Κατασκευή και βαθμονόμηση απλού ενεργητικού ανιχνευτή συγκεντρώσεων Ραδονίου με βάση την αρχή του θαλάμου ιονισμού

Abstract

Σε αυτήν την Διπλωματική Εργασία εξετάζεται το σχέδιο, η κατασκευή, η βαθμονόμηση και η χρήση ενός απλού, οικονομικού ενεργητικού ανιχνευτικού συστήματος συγκεντρώσεων Ραδονίου, το οποίο μάλιστα μπορεί να κατασκευασθεί σχετικά εύκολα και σε ερασιτεχνικό επίπεδο. Το ανιχνευτικό αυτό σύστημα ονομάζεται για ευκολία BERM από τα αρχικά της φράσεως "Beverage can Enviromental Radon Monitor". Ο λόγος για αυτήν την ονομασία είναι ότι ο θάλαμος ιονισμού ο οποίος χρησιμοποιείται ως ανιχνευτής του συστήματος βασίζεται σε κυλινδρικό κουτάκι αλουμινίου από αναψυκτικό. Πέρα από τον ανιχνευτή, το σύστημα αποτελείται από ενισχυτικό ηλεκτρονικό κύκλωμα, τροφοδοτικό ηλεκτρονικό κύκλωμα για την αναγκαία υψηλή τάση καθώς και σύστημα καταμετρήσεως παλμών που οφείλονται στις ραδιενεργές διασπάσεις του Ραδονίου. Το ανιχνευτικό σύστημα BERM παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από τον Paul Neher στο περιοδικό ερασιτεχνικής ηλεκτρονικής "Electronics Now" τον Ιανουάριο του 1994. Από τότε έχει υλοποιηθεί αρκετές φορές και από άλλους ερασιτέχνες, με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η παρούσα υλοποίηση έγινε στα πλαίσια του γνωστικού αντικειμένου του μαθήματος "Πυρηνικά Μετρητικά Συστήματα" του 8ου εξαμήνου της Σχολής Μηχανολόγων-Μηχανικών του ΕΜΠ, με σκοπό να δείξει τις απλές αρχές μέτρησεις που μπορούν να εφαρμόζονται σε ένα σύγχρονο πρόβλημα προστασίας από την ραδιενέργεια, όπως είναι το πρόβλημα της ανίχνευσης συγκεντρώσεων Ραδονίου στον αέρα του περιβάλλοντος. Με βάση την κατασκευή που υλοποιήθηκε μπορεί κάποιος να πεί ότι το ανιχνευτικό σύστημα BERM ακόμα και χωρίς βαθμονόμηση, φαίνεται να είναι ικανό να δίνει προειδοποίηση αν οι συγκεντρώσεις του Ραδονίου σε έναν χώρο είναι υψηλές. Επιπλέον, με την κατάλληλη βαθμονόμηση μπορεί να συγκριθεί σε αποτελεσματικότητα και ακρίβεια με ορισμένα από τα απλά ενεργητικά ανιχνευτικά συστήματα του εμπορίου, τα οποία έχουν πολύ υψηλότερο κόστος. Η κατασκευή του BERM απέδειξε επομένως ότι με πολύ μικρό κόστος μπορεί να υλοποιηθεί ένα απλό ανιχνευτικό σύστημα ραδιενέργειας, χρησιμοποιώντας υλικά άμεσα διαθέσιμα στο ελεύθερο εμπόριο. Σημειώνεται επίσης, ότι για την κατασκευή αυτή, δεν απαιτήθηκε η χρήση εξειδικευμένων εργαλείων, πέρα βέβαια από έναν συμβατικό παλμογράφο και ενός ψηφιακού πολυμέτρου.

This Diploma Dissertation discusses the design, assembly, calibration and operation of a simple, cost-effective, active Radon concentration monitor, which can be built relatively easy even on an amateur level. This monitoring system will be called BERM, from the abbreviation of the phrase "Beverage can Environmental Radon Monitor". The reason behind the selection of this name, is that the ionization chamber used as detector is based on a cylindrical aluminum can, similar to those used to hold beverage or beer. Apart from the detector, the system consists of an amplifying circuit, a high voltage power supply circuit and an electronic pulse-rate counting circuit, which collects and records the pulses created by the radioactive decay of Radon and its progeny. The BERM monitoring system was first presented by Paul Neher in the popular electronics magazine "Electronics Now", published in January 1994. Since then, it has been realised by other electronics enthusiasts with satisfactory results. The present construction has been performed within the context of the lesson “Nuclear Monitoring Systems” given in the 8th semester of Mechanical Engineering School of NTUA, in order to show the simple principles of monitoring which can be implemented in a modern radiation protection problem, such as the problem of detecting Radon in the environmental air. Based on the construction of this detection unit, it can be said that BERM, even without proper calibration, can provide warning for high Radon concentrations. Furthermore, with proper calibration, it can provide results with accuracy comparable to the more expensive, commercial active monitoring systems. Thus, BERM construction has proven that a very low-cost, simple radiation detection unit can be built with materials readily available. It has to be pointed out that, for this construction, no use of sophisticated equipment is required, other than a conventional oscilloscope and a digital polymeter.