Geiger-Müllerův čítač

      1.11.2002 se mi podařilo levně koupit velikou krabici plnou elektronek a dalších elektrosoučástek. Mezi běžnými elektronkami bylo i několik starších GMT (Geiger-Müllerových Trubic) ruské výroby, různých velikostí a provedení, které se používají jako detektory radioaktivního záření. Nejdelší trubice VS 9 měří 36 cm a nejmenší SI1G 9 cm, některé jsou ve skleněné baňce a některé v kovové (typ STS-6).


      Nejprve bych se trochu obecně zmínil o ionizujícím záření a jeho rozdělení. Jak už název napovídá, ionizující záření je schopno ionizace atomů ozařované látky. Tzn. uvolnění elektronu(ů) z elektronového obalu atomu a tím vzniku kladně nabitého iontu - kationtu. K tomu je potřeba dodat určitou minimální, tzv. ionizační energii, která je specifická pro konkrétní prvek v periodické tabulce. Jde o poměrně malou energii a proto se obvykle udává v elektronvoltech (1 eV je kinetická energie Ek = 1/2*m*v² = U*e, kterou získá elektron urychlený napětím 1 V ve vakuu, 1 eV = 1,602E-19 J). Např. vodík má ionizační energii 13,5 eV, dusík 14,5 eV, neon 21,5 eV a cesium jen 3,9 eV (proto je vhodné na výrobu fotokatod pro viditelné a blízké IR spektrum).
      Ionizující záření lze rozdělit na elektromagnetické vlnění a částicové. U elmag. vlnění se za ionizující hranici považuje začátek spektra UV-C (vlnová délka 280 nm a kratší). Vzhledem dualitě elektromagnetického záření lze i toto reprezentovat částicemi - fotony, které jsou bez náboje, mají kinetickou energii (ve vakuu se pohybují rychlostí světla), ale přitom nulovou klidovou hmotnost. Pro energii platí vztah:

E = h*f = h*c/λ [J; Js, Hz; Js, m/s, m]

kde h je Planckova konstanta 6,626E-34 Js, f je frekvence vlnění, λ je vlnová délka a c je rychlost světla ve vakuu 299792458 m/s. Přehled horní části spektra:

záření	λ [nm]	f [Hz]	E [eV]
viditelné světlo	400 - 760	3,9E+14 - 7,5E+14	1,6 - 3,1
UV-A	320 - 400	7,5E+14 - 9,4E+14	3,1 - 3,9
UV-B	280 - 320	9,4E+14 - 1,1E+15	3,9 - 4,5
UV-C	10 - 280	1,1E+15 - 3,0E+16	4,5 - 124
rentgenové záření (paprsky X)	10 - 0,1	3E+16 - 3E+18	124 - 12408
gamma záření (paprsky γ)	0,1 - 0,00001	3E+18 - 3E+22	12408 - 124082397

      Rentgenové záření objevil roku 1895 Wilhelm Conrad Röntgen (před ním jej však už zkoumali William Crookes, Heinrich Hertz, Nikola Tesla a další) při experimentech s Crookesovou katodovou trubicí připojenou na vysoké napětí. V trubici s velmi nízkým tlakem se ze studené katody uvolňují elektrony (sekundární emisí při nárazech iontů zbytku plynů), které jsou urychlovány vysokým napětím a naráží na kovovou anodu, kde se prudce zabrzdí a rozdíl kinetické energie je vyzářen v podobě fotonů roentgenova záření s určitou minimální vlnovou délkou. Toto tzv. brzdné záření má spojité spektrum. Pokud elektron pronikne do vnitřních vrstev elektronového obalu atomu anody a vyrazí pryč vnitřní elektron, seskočí na jeho místo elektron z vyšší vrstvy a vyzáří se foton tzv. charakteristického roentgenova záření, jehož vlnová délka je daná rozdílem potenciálních energií těchto vrstev a závisí na konkrétním materiálu anody. Tyto diskrétní čáry se pak superponují na spojité spektrum.
      γ-záření objevil roku 1900 Paul Villard při studiu uranu. Vzniká při radioaktivním rozpadu jader, např. kobaltu: ⁶⁰Co₂₇ -> ⁶⁰Ni^*₂₈ + e^- + ν', kde vznikne excitovaný atom niklu, který přejde do základního stavu za vyzáření γ fotonu s energií 1,17 MeV či 1,33 MeV: ⁶⁰Ni^*₂₈ -> ⁶⁰Ni₂₈ + γ. Rentgenové a γ-záření má větší pronikavost než částicové záření α a β. Pro jeho tlumení jsou vhodné materiály s vyšším atomovým číslem a hustotou. Intenzita při průniku exponenciálně klesá:

I = I₀*e^(-μ*x); [-; -, 1/cm, cm]

kde μ je absorpční koeficient (pozor, v těchto tabulkách udávají μ_en/ρ v cm²/g, takže je potřeba násobit hustotou, abychom dostali koeficient μ v 1/cm) a x je tloušťka vrstvy v cm. Pro různé materiály a energie fotonů se také udává tzv. polotloušťka (HVT), což je vrstva, která při průchodu záření sníží jeho intenzitu na polovinu původní hodnoty: x_1/2 = ln(2)/μ Např. pro rentgenové záření s energií 100 keV je polotloušťka olova 0,3 mm, oceli 6 mm a betonu 2 cm.
      Druhý typ ionizujícího záření tvoří proud různých typů částic:
      α-záření, objevené roku 1896 Henri Becquerelem, je tvořeno héliovými jádry (2 protony + 2 neutrony) s kladným nábojem. α-částice vznikají při radioaktivním rozpadu těžkých jader, např. ²³⁸U₉₂ -> ²³⁴Th₉₀ + α. Dolet α-částic závisí na jejich počáteční kinetické energii a na prostředí, ve kterém se pohybují. Na vzduchu je to pár cm a zastaví je list papíru nebo pokožka. Nebezpečí hrozí při vniknutí do těla (např. vdechnutí radioaktivního prachu), kde dlouhodobě negativně působí na vnitřní orgány.
      β-záření, objevené roku 1898 Ernestem Rutherfordem, je proud záporně nabitých elektronů nebo kladně nabitých pozitronů (antičástice k elektronu), vznikajících při přeměnách protonů nebo neutronů v atomovém jádře, např. ¹⁴C₆ -> ¹⁴N₇ + e^- + ν', kde se jeden neutron uhlíku přemění na proton, elektron a antineutrino: n⁰ -> p⁺ + e^- + ν'. β-částice se pohybují velmi rychle a jejich pronikavost je větší než u α-částic. Se vzdáleností klesá intenzita β-záření exponenciálně. K dostatečnému zatlumení stačí asi 1 m vzduchu, 1 cm plexiskla nebo 1 mm olova.
      Neutronové záření je tvořeno proudem neutronů - částic bez el. náboje, hmotností velmi blízké protonu, které objevil roku 1932 James Chadwick. Neutrony nejsou ovlivňovány elektrickými silami a snadno tak pronikají obaly atomů. Jelikož jádro atomu má o několik řádů menší průměr než celý atom, je pravděpodobnost srážky malá. Nejvíce se neutronové záření zpomalí srážkami s jádry přibližně stejně těžkých atomů, tedy zejména vodíku. Nejdostupnějším účinným zpomalovačem neutronů je voda, která se také používá jako moderátor v jaderných reaktorech. Naopak těžkými prvky jako např. olovo pronikají neutrony poměrně dobře. Neutronové záření ionizuje nepřímo. Samotný neutron je mimo jádro nestabilní a rozpadá se na proton, elektron a elektronové antineutrino. Při srážkách s jádry může dojít i k zachycení neutronu v jádře a vzniku nestabilního izotopu, transmutaci nebo rozpadu. V běžných jaderných reaktorech se štěpí uran 235U pomalými neutrony, např.: ²³⁵U₉₂ + n -> ⁹³Kr₃₆ + ¹⁴⁰Ba₅₆ + 3 n. Nově vzniklé neutrony mohou po zpomalení štěpit další atomy uranu. Pomocí regulačních tyčí se v reaktoru omezuje počet neutronů, aby nedošlo k nekontrolovanému štěpení lavinovou reakcí. V množivých reaktorech se zpracovává uran 238U, který se postupně za pomoci rychlých neutronů mění na plutonium, použitelné jako další jaderné palivo nebo v jaderných zbraních: ²³⁸U₉₂ + n -> ²³⁹U₉₂ -> ²³⁹Np₉₃ + e^- + ν' -> ²³⁹Pu₉₄ + e^- + ν'. Více o jaderných reakcích najdete např. zde.

      Pro měření radioaktivity byla postupně zavedena celá řada různých jednotek, z nichž některé už jsou dnes zastaralé a liší se jen nějakým multiplikačním koeficientem. Pokusím se zde o shrnutí:
A - aktivita [Bq - Becquerel, 1/s] - střední počet radioaktivních přeměn v určitém množství radioaktivního izotopu za daný časový interval. Měrné aktivity: hmotnostní [Bq/kg], objemová [Bq/m³], plošná [Bq/m²]. Dříve se používala jednotka aktivity 1 Curie (1 Ci = 3,7E+10 Bq), která odpovídala aktivitě 1 g izotopu Radia ²²⁶Ra₈₈.
T - poločas rozpadu [s] - doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu atomů radioaktivního izotopu.
D - absorbovaná dávka [Gy - Gray, J/kg] - střední hodnota energie, kterou předá ionizující záření látce o dané hmotnosti. Dříve se používala jednotka dávky 1 rad (1 rad = 0,01 Gy).
dávkový příkon [Gy/s] - přírůstek dávky za jednotku času.
K - kerma [Gy] - součet počátečních kinetických energií všech nabitých částic uvolněných nenabitými ionizujícími částicemi v daném objemu látky o dané hmotnosti. Kerma se používá v souvislosti s nepřímo ionizujícím zářením. Za podmínky rovnováhy nabitých částic se kerma rovná absorbované dávce.
X - expozice (ozáření) [C/kg] - absolutní hodnota celkového elektrického náboje iontů jednoho znaménka vzniklých ve vzduchu při úplném zabrždění všech elektronů a pozitronů, které byly uvolněny fotony v určitém objemu vzduchu o dané hmotnosti. Dříve se používala jednotka expozice 1 Rentgen (1 R = 2,58E-4 C/kg). Expozice 1 R odpovídá dávce 8,73 mGy ve vzduchu a 9,57 mGy v tkáni. Přibližně tedy: 1 R = 0,01 Gy.
expoziční příkon [A/kg] - přírůstek expozice za jednotku času (proud je el. náboj prošlý za jednotku času).
H - ekvivalentní dávka [Sv - Sievert, J/kg] - odpovídá absorbované dávce D váhované jakostním faktorem Q, který zohledňuje biologické účinky různých typů radioaktivního záření (Q = 1 pro roentgenovo, γ a β-záření, Q = 10 pro neutrony, Q = 20 pro α-záření). Dřívější jednotkou dávkového ekvivalentu byl 1 rem (1 rem = 0,01 Sv).
příkon ekvivalentní dávky [Sv/s] - přírůstek ekvivalentní dávky za jednotku času.
HE - efektivní dávkový ekvivalent [Sv - Sievert, J/kg] - součet středních hodnot dávkových ekvivalentů v tkáních a orgánech lidského těla vážených koeficientem w_T vyjadřující relativní zdravotní újmu spojenou se stochastickými biologickými účinky v tkáni nebo orgánu při rovnoměrném ozáření celého těla.

      Radioaktivní záření je přirozenou součástí našeho života. Na Zemi dopadá kosmické záření, které je však z velké části tlumeno atmosférou a vlivem magnetického pole Země. V zemi se neustále rozpadají radioaktivní izotopy. V místech tektonických poruch může docházet k úniku radioaktivního plynu Radonu. Všechny tyto jevy vytvářejí tzv. přirozené radiační pozadí. U nás v České republice se jeho průměrná úroveň pohybuje v rozmezí 2,5 – 3 mSv/rok (1,7 mSv/rok v Praze). V některých místech na Zemi je radiační pozadí mnohem silnější, např. v íránském Ramsaru je to až 400 mSv/rok. Živé organismy se dokážou v jistých mezích na radiaci adaptovat, takže tam žijí normální lidé a né mutanti. Menší dávky radiace mohou být dokonce zdraví prospěšné, viz různé radioaktivní prameny a bahenní lázně. Kromě přirozené radiace se dnes setkáváme i s umělou radiací, např. při rentgenovém vyšetření (rentgen zubů ~ 0,1 mSv, rentgen plic ~ 0,5 mSv, rentgen prsu ~ 1 mSv) nebo jako důsledek použití jaderných zbraní či jaderných havárií (např. v roce 1986 při havárii jaderné elektrárny Černobyl dostali obyvatelé ČSSR průměrnou dávku 0,26 mSv). Při vysoké dávce záření dochází k akutní nemoci z ozáření (ozařené buňky zahynou nebo dojde k poškození jejich genetické informace), kde se rozlišuje 5 stupňů:
1) Orofaryngeální syndrom (od 2 Gy)
2) Hematologická forma (od 3 Gy)
3) Gastrointestinální syndrom (od 6 Gy)
4) Neuropsychická forma (od 10 Gy)
5) Kardiovaskulární a toxemický syndrom (v řádu několika desítek Gy)
Každý z 5 stupňů nemoci z ozáření přitom sám o sobě může vést ke smrti. Za smrtelnou dávku LD 50/60 se považuje hodnota 3,5 Gy, kdy zemře 50% ozářených jedinců do 60 dnů po ozáření. BTW spousta ostatních nižších živých organismů vydrží až o několik řádů vyšší dávku, např. pro obyčejného švába se udává smrtelná dávka 900 Gy. U nás se o jadernou bezpečnost starají organizace jako SÚRO a SÚJB. Pro civilní obyvatele stanovuje česká norma povolenou dávku (bez započtení přirozeného pozadí) 1 mSv/rok a u pracovníků se zářením je to 50 mSv/rok. Pro měření radiace existuje celá řada přístrojů založená na různých principech, já se dále zaměřím jen na GMT.

      Geiger-Müllerův čítač slouží pro detekci radioaktivního záření α, β a γ. Jedná se o skleněnou nebo kovovou trubici s plynovou náplní se sníženým tlakem. Samotná stěna trubice však může zcela odstínit slabé α-záření a tak se pro tyto účely vyrábí i speciální typy s propustným tenkým okénkem. Uvnitř jsou dvě elektrody připojené na vysoké napětí. Vnikne-li do vnitřního prostoru ionizující částice, ionty vzniklé podél její trajektorie se vlivem elektrického pole pohybují k elektrodám a na své cestě dalšími srážkami lavinovitě ionizují další atomy. Na elektrody tak dopadá náboj, který se projeví v elektrickém obvodu proudovým impulsem. Tyto impulsy se zesílí a buď přímo akusticky indikují (typické praskání) nebo zapojí na vstup čítače, který zobrazí na displeji počet impulsů za nějaký časový interval. GMT pracuje na hranici trvalého doutnavého výboje. Protože částice, které vniknou do čítače v době trvání výboje (mrtvá doba), nejsou zaregistrovány, je nutno zabránit vzniku trvalého výboje, který by vyřadil čítač z provozu. Kromě toho by trvalým výbojem došlo k poškození elektrod GMT. Proto se GMT konstruují tak, že katodu tvoří plášť trubice a anodu tenký drát uprostřed trubice. Tím vzniká výrazný gradient intenzity el. pole v malé oblasti kolem anody a omezí se tak oblast výboje. V poslední době se nejčastěji používá tzv. samozhášecích plynových náplní. Do obvyklé náplně (vodík nebo argon) se přidávají v malém množství páry organické látky (např. etylalkoholu), jejichž molekuly se neionizují, nýbrž disociují a tím se lavinovité narůstání výboje zastaví a ten velmi rychle zhasíná. Molekuly organické přísady potom opět regenerují.
      Standardní detektory s GMT indikují pouze počet zachycených částic a nikoliv jejich energii. Citlivost trubice závisí zejména na ploše a materiálu katody. Zde je přehled různých GMT i s uvedenými přibližnými přepočítávacími koeficienty z pulsů za minutu na ekv. dávkový příkon v µSv/h. S pomocí jednoho kámoše jsem později identifikoval svoji malou trubici jako SI1G s pracovním napětím 360 - 440 V a provedl kalibraci podle certifikovaného přístroje. Pro hrubé rozlišení energií můžeme na GMT nasadit kovový plášť určité tloušťky, který z většiny odfiltruje záření s nižší energií. Další možností je proporcionální detektor, který využívá jiné části V-A charakteristiky výboje v GMT při nižším napětí. Pak je nutno zpracovávat informaci nejen o počet pulsů, ale i o jejich amplitudě, která je úměrná energii zachycené ionizující částice. Alternativou GMT jsou ionizační komory, které neměří jednotlivé pulsy, ale integrální proud vyvolaný ionizací prostředí. Experimentální vzduchovou ionizační komoru lze jednoduše vyrobit z kovové plechovky s izolovanou elektrodou uprostřed a JFETovým elektrometrem, více informací zde.

      Moje zapojení GMT detektoru je velice jednoduché. V levé části je zdroj vysokého napětí - flyback s tranzistorem BU807 a malým transformátorkem na feritovém jádře, který jsem vykuchal z nějaké staré televize. Kmitá to kolem 27 kHz. Výstup je jednocestně usměrněn (stačí poměrně malá filtrační kapacita, zatížení výstupu je nepatrné) a připojen na anodu GMT. Potenciometrem 2k2 lze řídit výstupní napětí v rozmezí asi 40 - 400 V. Doutnavka zde pouze opticky indikuje činnost VN zdroje. Katoda GMT je přes velký odpor 10 MΩ (musí snést vysoké napětí) a dva B-E přechody připojena na potenciál země. Když dojde k ionizaci plynu v GMT vlivem průletu ionizující částice, proteče skrz GMT krátký proudový impuls, který se zesílí dvěma tranzistory s velkým zesílením v darlingtonově zapojení a v reproduktoru se ozve lupnutí, viz oscailogramy:

pulsy na repro	pulsy na GMT	2 pulsy na GMT	puls na GMT-zoom

      Detektor sem postavil na malý kousek plošňáku do plastové univerzální krabičky. Na přední straně krabičky jsou vyvedeny svorky pro připojení GMT pomocí krátkých kablíků, tak abych mohl trubice snadno měnit. Později jsem tam ještě nalepil proužek fluorescenční fólie ze zesilovací filmové RTG kazety, který se rozsvítí při dopadu velké intenzity záření, kdy GMT už bude pravděpodobně trvale ionizována a neschopná měření (signál co nejrychleji prchat aneb patama k výbuchu :). K napájení slouží dvě tužkové baterie. Odběr při běžném provozu pouze s přirozeným radioaktivním pozadím činí asi 70 mA. K detektoru mám obvykle připojenou nejmenší GMT o délce 9 cm (délka katody je 5 cm) a průměru 1,3 cm. S touto trubicí jsem napočítal pozadí u sebe doma průměrně asi 15 částic za minutu. Bohužel nemám po ruce žádný radioaktivní zářič.


      30.1.2003 jsem se zúčastnil exkurze malého lehkovodního jaderného reaktoru VR-1 "Vrabec" na ČVUT/FJFI v Praze Troji. To byla jedinečná příležitost, jak svůj GMT detektor pořádně vyzkoušet. Tento jaderný reaktor má celkem nepatrný tepelný výkon 1 kW trvale, 5 kW špičkově a štěpí se v něm klasicky uran 235U. Slouží tak pouze ke studijním účelům. Vyrobila ho plzeňská škodovka a poprvé byl spuštěn koncem roku 1990. Válcová nádoba reaktoru z těžkého betonu má průměr 2,7 m, výšku 4,7 m a tloušťku stěny 15 cm. Je naplněna demineralizovanou vodou, která se vyrábí přímo na místě ve speciálním zařízení. Voda slouží jako moderátor, chladicí médium a radiační stínění. Pro nastartování reakce je zde Am-Be neutronový zdroj a o regulaci se stará 5 - 7 absorpčních kadmiových tyčí. Původní řídicí systém tvořilo 12 (kvůli redundanci) českých počítačů SAPI 80 s 8-bitovými procesory 8080 a programem napsaným v assembleru. Později byl řídicí systém nahrazen průmyslovým PC s Pentium 4 HT a operačním systémem Windows XP s rozšířením RTX, které umožňuje běh v aplikací v reálném čase s dobou přepnutí kontextu pod 1 µs. Řídicí PC ovládá přes ProfiBus několik PLC automatů a komunikuje s běžným PC, které slouží jako uživatelské rozhraní.
      Při vstupu do haly jsme všichni obdrželi žluté pláště a osobní dozimetry. Profesor nám předvedl a popsal všechno vybavení v hale. A nechyběly ani palivové tyče. Jednu nám přinesl jen tak v gumových rukavicích. Když jsem se s GMT přiblížil na vzdálenost několika cm, přešlo občasné praskání v souvislý bzukot. Profesor nás ujišťoval, že obdržená dávka je neškodná a změřil to na svojem měřáku. Pak jsme se shromáždili ve velíně a sledovali spouštění reaktoru. Po zadání pár příkazů se začal zvedat graf výkonu a ustálil se na provozní hodnotě. Dále jsme se přesunuli na ochoz kolem vršku běžícího reaktoru a po zhasnutí jsme pozorovali dole ve vodě Čerenkovovo záření. To vzniká, když vodou proletí nabitá částice rychlostí vyšší než rychlost světla ve vodě (v = c/n, závisí na indexu lomu n), která je nižší než rychlost světla ve vakuu c. GMT detektor nad hladinou intenzivně praskal. Nakonec jsme šli odevzdat pláště, byl nám zkontrolován osobní dozimetr a každý ještě musel položit ruce na další detektor - všem se naštěstí rozsvítil nápis "NEZAMOŘEN" a tak jsme mohli pokračovat do hospůdky probrat dojmy :) Zde mám pár fotek ve fotogalerii.

palivový článk	já s GMT	měřák u p.článku
úpravna vody	nádoba VR-1	Čerenkovovo záření

      5.11.2011 jsme se s přáteli vydali na exkurzi do ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy, kde jsme si prohlédli jaderné vodní reaktory LVR-15, LR-0, technologické smyčky a urychlovače. Samozřejmě jsem si vzal s sebou i GMT, který nejvíce zabzučel nad dírou vodního bazénu s jaderným palivem reaktoru LVR-15, kde bylo vidět i Čerenkovovo záření. Prohlídka byla docela výživná, celkem jsme tam pobyli asi 4,5 hodiny. Fotit se tam bohužel moc nedalo, tak alespoň něco málo ve fotogalerii.

      2.9.2012 Docela dlouho jsem sháněl trochu nějakého radioaktivního materiálu na pokusy. Před časem mi jeden kamarád věnoval kus surového uranového skla, které však vykazuje jen velmi nízkou aktivitu. Pak jsem dostal nabídku od Vlasty, že mi odlomí kus šutráku se smolincem (UO₂), který nahrabal kdesi na příbramských haldách. Zrovna jsme se potkali o víkendu na radioburze v Holicíh, takže jsem si odvezl i pytlík s kamenem. Abych se vyvaroval kontaminace radioaktivním prachem a drobnými úlomky, což by asi nebylo úplně fajn na plíce, zalil jsem pár kousků kamene do čiré polyuretanové zalévací hmoty. Doba tuhnutí je asi 24 hodin a druhý den jsem s podivem zjistil, že jsou odlitky plné bublinek. Patrně se jedná o Radon neustále vznikající jaderným rozpadem. Takový kousek smolince už dokáže GMT pěkně rozparádit, zde je na videu [h264, 1,44 MB] porovnání s uranovým sklem. Ještě by to chtělo přidat čítač a zkalibrovat podle nějakého profi radiometru...


      25.5.2013 Při pochůzce po burze na Kolbence jsem narazil na starý detektor kouře československé výroby. Ten pracuje na principu ionizační komory a obsahuje zářič s kouskem radioaktivního izotopu Americium 241, který má poločas rozpadu 432 let a vyzařuje α i γ záření. Izotop při rozpadu ionizuje vzduch uvnitř plechové komůrky a mezi elektrodami protéká v klidu proud v řádu desítek pA. Pokud vnikne dovnitř kouř, malé prachové částice zafungují jako rekombinační centra pro ionty a dojde k poklesu proudu. Tyto detektory běžně obsahují ještě druhou utěsněnou referenční komůrku, aby se eliminovaly nežádoucí vlivy teploty atd. Tento detektor byl na vstupu osazen MOSFETem Tesla KF520, jenž vyniká oproti běžným dnešním MOSFETům velikým izolačním odporem >10 TΩ a malou kapacitou hradla 8 pF. Proto je velmi náchylný na zničení elektrostatickou elektřinou a prodával se zkratovací propojkou, která se odstraňovala až po zapájení do plošňáku. Dále obsahoval ještě 3 běžné křemíkové tranzistory (KFY16, KFY46 a KC507). Po rozebrání detektoru jsem našel uvnitř ve středu plošňáku 2 hliníkové trubičky s 5mm americiovými terčíky rozepřené pružinkou, připojené přímo na hradlo KF520. Jeden ionizoval měřicí komůrku (velký kovový válcový kryt se štěrbinovými otvory) a druhý malou referenční komůrku (malý nízký válcový kovový kryt). Zkusil jsem tedy jak bude reagovat můj GMT detektor a oproti smolinci je to docela slabota, reaguje jen při bezprostředním přiložení k trubici, viz video [h264, 680 kB]. Před pár lety mi kolega z práce přinesl na ukázku jeden americiový zářič s asi 8mm terčíkem a to byl řádově silnější rachot, překonal by i smolinec.


      8.8.2016 Jeden kamarád mě obdaroval nalezeným detektorem kouře Tesla MHG 181, který taktéž pracuje na principu ionizační komory. Je to o něco modernější a jednodušší konstrukce, než jsem pitval minule. Ionizační komora s radioaktivním izotopem Americia 241 o intenzitě 35 kBq je umístěna ve výměnné kovovo-plastové hlavici spolu s P-MOSFETem Tesla KF523. Elektronika v základní části obsahuje dvojitý NPN tranzistor Tesla KC809 pro diferenční zesilovače a jeden PNP tranzistor Tesla KFY16. Z hlavice jsem opatrně vykuchal americiový terčík, který byl pevně zalisovaný v modrém plastu a vyzkoušel, jak bude reagovat můj GMT detektor. Oproti předchozímu detektoru je o něco silnější, ale řádově slabší jak vzorek smolince. Video je na YouTube.


      24.8.2018 Z jedné polorozpadlé fabriky jsem si odnesl detektor kouře Tesla MHG 101. Jedná se patrně o stejný typ, jako jsem před lety koupil na Kolbence. Na Internetu jsem o něm nenašel téměř žádné informace, pouze zmínku o použitém radioaktivním zářiči s izotopem Americia 241 o intenzitě 148 kBq. Když jsem měl později chvíli času, překreslil jsem podle plošňáku schéma zapojení a zjistil tak význam kolíků. Ty jsem si pracovně očísloval tak, že na fotce spodku (klíč směřuje nahoru) je kolík 1 vpravo dole a dále pokračuje 2, 3, 4 proti směru hodinových ručiček. Kolík 2 je zem, 3 je napájení (patrně 12 V), 4 výstup a 1 asi pro nějaké testování. Pro pokusné účely jsem si ještě vyvedl drátkem měřicí bod z kladné elektrody elytu C2 (báze Q3), abych mohl sledovat proporcionální změnu napětí v závislosti na ionizaci v komoře.


      Detektor obsahuje 2 ionizační komory (snímací a referenční), zapojené jako napěťový dělič, jehož uzel je připojený na gate Q1. Proud MOSFETem teče přes několik odporů a nastavovací trimr do země. Úbytek napětí na R9 je dále filtrován dolnofrekvenční propustí R8 - C2 (cca 0,8 Hz) a připojen na bázi Q3, jehož emitor je podepřen Zenerkou D4, která posouvá práh otevření tranzistoru. V klidu je napětí na bázi Q3 asi 5,5 V a když do měřicí komory vnikne kouř, dojde k rekombinaci a poklesu vodivosti, takže se zvýší napětí gate - source Q1, ten se pootevře a zvětšením proudu ze source se zvýší také úbytek napětí na R9 a bázi Q3. Při překročení asi 7,9 V se sepne Q3, začne téct proud přes R1 a R3, čímž se otevře PNP tranzistor Q2, ten zas pustí proud do výstupu a odporů R6, R7. Tím sepne Q4, který vyzkratuje Zenerku D4 a sníží tak práh otevření Q3, že zůstane trvale sepnutý i když kouř z měřicí komory zmizí a její vodivost se vrátí do normálu. Napětí na bázi Q3 se pak drží na 0,75 V a obvod se resetuje až krátkým odpojením napájení. Stejnou funkci by zajistil i tyristor, ale takhle to asi bylo tehdá levnější. Detektor jsem nejprve zkoušel vydráždit propan-butanem ze zapalovače a parami isopropylu, ale odezva byla sotva 0,1 V. Teprve když jsem v igeliťáku zapálil a nechal vydoutnat kousek papíru, tak se napětí zvedlo výrazněji z 5,5 na 6,0 V (výstup ještě nesepnul). Funkce detektoru tak byla ověřena a zatím si ho nechám v celku pro případné další pokusy.


      30.11.2019 Získal jsem 8 malých sovětských GM trubic SBM-20 s kovovým pláštěm. Byly asi poměrně intenzivně vytíženy a při testování jsem zjistil, že 2 z nich už nefungují (jedna tikala velice slabě a druhá vůbec). Dle datasheetu je udávaná min. životnost 2*10¹⁰ pulsů, což by např. při 10 CPS mělo vydržet stovky let. Vadnou trubici jsem ze zvědavosti kuchnul, viz foto níže. Konstrukce je jednoduchá: katoda je z tenkého kovového plechu a anoda z cca 1mm drátu, který je v krajích držen skleněnými průchodkami. Kontaktní čepičky jsou připojeny tenkými drátky.