Основні характеристики приладу:

- діапазон вимірювання потужності дози - 0,1 .. 5000 мкЗв / год;

- діапазон вимірювання накопиченої дози - до 9,9 Зв;

- похибка вимірювання - ± 25%;

- живлення - 2 гальванічних елементи типорозміру "ААА";

- час безперервної роботи від одного комплекту батарей - 60 год.



Рис.2.13. Дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА»

Найбільш відомими є приладами ТМ «ECOTEST» є «ТЕРРА» і МКС-У. Дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА» - професійний прилад, який успішно використовувався на Близькому Сході українськими миротворцями. Знаходиться на озброєнні в українській армії.

Призначення.

Вимірювання потужності еквівалентної дози (ПЕД) гамма-та рентгенівського випромінювань. Вимірювання еквівалентної дози (ЕД) гамма-та рентгенівського випромінювань. Вимірювання поверхневої щільності потоку бета-частинок. Вимірювання часу накопичення еквівалентної дози. Вимірювання реального часу (годинник).

Особливості.

Наявність п'яти незалежних вимірювальних каналів з почерговим виведенням інформації на один рідкокристалічний індикатор. Вбудований гамма-, бета-чутливий лічильник Гейгера-Мюллера. Оперативна оцінка гамма-фону протягом 10 секунд. Автоматичне віднімання гамма-фону при вимірюванні бета-забрудненості. Усереднення результатів вимірювань з можливістю ручного та автоматичного його переривання. Автоматичний вибір інтервалів та діапазонів вимірювань. З вукова сигналізація кожного зареєстрованого гамма-кванта чи бета-частинки c можливістю її відключення. Двотональна звукова сигналізація перевищення запрограмованих п орогових рівнів. Підсвітка цифрового індикатора. Два гальванічні елементи живлення типорозміру ААА. Індикація розрядки джерела живлення. Ударостійкий корпус. Малі габарити і вага.

Основні технічні характеристики:

Діапазони вимірювань та відносні основні похибки:

- Потужності еквівалентної дози гамма-та рентгенівського випромінювань (137Cs) мкЗв / год 0,1 ... 9 999; ± 15%

- Еквівалентної дози гамма-та рентгенівського випромінювань (137Cs) мЗв 0,001 ... 9 999; ± 15%

- Щільності потоку бета-частинок (90Sr +90 Y) 1 / (см ? · хв) 10 ... 100 000; ± 20%

- Часу накопичення еквівалентної дози та точність вимірювання 1хв ... 100год; ± 0,1 с за 24год.

Енергетичні діапазони вимірювань та енергетична залежність:

- Гамма-та рентгенівського випромінень MeB 0,05 ... 3,0; ± 25%

- Бета-випромінень MeB 0,5 ... 3,0;

Дискретність програмування порогових рівнів: - по потужності дози - по дозі - по щільності потоку мкЗв / год мЗв 10 ? / см ? · хв 0,01 0,01 0,01.

Тимчасові інтервали вимірювань секунди 1 ... 70 Час безперервної роботи від нових елементів живлення години 2000 Діапазон робочих температур ° С -20 ... +50 Маса кг 0,15 Габарити мм 120 ? 52 ? 26.



Рис.2.14. Дозиметр-радіометр универсальный МКС-У

Дозиметр-радіометр універсальний призначений для вимірювання іонізуючих випромінювань (радіації) включаючи:потужність еквівалентної дози (ПЕД) гамма-випромінювання; еквівалентну дозу гамма-випромінювання; поверхневу щільність потоку бета-частинок; поверхневу щільність потоку альфа-часток за допомогою блоку детектування альфа-випромінювання БДПА-07 (за спеціальним замовленням); щільність потоку теплових і швидких нейтронів за допомогою блоку детектування нейтронного випромінювання БДПН-07 (за спеціальним замовленням).

У дозиметр-радіометра програмуються значення порогових рівнів ПЕД гамма-випромінювання, поверхневої щільності потоку бета-частинок.

У приладі реалізований автоматичний вибір інтервалів та діапазонів вимірювань, підсвічування і звукова сигналізація при реєстрації гамма-квантів, бета-частинок та перевищення запрограмованих порогових рівнів ПЕД чи щільності потоку бета-частинок. Прилад має аналоговий індикатор інтенсивності випромінювання, показує розряд елементів живлення і має вбудовану пам'ять на 4096 результатів вимірювань і може підключатися до ПК для передачі даних (через ІЧ-порт). Прилад пройшов військове приймання, в комплект поставки може входити контрольний джерело Cs-137.

Прилад може використовуватися для виявлення, локалізації та вимірювання джерел радіоактивного випромінювання різними службами контролю (персоналом атомних станцій, радіологічних лабораторій, співробітниками аварійних служб, цивільної оборони, пожежної охорони, поліції, співробітниками митних і прикордонних служб), в медицині, в армії, радіаційного моніторингу навколишнього середовища, територій та об'єктів тощо.

2.5 Використання радіонуклідів і нейтронів в медицині

Медичні додатки радіонуклідів можна представити двома групами. Одна група - це методи, які використовують радіоактивні індикатори (мічені атоми) з діагностичними та дослідницькими цілями. Інша група методів заснована на застосуванні іонізуючого випромінювання радіонуклідів для біологічної дії з лікувальною метою. До цієї ж групи можна віднести бактерицидну дію випромінювання.

Метод мічених атомів полягає в тому, що в організм вводять радіонукліди і визначають їх місцезнаходження та активність в органахі тканинах. Так, наприклад, для діагностування захворювання щитовидної залози в організм вводять радіоактивний йод 53 I, частина якого концентрується в цій залозі.

Лічильником, розташованим поблизу від неї, фіксують накопичення йоду. За швидкістю збільшення концентрації радіоактивного йоду можна робити діагностичний висновок про стан щитовидної залози.

Рак щитовидної залози може давати метастази в різні органи. Накопичення радіоактивного йоду в них може дати інформацію про метастази.

Для виявлення розподілу радіонуклідів у різних органах тіла використовують гамма-топограф (СЦИНТИГРАФІЇ), який автоматично реєструє розподіл інтенсивності радіоактивного препарату. Гамма-топограф являє собою скануючий лічильник, який поступово проходить великі ділянки над тілом хворого. Реєстрація випромінювання фіксується, наприклад, штриховий відміткою на папері. На рис. 2.14.а) схематично показано шлях лічильника, а на рис. 2.14, б - реєстраційна картка.

Рис.2.15. Реєстрація випромінювання: а) схематично показано шлях лічильника; б) реєстраційна картка

Застосовуючи радіоактивні індикатори, можна простежити за обміном речовин в організмі. Обсяги рідин в організмі важко виміряти безпосередньо, метод мічених атомів дозволяє вирішити цю задачу. Так, наприклад, вводячи певну кількість радіоактивного індикатора в кров і витримавши час для його рівномірного розподілу по кровоносній системі, можна по активності одиниці об'єму крові знайти її загальний обсяг.

Гамма-топограф дає порівняно грубий розподіл іонізуючого випромінювання в органах. Більш детальні відомості можна отримати методом авторадіографії.

У цьому методі на досліджуваний об'єкт, наприклад біологічну тканину, наноситься шар чутливої ??фотоемульсії. Вміщені в об'єкті радіонукліди залишають слід у відповідному місці емульсії, як би фотографуючи себе (звідси і назва методу). Отриманий знімок називають радіоавтографія або авторадіограмм.

На рис. 2.15. ілюструється застосування цього методу. Тут зображені фолікул щитовидної залози щура (а) і авторадиограмм (б) того ж фолікула після введення амінокислоти (лейцину), міченної радіоактивним 14С.

Рис.2.16. Методом авторадіографії

Проявлені зерна срібла (темні крапки в фотоемульсії на рис. 2.16) вказують розподіл 14С в фолікулі.

У живий організм радіоактивні атоми вводяться в такій невеликій кількості, що ні вони, ні продукти їх розпаду не надають шкоди організму.

Лікувальне застосування радіонуклідів в основному пов'язано з використанням ?-випромінювання (гамма-терапія).



Рис.2.17. Сліди від радіоактивного випромінювання. Фотоемульсія

2.6 Кількісна оцінка біологічної дії іонізуючого випромінювання. Еквівалентна доза

Для даного виду випромінювання біологічна дія зазвичай тим більше, чим більше доза випромінювання. Однак різні випромінювання навіть при одній і тій же поглиненій дозі надають різний вплив.

У дозиметрії прийнято порівнювати біологічні ефекти різних випромінювань з відповідними ефектами, викликаними рентгенівським і ?-випромінюваннями.

Коефіцієнт К, що показує, у скільки разів ефективність біологічної дії даного виду випромінювання більше, ніж рентгенівського або ?-випромінювання, при однаковій дозі випромінювання в тканинах, є коефіцієнтом якості. У радіобіології його називають також відносною біологічною ефективністю (ОБЕ).

Коефіцієнт якості встановлюють на основі дослідних даних. Він залежить не тільки від виду частинки, але і від її енергії. Наведемо наближені значення К (табл. 2.1) для деяких випромінювань (в дужках вказана енергія частинок).

Таблиця 2.1

	К
Рентгенівське ? і ? випромінювання	1
Теплові нейтрони(-0,01 эВ)	3
Нейтрони (5 МэВ)	7
>>(0,5 МэВ)	10
? -випромінювання	20

Поглинена доза спільно з коефіцієнтом якості дає уявлення про біологічну дію іонізуючого випромінювання, тому витвір DK використовують як єдину міру цієї дії і називають еквівалентною дозою випромінювання Н:Н = DK.

Так як К - безрозмірний коефіцієнт, то еквівалентна доза випромінювання має ту ж розмірність, що і поглинена доза випромінювання, але називається зіверт (Зв). Позасистемна одиниця еквівалентної дози - бер1; 1 бер = 10-2 Зв

Еквівалентна доза в берах дорівнює дозі випромінювання в радах, помноженої на коефіцієнт якості.

Природні радіоактивні джерела (космічні промені, радіоактивність надр, води, радіоактивність ядер, що входять до складу людського тіла, і ін) створюють фон, відповідний приблизно еквівалентній дозі 125 мбер. Гранично допустимої еквівалентною дозою при професійному опроміненні вважається 5 бер протягом року. Мінімальна летальна доза від ?-випромінювання близько 600 бер. Ці дані відповідають опроміненню всього організму.1 Бер - абревіатура від слів «біологічний еквівалент рентгена».

2.7 Захист від іонізуючого випромінювання

Робота з будь-якими джерелами іонізуючих випромінювань вимагає захисту персоналу від їх шкідливої дії. Це велика і спеціальна проблема, в значній мірі виходить за межі чисто фізичних питань. Коротко розглянемо її.

Розрізняють три види захисту: захист часом, відстанню і матеріалом.

Проілюструємо перші два види захисту на моделі точкового джерела ?-випромінювання.

Чим більше час і менше відстань, тим більше експозиційна доза. Отже, необхідно мінімальний час перебувати під впливом іонізуючого випромінювання та на максимально можливій відстані від джерела цього випромінювання.

Захист матеріалом грунтується на різній здатності речовин поглинати різні види іонізуючого випромінювання.

Захист від ?-випромінювання проста: достатньо аркуша паперу або шару повітря товщиною в кілька сантиметрів, щоб повністю поглинути ?-частинки. Однак, працюючи з радіоактивними джерелами, слід остерігатися попадання ?-частинок всередину організму при диханні або прийомі їжі.

Для захисту від ?-випромінювання достатньо пластин з алюмінію, плексигласу або скла товщиною в кілька сантиметрів. При взаємодії ?-частинок з речовиною може з'явитися гальмівне рентгенівське випромінювання, а від ? +-частинок - ?-випромінювання, що виникає при анігіляції цих часток з електронами. Найбільш складний захист від нейтрального випромінювання: рентгенівське і ?-випромінювання, нейтрони.

Ці випромінювання з меншою ймовірністю взаємодіють з частинками речовини і тому глибше проникають в речовину.

Ослаблення пучка рентгенівського і ?-випромінювань наближено відповідає закону. Коефіцієнт ослаблення залежить від порядкового номера елемента речовини поглинача і від довжини хвилі.

При розрахунку захисту враховують ці залежності, розсіювання фотонів, а також вторинні процеси. Захист від нейтронів найбільш складний. Швидкі нейтрони спочатку уповільнюють, зменшуючи їх швидкість в водородсодержащих речовинах. Потім іншими речовинами, наприклад кадмієм, поглинають повільні нейтрони.

Висновки

Радіоактивністю називають мимовільний розпад нестійких ядер з випусканням інших ядер або елементарних частинок. Характерною ознакою, що відрізняє її від інших видів ядерних перетворень, є мимовільність ( спонтанність ) цього процесу. Також в цьому розділі,мі розглянули взаємодію іонізуючого випромінювання з речовиною та біофізичні основи дії іонізуючого випромінювання на організм.

Описали детектори іонізуючих випромінень. Було розглянуто використання радіонуклідів і нейтронів в медицині. Зроблена кількісна оцінка біологічної дії іонізуючого випромінювання. Вияснили еквівалентна дозу та розглянули захист від іонізуючого випромінювання.

РОЗДІЛ 3. МІКРОПРОЦЕСОРНИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ РЕЄСТРАЦІЇ АКТИВНОСТІ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ.

3.1 Схема підключення детектора Гейгера до мікропроцесорної плати з RS232-USB-мостом

На рис.3.1. зображена схема підключення детектора Гейгера на базі процесора ATmega8.

Рис.3.1 Схема підключення детектора Гейгера до мікропроцесорної плати з RS232-USB-мостом

Пристрій складається:

1. Лічильника Гейгера типу СТС-5.2.

2. Резистора для перетворення імпульсів струму для імпульсів напруги.

3. Конденсатора С3 для усунення перешкод блоку живлення.

4. Імпульси напруги надходять на парний вхід D10 мікропроцесорноъ плати. плата підраховує кількість імпульсів за одиницю часу і видає результати на персональний комп'ютер через послідовний інтерфейс.

Для перетворення послідовного інтерфейсу використовується перетворювач USB-RS232.

Програма рахує імпульси на хвилинному інтервалі, і виводить результат по послідовному порту через USB-RS232 міст на ПК кожну хвилину.

Крім того, програма озвучує кожен імпульс детектора коротким звуковим сигналом. Тривалість сигналу в програмі задається параметром _beepLength.

Програма в нескінченному циклі очікує виникнення імпульсу детектора, і якщо його довжина перевищує задану - 50?s (параметр програми _tMin), включає звуковий сигнал і збільшує значення лічильника імпульсів - count.

Програма постійно перевіряє поточний час, і якщо воно відрізняється від часу останнього циклу рахунку на 1 хвилину (параметр програми _countTime), то значення лічильника виводиться зовні, після чого лічильник скидається в нуль.

Вихід детектора підключений на цифровий вхід 10 плати MK-duino. Цей вивід в програмі позначений як _detectorPin.

Звуковий індикатор з вбудованим генератором звуку підключений між цифровим введенням 12 плати і землею. Відповідний вивід у програмі позначений як - _beepPin.

Послідовний порт налаштований на швидкість обміну 115200 бод - параметр програми - _Bods.

Для звукової індикації роботи лічильника на плату підключений випромінювач звуку, який позначає кожен імпульс коротким звуковим сигналом.

Персональний комп'ютер отримує дані про активності іонізуючого випромінювання у вигляді кількості імпульсів за одиницю часу. Записує ці дані в архів або здійснює необхідну обробку даних.

Результати перевірки лічильника Гейгера типу СТС-5 з мікропроцесорною платою MK-duino

Рис.3.2 Хвилинні та середні на 10 хвилинному інтервалі значення рахунку

На рис.3.2. показаний приклад побудови графіка зміни активності на інтервалі 18 годин.

3.2 Плата МК- duino. Загальні відомості про платформу Arduino

Arduino це просте програмоване ядро для самостійної розробки пристроїв на базі мікропроцесора ATmega, та вільно-розповсюджуваної програмної оболонки Arduino з величезним ресурсом готових прикладів.

Arduino застосовується для створення електронних пристроїв з можливістю прийому сигналів від різних цифрових і аналогових датчиків, які можуть бути підключені до нього, і управління різними старанними прибудовами. Проекти пристроїв, засновані на Arduino, можуть працювати самостійно або взаємодіяти з програмним забезпеченням на комп' ютері (напр.: Flash, Processing, MaxMSP). Плати можуть бути зібрані користувачем самостійно або куплені в зборі. Середовище розробки програм з відкритим початковим текстом доступне для безкоштовного скачування.

Інтегроване середовище розробки Arduino це кросплатформений додаток на Java, що включає в себе редактор коду, компілятор і модуль передачі прошивки в плату.

Середовище розробки засноване на мові програмування Processing і спроектоване для програмування новачками, не знайомими близько з розробкою програмного забезпечення. Мова програмування аналогічна тому, що використовується в проекті Wiring. Строго кажучи, це C++, доповнений деякими бібліотеками. Програми обробляються за допомогою препроцесора, а потім компілюється з допомогою AVR-GCC.

Просте і зрозуміле середовище програмування - середовище Arduino підходить як для початкуючих користувачів, так і для досвідчених. Arduino заснована на середовищі програмування Processing, що дуже зручно для викладачів, оскільки студенти працюють з цим середовищем будуть знайомі і з Arduino.

Програмне забезпечення з можливістю розширення і відкритим початковим текстом - ПО Arduino випускається як інструмент, який може бути доповнений досвідченими користувачами. Мова може доповнюватися бібліотеками C++. Користувачі, що бажають зрозуміти технічні нюанси, мають можливість перейти на мову AVR C на якому заснований C++. Відповідно, є можливість додати код з середовища AVR - C в програму Arduino.

Апаратні засоби з можливістю розширення і відкритими принциповими схемами - мікроконтроллери ATMEGA8 і ATMEGA168 є основою Arduino. Схеми модулів випускаються з ліцензією Creative Commons, а означати, досвідчені інженери мають можливість створення власних версій модулів, розширюючи і доповнюючи їх. Навіть звичайні користувачі можуть розробити дослідні зразки з метою економії коштів і розуміння роботи.

Переваги Arduino над іншими мікроконтроллерами

Низька вартість - плати Arduino відносно дешеві в порівнянні з іншими платформами. Сама недорога версія модуля Arduino може бути зібрана в ручну, а деякі навіть готові модулі коштують менше 50 доларів.

Кросс-платформенність - програмне забезпечення Arduino працює під ОС Windows, Macintosh OSX і Linux. Більшість мікроконтроллерів обмежуються ОС Windows.

Платформа MK-Duino - мікроконтролерне ядро стенду.

Стенд побудований на базі мікроконтролерної платформи MK-duino. Платформа MK-duino побудована мікроконтролері ATmega8. Платформа містить 14 цифрових вхід/виходів (6 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ), 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16 МГц, роз'єм для підключення USB адаптера, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю USB або подати живлення за допомогою адаптера AC/DC, або батареї.

Принципова схема платформи MK-duino зображена на рис. 3.1.



Рис.3.3 Принципова схема MK-duino

Живлення

MK-duino може отримувати живлення через підключення USB або від зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається автоматично.

Зовнішнє живлення (не USB) може подаватися через перетворювач напруги AC/DC (блок живлення) або акумуляторною батареєю. Перетворювач напруги підключається за допомогою роз'єму 2.1 мм з центральним позитивним полюсом. Проводи від батареї підключаються до виводів Gnd і Vin роз'єму живлення.

Платформа може працювати при зовнішньому живленні від 6 В до 20 В. При напрузі живлення нижче 7 В, вивід 5V може видавати менше 5 В, при цьому платформа може працювати нестабільно. При використанні напруги понад 12 В регулятор напруги може перегрітися і пошкодити плату. Рекомендований діапазон від 7 В до 12 В.

Виводи живлення:

- VIN. Вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела (за відсутності 5 В від роз'єму USB або іншого регульованого джерела живлення). Подача напруги живлення відбувається через даний вивід.

- 5V. Регульоване джерело напруги, що використовується для живлення мікроконтролера і компонентів на платі. Живлення може подаватися від виведення VIN через регулятор напруги, або від роз'єму USB, або іншого регульованого джерела напруги 5 В.

- GND. Виводи заземлення.

Пам'ять

Мікроконтролер ATmega8 має 8 кБ флеш-пам'яті для зберігання коду програми, 2 кБ використовується для зберігання завантажувача. ATmega8 має 1 кБ ОЗУ і 512 байт EEPROM (яка читається і записується за допомогою бібліотеки EEPROM).

Входи і виходи

Кожен із 14 цифрових виходів, використовуючи функції pinMode (), digitalWrite (), і digitalRead (), може налаштовуватися як вхід або вихід. Виводи працюють при напрузі 5 В. Кожен вивід має навантажувальний резистор (стандартно відключений) 20-50 кОм і може пропускати до 40 мА. Деякі виводи мають особливі функції:

- Послідовна шина: 0 (RX) та 1 (TX). Виводи використовуються для отримання (RX) і передачі (TX) даних TTL. Дані виводи підключені до відповідних висновків мікросхеми послідовної шини FTDI USB-to-TTL.

- Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані виводи можуть бути сконфігуровані на виклик переривання або на молодшому значенні, або на передньому або задньому фронті, або при зміні значення. Детальна інформація знаходиться в описі функції attachInterrupt ().

- ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-який з виводів забезпечує ШІМ з роздільною здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite ().

- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виводів здійснюється зв'язок SPI, яка, хоча і підтримується апаратною частиною, не включена в мову Arduino.

- LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виводу 13. Якщо значення на виведенні має високий потенціал, то світлодіод горить.

На платформі встановлено 6 аналогових входів, кожен роздільною здатністю 10 біт (тобто може приймати 1024 різних значення). Стандартно виводи мають діапазон вимірювання до 5 В відносно землі, тим не менш є можливість змінити верхню межу за допомогою виводу AREF і функції analogReference (). Деякі виводи мають додаткові функції:

- I2C: 4 (SDA) і 5 (SCL). За допомогою виводів здійснюється зв'язок I2C (TWI), для створення якої використовується бібліотека Wire.

Додаткова пара виводів платформи:

- AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Використовується з функцією analogReference .

- Reset. Низький рівень сигналу на виведенні перезавантажує мікроконтроллер. Звичайно застосовується для підключення кнопки з метою блокування мікро контролера .

Перетворювач інтерфейсу RS - 232 для MK - duino

Перетворювач монтується на плату тільки за відсутності кабелю-перехідника USB- моста від мобільного телефону, і реальної необхідності використання інтерфейсу RS - 232. Перетворювач здійснює інверсію і перетворення рівнів сигналів послідовного інтерфейсу : 0/5V - 12V/-12V.



Рис.3.4 Схема перетворювача рівнів

Передавач на транзисторі Q1 живиться негативною напругою паузи передачі Tx - RS232 від комп'ютерах[16].

3.3 Опис лічильника Гейгера с імпульсним блоком живлення

На рис.3.7 зображена схема лічильника Гейгера с імпульсним блоком живлення.



Рис.3.7 Схема лічильника Гейгера з імпульсним блоком живлення

Схема складається з імпульсного перетворювача напруги 5V в високу напругу 400V, елементів забезпечення робочого режиму детектора і виділення імпульсів зчитування, і детектора Гейгера-Мюллера типу СТС-5.

Робочий режим газорозрядної трубки детектора СТС-5 забезпечується резистором R2 = 6M?. Цей резистор обмежує максимальний розрядний струм детектора на допустимому рівні. Імпульси струму детектора перетворюються в імпульси напруги амплітудою близько 5V на резистори R3 = 200K?.

Конденсатор C3 = 100pF призначений для зменшення амплітуди високочастотних імпульсних перешкод, що наводяться блоком живлення на незаземлений корпус детектора.

Імпульсний перетворювач побудований по схемі блоку блокінг-генератора на pnp транзисторі Q1 типу SS8550. Як трансформатора генератора використовується готовий автотрансформатор від запальнички для газу з батарейним харчуванням. Трансформатор складається з трьох секцій: L1-секція збудження; L2-секція позитивного зворотного зв'язку генератора; L3-секція підвищення напруги. Резистор R1 = 5K? забезпечує струм зміщення бази транзистора і обмежує максимальний струм бази імпульсу зворотного зв'язку. Імпульсний діод D1 типу HER108 пропускає позитивні імпульси на високовольтній обмотці трансформатора, забезпечуючи заряд конденсатора C1 = 0.2?F.

Конденсатор C2 згладжує пульсації на виході блоку живлення до допустимого рівня.Імпульсний перетворювач працює за принципом обратноходового підвищувального перетворювача. Енергія накачується в магнітне поле трансформатора на прямому ході перетворювача, коли транзистор Q1 відкритий. Коли цей транзистор закривається, основна частина енергії йде через діод D1 в навантаження. У відсутності навантаження, напруга на виході перетворювача може зрости до неприпустимо великого значення, і пошкодити елементи схеми. Тому необхідно вжити заходів з обмеження максимального вихідного напруги.

Для високоомній навантаження з нерегулярним зміною струму, яким є детектор Гейгера необхідно вжити заходів по стабілізації вихідної напруги. Цю задачу вирішують елементи D2, ZD1 і C2. Імпульсний діод D2 типу 1N4148 заряджає конденсатор C2 = 2?F позитивними імпульсами на виході обмотки зворотного зв'язку блокінг-генератора. Для позитивного зворотного зв'язку в генераторі, в даному випадку, використовуються негативна частина імпульсів. Тому діод D2 практично не впливає на прямий хід перетворювача.

Напруга на конденсаторі C2 пропорційно високій напрузі на конденсаторі C1. Тому напруга на конденсаторі C2 можна використовувати для контролю вихідної напруги. Зокрема, напрузі 400V на виході відповідає напруга 33V на конденсаторі C2. Дане співвідношення напруг визначається співвідношенням витків секції L2-L3 та секції L2.

У разі якщо напруга на конденсаторі C2 перевищує напругу пробою стабілітрона ZD1 (в даному випадку 33V), стабілітрон відкривається і прикладає на базу транзистора Q1 закриває його напругу. Це призводить до закривання транзистора (часткового або повного), зменшенню (припинення) струму через транзистор на прямому ході, і зменшення напруги на виході генератора.Таким чином, здійснюється стабілізація вихідної напруги на виході перетворювача.

Для зменшення пульсацій низьковольтного напруги живлення 5V на вході встановлено конденсатор C4 = 220?F.

Недоліком цієї схеми є досить високий струм споживання - близько 30mA. Цей недолік може мати принципове значення для схем з автономним живленням.Для схем зі стаціонарним живленням, цей недолік не істотний.

3.4 Крнструкція лічильника Гейгера

На рис.3.8. зображена конструкція детектора Гейгера з високовольтним перетворювачем. Детекторна трубка с перетворювачем поміщена в ізольований корпус рис.3.8. розміром 140х25х25 мм. Більш детально конструкція лічильника на рис.3.9.

Рис.3.8 Детектор Гейгера з високовольтним перетворювачем в корпусі з прозорою кришкою

На рис.3.9. зображений зовнішній вид високовольтного живлення. Високовольтний блок живлення побудований з елементів з електрозапальнички для побутового газу. Схема детектора показана на рис.3.7. Елементи схнми показані на рис.3.11.

Рис.3.9 Детектор Гейгера з високовольтним перетворювачем без кришки корпусу.

На рис.3.10. Зображений зовнішній вигляд високовольтного перетворювача.

Рис.3.10. Зовнішній вигляд високовольтного перетворювача

Елементи схеми показані на рис.3.11. Вивідні елементи розміщені с верхньої сторони плати,а безвівідня с нижньої сторони. Трансформатор T1, конденсатор C1, транзистор Q1, діод D2, стабілітрон ZD1, конденсатор C2,C4. А безвивідні резистор R1, збірка резисторів R2,R3 т конденсатора С3.



Рис.3.11. Високовольтний перетворювач на макетній платі

Конденсатор C3 = 100pF призначений для зменшення амплітуди високочастотних імпульсних перешкод, що наводяться блоком живлення на незаземлений корпус детектора.

Імпульсний перетворювач побудований по схемі блоку блокінг-генератора на pnp транзисторі Q1 типу SS8550. Як трансформатора генератора використовується готовий автотрансформатор від запальнички для газу з батарейним харчуванням. Трансформатор складається з трьох секцій: L1-секція збудження; L2-секція позитивного зворотного зв'язку генератора; L3-секція підвищення напруги. Резистор R1 = 5K? забезпечує струм зміщення бази транзистора і обмежує максимальний струм бази імпульсу зворотного зв'язку. Імпульсний діод D1 типу HER108 пропускає позитивні імпульси на високовольтній обмотці трансформатора, забезпечуючи заряд конденсатора C1 = 0.2?F.

Конденсатор C2 згладжує пульсації на виході блоку живлення до допустимого рівня.Імпульсний перетворювач працює за принципом обратноходового підвищувального перетворювача. Енергія накачується в магнітне поле трансформатора на прямому ході перетворювача, коли транзистор Q1 відкритий. Коли цей транзистор закривається, основна частина енергії йде через діод D1 в навантаження. У відсутності навантаження, напруга на виході перетворювача може зрости до неприпустимо великого значення, і пошкодити елементи схеми. Тому необхідно вжити заходів з обмеження максимального вихідного напруги.

Для високоомній навантаження з нерегулярним зміною струму, яким є детектор Гейгера необхідно вжити заходів по стабілізації вихідної напруги. Цю задачу вирішують елементи D2, ZD1 і C2. Імпульсний діод D2 типу 1N4148 заряджає конденсатор C2 = 2?F позитивними імпульсами на виході обмотки зворотного зв'язку блокінг-генератора. Для позитивного зворотного зв'язку в генераторі, в даному випадку, використовуються негативна частина імпульсів. Тому діод D2 практично не впливає на прямий хід перетворювача.

Напруга на конденсаторі C2 пропорційно високій напрузі на конденсаторі C1. Тому напруга на конденсаторі C2 можна використовувати для контролю вихідної напруги. Зокрема, напрузі 400V на виході відповідає напруга 33V на конденсаторі C2. Дане співвідношення напруг визначається співвідношенням витків секції L2-L3 та секції L2.

У разі якщо напруга на конденсаторі C2 перевищує напругу пробою стабілітрона ZD1 (в даному випадку 33V), стабілітрон відкривається і прикладає на базу транзистора Q1 закриває його напругу. Це призводить до закривання транзистора (часткового або повного), зменшенню (припинення) струму через транзистор на прямому ході, і зменшення напруги на виході генератора.Таким чином, здійснюється стабілізація вихідної напруги на виході перетворювача.

3.5 Розробка програмного забезпечення лічильника Гейгера

Програма зчитує імпульси на хвилинному інтервалі, і виводить результат по послідовному порту через USB-RS232 міст на ПК кожну хвилину.

Крім того, програма озвучує кожен імпульс детектора коротким звуковим сигналом. Тривалість сигналу в програмі задається параметром _beepLength.

Програма в нескінченному циклі очікує виникнення імпульсу детектора, і якщо його довжина перевищує задану - 50?s (параметр програми _tMin), включає звуковий сигнал і збільшує значення лічильника імпульсів - count.

Програма постійно перевіряє поточний час, і якщо він відрізняється від часу останнього циклу зчитування на 1 хвилину (параметр програми _countTime), то значення лічильника виводиться зовні, після чого лічильник скидається в нуль.

Вихід детектора підключений на цифровий вхід 10 плати MK-duino. Цей вивід в програмі позначений як _detectorPin.

Звуковий індикатор з вбудованим генератором звуку підключений між цифровим введенням 12 плати і землею.

Відповідний висновок у програмі позначений як - _beepPin.Послідовний порт налаштований на швидкість обміну 115200 бод - параметр програми - _Bods.

#define _Bods 115200

#define _detectorPin 10

#define _beepPin 12

#define _tMin 50 //us

#define _beepLength 5 //ms

#define _countTime 60000 //ms

long nextTime=_countTime;

long cTime;

int count=0;

void setup(){

pinMode(_beepPin,OUTPUT);

Serial.begin(_Bods);

}//setup

void loop(){

int t=pulseIn(_detectorPin,HIGH);

if (t>_tMin){

digitalWrite(_beepPin,HIGH);

delay(_beepLength);

digitalWrite(_beepPin,LOW);

count=count+1;

}//if

cTime=millis();

if (cTime>=nextTime){

nextTime=nextTime+_countTime;

Serial.print("*");

Serial.print(count,DEC);

count=0;

}//if

}//loop

3.6 Розробка алгоритму функціонування програми

На первинному етапі розробка програмного забезпечення вимагає повного розуміння принципу дії лічильника: розуміння основних процесів, особливостей перетворення первинних даних, принципів реалізації кінцевого результату.



Loop

Рис.3.12 Алгоритм програми

Алгоритм програми досить простий та досить зрозумілий. Як і кожний алгоритм починається з «початку». Задаємо вхідні параметри замінивши попередні, присвоюємо адресу лічильника який під'єднаний до виводів мікроконтролера. Зчитування показання параметрів лічильника. Аналіз порівняння показань з заданими та реальними, виконання потрібних функцій.

Висновки

В цьому розділі було обрано найбільш раціональну схему детектора іонізуючого випромінювання для моніторингу раціональних умов. Розроблена схема мікропроцесора лічильника.

Розроблена плата мікропроцесора для лічильника та розроблена схема високовольтного перетворювача напруг для лічильника.

Наведені результати випробування лічильника.

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

На сучасному етапі розвитку цивілізації безпека людини та людства в цілому розглядається як основне питання. В Україні прийнято низку законів, спрямованих на забезпечення безпеки життя та діяльності людини, зокрема: Закон України «Про основи національної безпеки України» (№ 2411-VI/2411-17 від 01.07.2010 р.), Закон України «Про охорону праці» (№ 2694-XII від 14.10.1992 р.), «Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру» (№ 1809-III вiд 08.06.2000), «Про пожежну безпеку» (№ 3745-XII вiд 17.12.1993 ), «Про правові засади цивільного захисту» (№ 1859-IV вiд 24.06.2004 ), «Про дорожній рух (№ 3353-XII вiд 30.06.1993 ), «Про забезпечення санітарного та епідеміологічного благополуччя населення» (№ 4004-XII вiд 24.02.1994), «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку» (№ 39/95-ВР вiд 08.02.1995 ) та ін.

Основоположним законодавчим документом в галузі охорони праці є Закон України «Про охорону праці», дія якого поширюється на всі підприємства, установи і організації незалежно від форм власності та видів діяльності, на усіх громадян, які працюють, а також залучені до праці на цих підприємствах. Цей Закон встановив основні принципи державної політики в галузі охорони праці: пріоритет життя і здоров'я працівників по відношенню до результатів виробничої діяльності, повної відповідальності роботодавця за створення безпечних і здорових умов праці, комплексного розв'язання завдань охорони праці, соціального захисту працівників, повного відшкодування збитків особам, які потерпіли від нещасних випадків на виробництві і професійних захворювань, використання економічних методів управління, виконання нормативів охорони праці.

Охорона праці відіграє важливу роль як суспільний чинник, оскільки якими б вагомими не були трудові здобутки, вони не можуть компенсувати людині втраченого здоров'я, а тим більше життя. Слід пам'ятати, що стан охорони праці є показником соціального й науково-технічного розвитку держави. Умови праці, що відповідають нормативним вимогам, дозволяють, якщо не уникнути, то хоча б скоротити захворюваність, пов'язану з виробництвом. Турбота про здоров'я людини - найголовніше завдання держави. Адже саме за сприятливих умов праці людина здатна працювати високопродуктивно, створювати необхідний матеріальний потенціал суспільства, добробут усіх громадян.

4.1 Охорона праці на робочому місці в виробничому приміщенні

4.1.1 Вибір робочого приміщення

Робоче місце - це простір, в якому розташовані засоби відображення інформації, органи управління і допоміжне обладнання для виконання трудової діяльності оператора або групи операторів. Робоче місце - найменша цілісна одиниця виробництва, де наявні три основні складові: предмет праці, засоби діяльності і суб'єкт діяльності.

Відповідно до теми дипломної роботи як об'єкт дослідження в розділі мною взято приміщення конструкторського відділу підприємства.

Це приміщення знаходиться на третьому поверсі п'яти поверхового будинку. У приміщенні розташовано 10 робочих місць з комп'ютерами. Розміри даного приміщення складають:

- довжина (lп)- 19 м,

- ширина (bп) -9 м,

- висота (hп) -3,5.

Тобто загальна фактична площа складає:

Відповідно до норм ДНАОП 0.11-1.31.99 площа, що відводиться для робочого місця з комп'ютером повинна бути не менше 6 м2, об'єм не менше 20 м2 . Тобто необхідна нормована площа з установленими ПК складає:

Що не перевищує фактичну 60<171. Об'єм відділу на одного працюючого складає:

отже відповідає нормі (ДНАОП 0.11-1.31.99) не менше 20 м2.

По категорії вибухо- і пожежонебезпеки, дане приміщення відноситься до категорії В - пожежонебезпечне, тому що присутні тверді матеріали, що горять, такі як дерев'яні столи, папір і інше. Виходячи з категорії пожежонебезпеки і поверховості будинку, ступінь вогнестійкості будівлі II. Згідно з ДНАОП 0.00-1.31-99 електронно-обчислювальні машини(ЕОМ) повинні розташовуватися в будівлі не менше ніж IIступеню вогнестійкості[2].

За ступенем небезпеки ураження електричним струмом усі приміщення поділяються на три категорії: приміщення без підвищеної небезпеки; приміщення з підвищеною небезпекою; особливо небезпечні приміщення.

Приміщення з підвищеною небезпекою характеризуються наявністю в них однієї з таких умов, що створюють підвищену небезпеку: висока відносна вологість повітря (перевищує 75 % протягом тривалого часу); висока температура (перевищує 35 °С протягом тривалого часу); струмопровідний пил; струмопровідна підлога (металева, земляна, залізобетонна, цегляна та ін.); можливість одночасного доторкання до металевих елементів технологічного устаткування чи металоконструкцій будівлі, що з'єднані із землею, та металевих частин електроустаткування, які можуть опинитись під напругою.

Таблиця 4.1.1 Граничнодопустимі значення напруги доторкання та сили струму, що проходить через тіло людини при нормальному режимі електроустановки

Вид струму	U, B(не більше)	I, mA (не більше)
Змінний 50 Гц	2	0,3
Змінний 400 Гц	3	0,4
Постійний	8	1,0

Особливо небезпечні приміщення характеризуються наявністю однієї з умов, що створюють особливу небезпеку: дуже високої відносної вологості повітря (близько 100 % ), хімічно активного середовища; або одночасною наявністю двох чи більше умов, що створюють підвищену небезпеку.

Оскільки наявність небезпечних умов впливає на наслідки випадкового доторкання до струмопровідних частин електроустаткування, то для ручних переносних світильників, місцевого освітлення виробничого устаткування та електрифікованого ручного інструменту в приміщеннях з підвищеною небезпекою допускається напруга живлення до 42 В, а в особливо небезпечних приміщеннях -- до 12 В[3].

4.2 Кількісна оцінка умов праці

Робоче середовище людина оператор являє собою сукупність фізичних, хімічних, біологічних, соціально-психологічних та естетичних факторів зовнішнього середовища, які впливають на оператора.

Комплексну оцінку факторів робочого середовища проводять на основі методики фізіологічної класифікації важкості робіт.

Важкість праці - характеристика трудового процесу, що відображає переважне навантаження на опорно-руховий апарат і функціональні системи організму (серцево-судинну, дихальну та ін.), що забезпечують життєдіяльність.

- важкість праці характеризується:

- фізичним динамічним навантаженням,

- масою вантажу, що переміщується,

- загальним числом робочих рухів,

- величиною статичного навантаження,

- формою робочої пози,

- ступенем нахилу корпусу,

- переміщеннями в просторі.

Напруженість праці - характеристика трудового процесу, що відображає навантаження переважно на центральну нервову систему, органи чуття, емоційну сферу працівника.

До факторів, що характеризують напруженість праці, відносяться: