не самая точная на свете трубка для дозиметров и радиометров

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.

На людей, которые тыкают в камень черными коробками горожане привычно не обращают внимания
На людей, которые тыкают в камень черными коробками горожане привычно не обращают внимания

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.

Теперь вместо 8 минут под ветром с Залива можно проводить всего 5
Теперь вместо 8 минут под ветром с Залива можно проводить всего 5

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

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)


  1. Jury_78
    02.06.2022 13:14
    +9

    напряжение постоянного тока

    но почему

    После того, как напряжение подано, внутри трубки появится электромагнитное поле

    а не электрическое?


    1. ibrin
      03.06.2022 15:04
      +3

      Электрическое поле, в нашем случае, есть электромагнитное поле с нулевой магнитной составляющей. Этож феномен электромагнетизма, в котором электрические и магнитные поля порождают друг друга.


      1. GrakovNe Автор
        03.06.2022 16:59

        я ждал этого комментария!


  1. aliencash
    02.06.2022 13:18

    Интересно, при каком значении фона вся система окочурится? И в какой последовательности будут дохнуть компоненты? )


    1. Firelander
      02.06.2022 14:59
      +5

      При 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.


      1. dem0crypt
        02.06.2022 15:49

        Почему ноль? разве не уйдет в насыщение счетчика по максимальному возможному значению?


        1. pfg21
          02.06.2022 18:19
          +1

          генератор высокого напряжения в таких схемах достаточно слабый и большое количество импульсов его истощит - трубка "забьется" импульсами :)


          1. SergeyMax
            02.06.2022 20:03
            +2

            В 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.


            1. 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.


            1. stalinets
              03.06.2022 00:08
              +2

              На 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.


  1. SolarisSun
    02.06.2022 13:53
    +1

    Фон 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


    1. fougasse
      02.06.2022 14:09

      Миф про метро больше


      1. Tujh
        02.06.2022 14:15

        Или про гранитные плиты, которыми обшито здание Астории


    1. Ubuntaykin
      02.06.2022 14:40
      +2

      Понятно, что фонят примеси урана и тория в граните, и, конечно, ещё больше - продукты их радиоактивного распада.


      1. Ingwarl
        03.06.2022 09:24

        В граните фонит калий 40


    1. Jury_78
      02.06.2022 15:00

      Слышал про набережную... Еще про угольный шлак говорят, но не проверял.


    1. Ingwarl
      03.06.2022 09:52

      Как сказывается отсутствие континентов и образование из вулканической (sic!) магмы на радиоактивность гранитов?


  1. baldr
    02.06.2022 14:39
    +2

    По-моему, дело не просто в граните, а в радоне. Вот была уже статья на хабре про это.


    1. victor_1212
      02.06.2022 18:51

      конечно 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


      1. Ingwarl
        03.06.2022 09:42
        +1

        радону 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.


        1. victor_1212
          03.06.2022 17:54

          спасибо, это полезно


  1. Sh0daN
    02.06.2022 15:01
    +5

    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.

    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.


    1. jar_ohty
      02.06.2022 15:43

      Если бета там не сильно мягкая, то СБМ-20 к ней вполне чувствителен.


      1. dem0crypt
        02.06.2022 15:51

        главное чтобы пластиковый корпус был полностью для беты прозрачен


  1. Stalkershoc
    02.06.2022 15:25

    Так то круто конечно, но пройдет ли прибор поверку СИ?


    1. GrakovNe Автор
      02.06.2022 15:25
      +4

      конечно нет :)


    1. KbRadar
      03.06.2022 09:42

      Зависит от методики поверки :)


  1. olezh
    02.06.2022 15:27
    +6

    Ладно 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


    1. pae174
      02.06.2022 15:51
      +8

      В 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.

      https://ru.wikipedia.org/wiki/Хейнясенмаа_(архипелаг)


  1. alcanoid
    02.06.2022 15:37

    А 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.


    1. Ingwarl
      03.06.2022 09:44

      самое главное - там эффективная вентиляция


  1. jar_ohty
    02.06.2022 15:43
    +2

    Откройте 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.


    1. dem0crypt
      02.06.2022 15:55

      Цифра 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.


      1. zatim
        02.06.2022 16:05

        ДП-5 вроде бы проградуирован минимум 5 мкР/ч?


        1. jar_ohty
          02.06.2022 16:07

          Нет, там шкала от 50 мкР/ч начинается, а более низкие МЭД можно только по щелчкам оценивать.


      1. jar_ohty
        02.06.2022 16:25

        Нет, это соответствует норме облучения для категории Б, определенной в НРБ-76, 0,5 бэр/год. С тех пор нормы были пересмотрены.


  1. Radisto
    02.06.2022 16:28

    Измерять активность дозиметром нужно с большой осторожностью. Альфа- активные источники будут на нем в принципе ненаблюдаемы. Да и с бетой будет не всё хорошо.


    1. quwy
      02.06.2022 19:49

      Смотря какой датчик. Слюдяной в точно такой же схеме включения отлично ловит почти всю бету и немного альфы.


  1. technomancer
    02.06.2022 16:42
    +15

    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.

    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.


  1. danfee
    02.06.2022 16:46
    -8

    внутри трубки появится электромагнитное поле

    срочено в школу. учится, вам рано писать статьи.


    1. 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


  1. amarao
    02.06.2022 17:11

    А если радиация без фотонов? Например, альфа-бета? Или, ещё лучше, облачко радона для вдыхания.


    1. GrakovNe Автор
      02.06.2022 17:17

      СБТ-20 не реагирует на альфа-излучение, которое останавливается металлом трубки. На жесткую бету срабатывает, как правило


    1. victor_1212
      02.06.2022 18:59

      облачко радона только специальным прибором можно проверить, например таким


      1. Alexufo
        03.06.2022 02:31
        +1

        Он может измерять только на длительной дистанции. Неделя работы нормально


        1. victor_1212
          03.06.2022 09:48

          это модель для дома, у меня в подвале уже много лет, достаточно точно показывает через пару дней, кругом гранит, поэтому полезно знать что в воздухе


  1. quwy
    02.06.2022 19:51
    +2

    Обернем 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.


  1. VT100
    02.06.2022 21:15

    реализовать подсчет скользящего среднего с алгоритмом обработки выбросов,

    А разве не проинтегрировать все импульсы?


    1. randomsimplenumber
      03.06.2022 07:32

      Если есть счётчик - проще сосчитать. Если стрелочный индикатор - проще интегрировать.


  1. KbRadar
    03.06.2022 09:51
    +1

    Скоро надоест по 8 минут торчать на каждом месте и начнутся сцинтилляторы, сиФЭУ, спектрометры всякие. Осторожно, увлечение конструированием детекторов ИИ заразно и опасно!


    1. Ivanii
      04.06.2022 09:54

      СРП-68 прекрасно спасает от сидения на месте в ожидании результатов, вот только цены на них ушли в космос.


      1. KbRadar
        04.06.2022 20:32

        И позволяет поднакачать мускулатуру при переноске. Сейчас есть много современных аналогов гораздо меньше и легче.


        1. 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...


  1. danfee
    03.06.2022 22:03
    -2

    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.

    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..


  1. Gudd-Head
    05.06.2022 10:07

    Когда фотон, который несет в себе достаточно энергии

    Наверное, лучше не фотон, а более широко - ионизирующая частица.