(resmin üzerine tıklayarak büyütebilirsiniz)SBM20 İLE GEIGER - MÜLLER SAYACI
Önce Ukrayna'daki Çernobil, sonra Japonya'daki Fukuşima nükleer santralindeki kazalar radyasyonu gündemimize yeniden getirdi. Aslında radyasyonla iç içe yaşıyoruz. Sürekli olarak "tabii radyasyon" ya da "arkaplân radyasyonu" denilen bir tür radyasyonla çevrelenmiş durumdayız. Nükleer Düzenleme Kurumu'nun (eski adı Türkiye Atom Enerjisi Kurumu) internet sayfasında yer alan Türkiye Çevresel Radyoaktivite Atlası'nda Türkiye'deki radyoaktif dağılım ayrıntılı bir şekilde gösterilmişdir.
Aşağıdaki Radyasyon Doz Kartı'nda ise, ayrıntılı bir şekilde radyasyon kaynakları gösterilmiş ve hangi kaynaktan ne kadar radyasyona mâruz kalacağımız gösterilmişdir. ( http://xkcd.com/radiation/ adresinden alınmışdır.)
(resmin üzerine tıklayarak büyütebilirsiniz)
Peki radyasyon nasıl ölçülür? Bunun için çeşitli metodlar olmakla birlikte en çok bilineni Geiger Müller sayacı adı verilen bir cihaz kullanmakdır. Geiger Müller sayacı için Geiger Müller tüpü denilen özel bir tüp kullanılır. Basıncı azaltılarak özel gazlarla doldurulan bu tüpler, yapılma şekillerine ve yapıldıkları malzemelere göre alfa, beta ve gamma ışımalarının birisi, birkaçı veya hepsini ölçmek üzere üretilmişdir. Alfa ölçümleri için mika pencereli tüpler kullanmak gerekmektedir. Pancake denilen tüpler hâriç olmak üzere, alfa-beta ve gamma ışımalarının her üçünü de ölçebilen LND712 tüpünün, 100 US$'a yaklaşan fiyatı ile bu alanın en iyisi olduğu yazılıp çizilmekdedir. Burada, SBM20 tüpü ile yapılan bir devre tanıtılacakdır.
SBM20
Rus yapımı SBM20 tüpünü, Ebay üzerinden 16 ilâ 18 US$'a temin etmek mümkündür. SBM20, fiyat / performans açısından beta ve gamma ölçümleri için idealdir.
SBM20 tüpünün teknik verileri şöyledir: (http://www.gstube.com/data/2398/ sayfasından alınmışdır)
|
Doldurulan gaz |
Ne + Br2 + Ar |
|
Katot materyali |
Paslanmaz çelik, 50 mkm |
|
Azamî uzunluk (mm) |
108/101 |
|
Etkili uzunluk (mm) |
91.0 / 83.5 |
|
Azamî çap (mm) |
11 |
|
Bağlantı şekli |
Pin |
|
Çalışma sıcaklık aralığı 0C |
-60 ilâ +70 |
|
En küçük anod direnci (MΩ) |
1.0 |
|
Önerilen anod direnci (MΩ) |
5.1 |
|
Önerilen çalışma gerilimi (v) |
400 |
|
Çalışma gerilimi aralığı (v) |
350 - 475 |
|
Başlangıç gerilimi (v) |
260 - 320 |
|
Plato uzunluğu (v) |
En azından 100 |
|
Azamî plato eğimi (%/100 v) |
10 |
|
En az ölü zaman (400V'da, mikro saniye) |
190 |
|
Çalışma aralığı (mkR/san.) |
0.004 - 40 |
|
Çalışma aralığı (mR/saat) |
0.014 - 144 |
|
Gamma hassasiyeti Ra226 (cps/mR/saat) |
29 |
|
Gamma hassasiyeti Co60 (cps/mR/saat) |
22 |
|
Tüpten kaynaklı geriplan darbesi (cps) |
1 |
|
Tüp kapasitansı (pf) |
4.2 |
|
Ömür (darbe) |
En azından 2*1010 |
|
Ağırlık (gram) |
10 / 9 |
DEVRE
Rus yapımı SBM20 tüpü ile gerçekleştirilen bu devrenin yüksek voltaj üretimi ve işaretlerin ses olarak duyulmasını sağlayan kısımları için https://sites.google.com/site/diygeigercounter/home adresindeki sayıcı devrelerinden faydalanılmışdır.
Gerçekleştirilen devre, bu konuda otorite olan bir kuruluşun laboratuvarında test edilmiş ve doğru çalıştığı belirlenmişdir.
Buraya tıklayarak devre ŞEMAsını yüksek çözünürlüklü olarak görebilirsiniz.
Devre, sâdece analog olarak kullanılabildiği gibi, bir PIC (16F628 veya 16F88) vâsıtasıyla darbelerin sayılarak netîcenin CPS (Count Per Second=Saniyedeki Darbe Sayısı), CPM (Count Per Minute=Dakikadaki Darbe Sayısı) ve uSv/h (1 saatdeki mikro Sievert) olarak görülebilmesi de mümkündür. Analog kullanımda, sâdece darbelerin sesi duyulabilir ve istenilirse LED vâsıtası ile darbeler ışıklı olarak izlenebilir. Bu durumda, devrenin, şemada kesikli çizgili bir dikdörtgen içerisinde gösterilen PIC'li kısmının yapılmasına gerek yokdur.
PIC ile kurulmuş olan devre, 1 saniye süreyle gelen darbeleri sayarak neticeyi CPS (counts per second - saniyedeki sayım) cinsinden ekrana yazmakda; ardıardına 60 adet 1 saniyelik sayım sonuçları toplanarak da CPM (counts per minute - dakikadaki sayım) cinsinden darbe sayısı ekrana yazılmakdadır. Ayrıca, SBM20 tüpü için uSv (mikro Sievert) dönüşümü de yapılmakdadır. Esâsen Co60, Ra226, Cs137 gibi herbir radyoaktif madde için dönüşümü oranı farklı olmakla birlikde genel bir kabûle dayalı olarak uSv dönüşümü için 0.0057 oranı esas aslınmışdır.
Diğer radyasyon birimlerine dönüşüme de misal vermek gerekir ise:
1mSv=1000 uSv
1mSV=100 miliRem
1 mSv=0.001 Gray
1mSV=100 miliRad
Devrenin taşınabilir olması için bir pille beslenmesi gereklidir. Bunun için 4 adet 1.5V'luk pilden elde edilecek 6v'luk gerilim 5V'luk LDO (Low Drop Out, girişi ile çıkışı arasında çok küçük farkla çalışan gerilim regülatörleri için kullanılan bir tâbirdir) bir regülatörden geçirilerek (veya 9 v'luk bir pille birlikte 5v'luk bir gerilim regülatörü kullanarak) devre beslenebileceği gibi, biraz zahmetli ve masraflı olmakla birlikte, devre 3.7 V.'luk bir Li-Ion pille de beslenebilir. Bunun için, yine ebay üzerinde satılan bir devre kullanılacaktır. Yaklaşık 3$'a satılan bu devrenin (B-) ve (B+) uçlarına 3.7v'luk bir Li-Ion pil bağlanır. Kullanılacak Li-Ion pilin kapasitesi (kaç mA'lik olduğu) size kalmış bir husustur. Düşük kapasiteli bir pil kısa çalışma süresi demekdir.
Bu devre, hazırlanan ana baskı devrenin üzerine monte edilebilir. +5V çıkışı için öngörülen USB soketinin (+) ve (-) çıkışları ana baskı devreye bağlanacaktır. Ben, -aşağıdaki resimde görüldüğü gibi- USB soketini çıkararak devrenin montajını gerçekleştirdim. Esasen baskı devre planı, USB konnektörün sökülmüş olmasına göre tasarlanmışdır. Şâyet devre normal pil ile beslenecek şekilde kurulur ise, bu şarj ve gerilim dönüştürücü devreye ihtiyaç yokdur. Bu durumda, şemada pil ve dönüştürücü etrafındaki kesikli çizgili kutuda yer alan devreye de gerek yokdur.
Çıkış USB soketi sökülmüş devre
Devre, G738 kodu ile satılan bir kutuya uygun olarak hazırlanan 125mmx100 mm büyüklüğünde bir baskı devre üzerine monte edilmiştir. (G738 kodlu kutuyu, Ankara'da Konya Sokakdaki Çerkez Elektronikden temin etdim.)
Monte edilmiş devre
Devrenin baskı devre plânını buradan indirebilirsiniz.
Devrenin, yüksek çözünürlüklü yerleştirme plânını buradan indirebilirsiniz.
Devrenin kutulanmış hâli
Devreye dâir açıklamalar ve hatırlatmalar:
1) TLC55 etrafında kurulan devre, 400V.'luk bir gerilim üretir. Dolayısı ile, bu devreye ve SBM20 tüpünün anoduna (+) giden yollara ve iletkenlere dikkat edilmesi gerekmekdedir. Akımı düşük olsa da, bu değerde bir gerilim ciddi sağlık riski ve hatta ölüm tehlikesi oluşturabilir.
Devrede mutlaka 555 tümdevresinin CMOS türü kullanılmalıdır.
Bu devrenin 400v'a ayarlanması çokturlu P1 ayarlı direnci ile yapılacakdır. Ancak, burada önemli bir sorunla karşı karşıya geldim. Devrenin verdiği akımın az oluşu sebebiyle, iç direnci düşük voltmetrelerle ölçüm doğru değeri maalesef göstermemekdedir. Bunun için en ideali 1Gigaohm'luk bir prob kullanmak ise de, bu değerde bir direnci ve probu bulmak oldukça zordur. (Ben, mouser'dan temin etdim) https://sites.google.com/site/diygeigercounter/home/assembly adresinde bu konuda oldukça faydalı bilgiler ve ölçüm değerleri yer almakdadır. Buna göre, içdirenci 10 MΩ'luk bir voltmetreyle öçüldüğünde 222v, içdirenci 90MΩ'luk bir voltmtreyle ölçüldüğünde 358v ve içdirenci 1GΩ'luk bir voltmetreyle ölçüldüğünde ise 460v okunmakdadır.
Bu değerlere göre, içdirenci 10 MΩ'luk bir voltmetreyle 193v okuduğunuzda, devre aslında 400v üretmekdedir.
2) Li-Ion pil ile devreyi beslemeyi düşününenler, Li-Ion pili LCD modülüün altına ve hemen baskı devrenin üstüne yatık olarak yerleştirmelidirler. Bu devre için Li-Ion pil ararken bir şey dikkatimi çekdi: 1000 mA'lik BL-5B pili Konya Sokakta (Ankara) 7.5 TL'ya satılırken, BL-5B pilinin de içinde olan bu değerdeki pil gövdesini almak istediğinizde en az 2 katı (15 TL) fiyat istiyorlar. Bu sebeple, telefon malzemesi satan bir yerden hazır pil almak daha akıllıca olacakdır.
BL-5B pilinin (+) ve (-) kutuplarını devreye tellerle lehimleyin ve pili baskı devreye çift taraflı yapışkan bantla tutturun.
3) Eğer arka plan aydınlatmalı bir LCD modül kullanacaksanız dikkat etmeniz gereken bir husus var: Bu modüllerde 15. ve 16. bacaklar LED geriplan aydınlatması için ayrılmışdır. Ancak, bazı modüllerde 16. bacak anot iken bazılarında 15. bacak anot olabilmekdedir. Siz kullanacağınız LCD modülün LED geriplan aydınlatmasının anot ve katot uçlarını tesbit ederek, anodu R-LED üzerinden (+5v'a) ve katot pad'ini de (GND'a) bağlayın. R-LED için 150 Ω optimum bir değer olmakla birlikde, daha parlak bir arkaplan aydınlatması isteyenler bu direncin değerini düşürebilirler. Ancak, bu değer düştükçe devrenin akım harcamasının da artacağı akıldan çıkarılmamalıdır.
4) Devrede PIC olarak 16F628 kullanılmışdır. Ancak, uygun yazılım yüklenerek 16F88 de kullanılabilir. (Her iki PIC için gerekli yazılım aşağıda verilmişdir) Dikkat edilmesi gereken husus kullandığınız PIC'in 20 MHz'de çalışabiliyor olmasıdır.
5) Kondansatör gerilim değerlerine mutlaka uyulmalıdır.
6) SBM20 tüpünün önü mümkünse açık tutulmalıdır. Böylece devrenin beta hassasiyeti azaltılmamış olur.
7) Radyoaktivitenin miktarını sayısal olarak görmek sizin için önemli değilse, PIC ve LCD'yi devreden çıkararak, -geleneksel Geiger sayaçlarında olduğu gibi- tık seslerinin sayı ve sıklığından da göreceli bir bilgi edinebilirsiniz.
YAZILIM