Полезные заметки/Приборы для поиска и измерения радиации

Как известно, человек не может почувствовать радиацию. Многих в ней пугает именно эта невидимость и неощутимость угрозы. К счастью, существуют специальные устройства, позволяющие обнаруживать и измерять ионизирующее излучение (ИИ). В общественном сознании прочно отпечатался образ счётчика Гейгера, предупреждающего об опасности характерным треском, но, на самом деле, устройств для обнаружения ИИ, основанных на разных принципах, существует великое множество. В том числе и вообще не связанных с электроникой, и реализуемых практически на коленке. Тут мы попробуем описать некоторые из них. В первую очередь те, с которыми есть шанс столкнуться у обычного человека, поэтому детекторы частиц, используемые в науке и требующие сверхчистых материалов, криогенных температур и многотонных установок, стоящих дороже самолёта, в основном останутся за кадром.

Немного о терминологии, или дозиметры, радиометры, индикаторы, сигнализаторы и все-все-все

Прежде чем разговаривать об оборудовании для измерения радиации, стоит определиться с терминологией. А с ней есть некоторые тонкости. Имеется два подхода к именованию подобных приборов — интуитивно понятный, который часто используют на тематических форумах и в популярных видео в интернете, и официально-ГОСТовский. В чём разница?

Народный вариант:

• Дозиметр — то, что измеряет уже накопленную дозу (сколько в вас насветило за определённый период времени).
• Радиометр — то, что измеряет мощность дозы в данный конкретный момент (насколько «ярко» в вас светит вотпрямщас).
  • Рентгенометр — радиометр, «заточенный» исключительно под гамма- и рентгеновское излучение и все остальные сорта радиации не видящий.
• Дозиметр-радиометр — показывает и то и другое одновременно. Простейший вариант — радиометр плюс дозиметрист, периодически записывающий в блокнотик время и мощность дозы, а потом перемножающий одно на другое и рассчитывающий, сколько же вы нахватали. В более современных приборах то же самое автоматически делает микроконтроллер.

ГОСТовский вариант:

• Дозиметр — любое приспособление для измерения и накопленной дозы и мощности дозы в данный конкретный момент в любых сочетаниях.
• Радиометр
  • В контексте дозиметрии — прибор для измерения активности (количества радиоактивных распадов в секунду).
  • Шире — устройство для измерения мощности вообще любого излучения — и видимого светового, и теплового и электромагнитного, а кое-кто и измерители громкости сюда суёт.

Автор правки в дальнейшем планирует использовать или только ГОСТовские наименования, или ГОСТовские/народные через слеш.

Дозиметры/радиометры по области применения делятся на несколько частично перекрывающихся групп:

• Индикатор — простейший показометр «есть-нет» и, по возможности, «больше-меньше». Классический вариант — трещалка из счётчика Гейгера и динамика. По частоте треска можно примерно прикинуть норма/больше/меньше, но без конкретных цифр.
• Сигнализатор — начинает пищать/мигать/вибрировать, если мощность излучения превышает определённый порог. Простейший бытовой сигнализатор не делает больше ничего, имеет минимальное энергопотребление и может проработать от одного комплекта батареек год-полтора просто валяясь на полке или вися брелочком на ключах, чтобы завопить, если пользователь забредёт куда-то не туда или к нему в гости заглянет радиоактивное облачко. Сейчас режим сигнализатора пихают в любые современные дозиметры/радиометры, которые вообще показывают какие-то циферки, просто потому, что добавить его фактически ничего не стоит (пара деталек на плату и полсотни байт в прошивку). А вот в старых приборах (особенно армейских и профессиональных) он есть далеко не всегда. Ибо и добавлять было сложнее, и предполагалось, что при работе с ними пользователь будет регулярно глядеть на шкалу и достаточно ясно представлять, где кончается «норма» и начинаются «плохо», «ужасно» и «мы все умрём».
• Измеритель — максимально точно измеряет мощность излучения и/или накопленную дозу.
• Поисковик — максимально быстро реагирует на изменение радиационного фона (чтобы понять, что вы влезли куда-то не туда или найти небольшую радиоактивную фигнюшку на относительно чистой территории). Обычно из хороших измерителей не получаются хорошие поисковики и наоборот. Для качественного измерения нужен набор статистики (и чем дольше — тем лучше), правильная матобработка, энергокомпенсация (как правило, сводящаяся к искусственному занижению чувствительности к некоторым типам излучения). А хорошему поисковику наоборот, нужна максимальная чувствительность ценой селективности с линейностью и быстрая реакция на изменение фона без долгого набора статистики и подтверждения достоверности.

Химические дозиметры

Ионизирующее излучение, взаимодействуя с веществом, приводит к появлению в нём ионов и свободных радикалов. Это может вызывать целые каскады химических реакций, которые иначе не произошли бы вовсе, или происходили, но очень медленно (именно поэтому ИИ так опасно для живых организмов, а w:радиохимия — целая отдельная отрасль химии). Если носить с собой баночку со смесью, меняющей в ходе такой реакции цвет, можно обнаружить, что на тебя посветило радиацией, а по степени этого изменения примерно прикинуть, сколько именно её было.

Примеры:

• Обычные фотоматериалы (плёнка, бумага, фотопластинки) — ИИ действует на них так же, как и свет. Для проверки на радиоактивность достаточно положить подозрительный камушек, железячку или ватку с пылью на кусочек неэкспонированной фотоплёнки или фотобумаги в непрозрачном конверте, подождать немного, а потом их проявить. Если предмет был достаточно радиоактивным, то после проявки вы увидите засвеченные пятна. В эпоху плёночной фотографии это был, пожалуй, простейший способ соорудить дома индикатор радиоактивности. Кстати, именно так Анри Беккерель открыл радиоактивность в 1896 году — обнаружив, что кусочки урановой руды могут засвечивать фотопластинки.
• Плёночные дозиметры — примерно то же самое, но более цивильно оформленное. Бейджики и пеналы, крепящиеся к одежде, в которые вставляется кусочек чувствительной к радиации плёнки. Их периодически собирают, проявляют, и по степени засветки определяют, сколько рентген нахватал пользователь. В некоторых используют специальные радиохромные плёнки, не нуждающиеся в проявке, в некоторых — фильтры, прозрачные только для определённых типов излучения, и позволяющие точнее оценить дозу и её воздействие на организм.
• Хроморадиометр Хольцкнехта — дементный дедушка всех современных химических дозиметров. Был разработан в 1902 году для нужд радиотерапии и стал одной из первых попыток создания устройства для количественной оценки радиации. Представлял собой набор пластинок из неких секретных ингредиентов, которые раскладывались по пациенту и меняли цвет в зависимости от дозы радиации. После процедуры изменение оценивалось по специальной шкале. Оказался довольно неудобным, и уже через пару лет был заменён более продвинутыми аналогами. Зато от него осталась картинка в википедии, а от них — нет. Ну и кто победил, а?!
• Дозиметр ДП-70М — классический советский химический дозиметр. Представляет собой ампулу с раствором в пластиковом пенальчике. Раствор меняет цвет под действием радиации с прозрачного через бледно-розовый (50 рентген) и до ярко-малинового (800 рентген). Показания можно оценить на глаз (в пенале есть эталон цвета для дозы 100 рентген, ярче — больше, бледнее — меньше). Для более точной оценки можно использовать полевой колориметр ПК-56М, в котором цвет ампулы сравнивается с набором эталонных светофильтров — цветных стёклышек, соответствующих окраске раствора при разных дозах.
• Толстослойные ядерные фотографические эмульсии — химические детекторы заряженных частиц, позволяющие визуализировать их траектории («треки») и изучать взаимодействие с веществом. Пластинки и плёнки с особо толстым (более миллиметра) и мелкозернистым светочувствительным слоем. Применялись в ядерной физике. А для изучения высокоэнергетических частиц использовали эмульсионные камеры — стопки из десятков и сотен слоёв такой эмульсии, из которых после проявки можно было послойно собирать трёхмерные треки.

Плюсы химических дозиметров — компактные, не боятся тряски и ударов, работают при огромных мощностях дозы и не требуют наличия вообще никакой электронной промышленности для изготовления.

Минусы:

• Нормально работают только с очень высокими по современным меркам дозами. Отлично подойдут, если вам надо идти кидать лопатой обломки ТВЭЛов или штурмовать укрепрайон, по которому полчаса назад нанесли ядерный удар, но никак не помогут обнаружить излучение в 5-10 естественных фонов от какого-нибудь гранитного щебня или грибочков, выросших там, где когда-то лопатой кидали ТВЭЛы.
• Позволяют только оценить накопленную дозу, но не узнать мощность излучения в данный конкретный момент. Химический дозиметр поможет узнать, сколько рентген вы нахватали за время своих приключений, и как вас теперь лечить (и имеет ли ещё смысл вас лечить), но никак не подскажет, что вон та хреновина люто фонит и от неё нужно бежать, теряя сапоги.
• Довольно быстро портятся (срок годности — несколько лет).
• Плёночные дозиметры часто (хотя и не всегда) требуют предварительной проявки, так что быстро показания не оценить.

Электростатические дозиметры

Работают за счёт того, что ИИ, повышая проводимость воздуха из-за образования в нём ионов, ускоряет стекание электрического заряда с поверхностей.

• Электроскопы и электрометры — приборы для визуализации и измерения электрического заряда, основанные на том, что тонкие пластинки одноимённо заряженного материала отталкиваются друг от друга. Чем больше ионов в воздухе, тем быстрее электроскоп разряжается. Некоторое время это был практически единственный метод количественного измерения ИИ.
• w:Измеритель радиоактивности Кирни (Kearny fallout meter, KFM) — самодельный дозиметр-электроскоп, оптимизированный для сборки из того, что гарантированно будет в доме среднего американца в случае ядерной войны — пустой консервной банки, линейки, фольги, ниток, гипсокартона и т. д. Схема была опубликована в докладе Ок-Риджской национальной лаборатории «Nuclear War Survival Skills» в 1979-м, и получила широкую известность в узких кругах выживальщиков, препперов и прочих жопоголиков. Теоретически способен обнаруживать излучение от 3 мР/ч до нескольких десятков Р/ч с довольно приличной (для самодельного прибора из мусора) точностью, хотя это скорее в идеальных условиях и при идеальном качестве сборки.
  Плюсы — весьма прост, можно сделать самостоятельно, не требует редких деталей или реактивов.
  Минусы — хрупкий и неудобный, измерение занимает много времени, очень чувствителен к влажности и тряске, недостаточно чувствителен к околофоновым уровням излучения.
  Дозиметр судного дня как он есть.
• Обширное семейство дозиметров-«карандашей» (ИД-1, ИД-2, комплект ДП-23 и буквально десятки аналогов, как советских, так и буржуйских) — принцип плюс-минус тот же, что у KFM, но изготовлены фабрично и с максимальной возможной миниатюризацией. Выглядят как металлическая трубочка размером с авторучку, с зажимом для цепляния на одежду. Внутри конденсатор, разряжающийся через ионизационную камеру (см. ниже), электроскоп с кварцевой ниточкой, перемещающейся при заряде/разряде, и оптика, проецирующая изображение нити на шкалу, которую можно рассмотреть через глазок в торце трубочки. Перед использованием конденсатор надо зарядить на специальной зарядной станции, после чего он разряжается тем быстрее, чем больше через ионизационную камеру пролетает частиц ИИ. Есть ещё вариант «карандашей» без оптики и электроскопа, только с конденсатором и камерой (ДС-50 из комплекта ДП-23, например). С таких показания можно считать только на зарядной станции.
  Плюсы:
  • Практически нет электроники, а та, что есть ближе к механике, так что даже самое лютое излучение нипочём. У ИД-1 зарядная станция даже батареек не требует — электричество генерируется сжатием пьезокристалла.
  • У вариантов с «глазком» дозу можно посмотреть в любой момент самостоятельно.
    Минусы:
  • Бесполезны без зарядной станции.
  • Меряют только накопленную дозу, но не текущую мощность.
  • Большинство весьма «дубовые», нормально работают только с дозами от нескольких рентген (в мирное время это очень много). Хотя есть и более чувствительные варианты, наподобие ДК-0,2 (впрочем, 200 миллирентген тоже не то чтобы мало).
  • Не такие уж простые. Электроники фактически нет, но механика довольно тонкая. Дома или в постапокалиптическом лагере выживальщиков из мусора не соберёшь.
  • Чувствительны к тряске и перепадам температуры, которые ускоряют саморазряд, искажая результаты.
  • Сильная тряска и удары могут повредить механику и/или оптику.
• Советские подарочные часы для работников атомной промышленности со встроенным электростатическим дозиметром. Были выпущены маленькой партией в середине 50-х и в целом остались скорее техническим курьёзом и коллекционной редкостью.

Счётчики Гейгера-Мюллера (СГМ)

Появились в 1928 году и до сих пор остаются самым популярным «народным» детектором радиации из-за очень удачного баланса простоты изготовления и использования, стоимости и чувствительности.

Если не вдаваться в подробности, простой счётчик Гейгера это металлическая трубка с натянутой по оси проволочкой, заполненная разреженным инертным газом. На стенку трубки подано высокое отрицательное напряжение, на проволоку — положительное. Напряжение подобрано так, чтобы система находилась на грани пробоя, но сама по себе её не переходила. В результате неактивный счётчик представляет собой обрыв цепи, ток через него не идёт. Пролетающая через счётчик частица ИИ вызывает образование ионов в газе и рост проводимости, что провоцирует зажигание электрического разряда между стенкой и нитью (пробо́й). В результате в цепи появляется импульс тока, который можно зарегистрировать в виде щелчка в динамике, вспышки лампочки, или подать на вход электронной схемы-счётчика. Для получения простейшей мигалки-трещалки такому датчику нужен абсолютный минимум обвязки — резистор, конденсатор, и источник высокого напряжения (для самых популярных сейчас счётчиков — примерно на 400 вольт +/-30). За такую простоту их и любят.

Частая терминологическая ошибка — когда счётчиком Гейгера называют весь прибор для измерения радиации с батарейками, электроникой, кнопками, лампочками и прочим обвесом. На самом деле, прибор называется дозиметр (ну или радиометр), а счётчик Гейгера — его чувствительный элемент. Это как называть фотоаппарат матрицей, а компьютер — процессором. Кстати, фиговина на проводе, которой дозиметрист тыкает в измеряемый объект — тоже не счётчик Гейгера, это выносной зонд, в котором может быть ещё много чего кроме, а вот счётчика Гейгера может и не быть.

А теперь давайте всё же вдадимся в подробности.

Гашение счётчика

Ладно, частица пролетела, разряд возник, сигнал мы зарегистрировали. Но теперь счётчик надо как-то вернуть в исходное состояние. Сам по себе разряд не погаснет — электрическая дуга разбрасывает во все стороны ионы и светит ультрафиолетом, дополнительно ионизируя газ, так что процесс самоподдерживающийся.

Самый простой вариант — отключить электричество на некоторое время, чтобы страсти улеглись, газ остыл и ионы рекомбинировали. Но это дело небыстрое (несколько миллисекунд) и в процессе счётчик ничего не считает (т.н. «мёртвое время»), что нехорошо сказывается на чувствительности, особенно при больших мощностях излучения, когда пробо́и могут идти сотнями в секунду. Плюс схемы гашения иногда могут быть довольно сложными (хотя в простейшем случае хватает просто гигаомного резистора последовательно со счётчиком).

Чтобы избежать этих проблем, можно добавить в газовую смесь специальные присадки, которые будут связывать ионы и поглощать ультрафиолет. В результате разряд не успеет толком разгореться и угаснет сам по себе, гораздо быстрее, чем если бы мы использовали схему гашения. Называется это самогашением. У самогасящихся счётчиков тоже есть мёртвое время, но оно где-то на порядок меньше.

В качестве гасящих добавок используют либо органику (обычно пары спирта), либо галогены (бром или хлор, например). При этом спирт в процессе работы постепенно распадается, так что счётчики на спирту имеют ограничение на количество срабатываний. Обычно это миллионы-десятки миллионов импульсов, так что в режиме непрерывного измерения даже на обычном природном фоне такой счётчик «сгорает» за несколько лет. По мере выгорания гасящей добавки он сначала начинает завышать показания, а потом просто «застревает» в замкнутом состоянии.

Галогенные гасящие добавки тоже постепенно исчерпываются за счёт взаимодействия с материалом корпуса, но это происходит на несколько порядков медленнее, так что ресурс таких счётчиков измеряется уже миллиардами срабатываний — раньше рассыплется или корпус счётчика, или сам дозиметр. Собственно, сейчас найти «живой» счётчик Гейгера на спирту можно разве что в самом дальнем углу забытого склада, все современные используют галогены.

А какие излучения они видят?

Для понимания этого раздела желательно знать, какие вообще бывают сорта радиации и чем они друг от друга отличаются. Благо, у нас на проекте уже есть об этом отдельная статья.

В принципе, с помощью счётчиков Гейгера можно «увидеть» практически любое ионизирующее излучение, от альфы до нейтронного, плюс ультрафиолет и космические лучи. Но есть проблема — разные конструкции счётчиков очень по-разному реагируют на разные типы и энергии излучений, что создаёт большие проблемы при интерпретации показаний.

Гамма-излучение

Для начала стоит сказать, что сами фотоны гамма-излучения счётчик не видит. Видит он электроны, которые они выбивают, взаимодействуя с атомами стенок и газа. Электроны летят к проволочке-аноду, разгоняясь в электрическом поле, по пути сталкиваются с атомами газа, отрывая электроны уже от них, и так, по принципу цепной реакции, возникает разряд. Чем выше энергия гамма-кванта («жёсткость» излучения), тем больше проникающая способность, а следовательно и вероятность того, что он пролетит через счётчик ни с чем не провзаимодействовав и не вызвав разряда. Вероятность регистрации высокоэнергетического гамма-кванта обычно составляет доли процента, а чтобы её повысить, надо делать счётчик более толстостенным (что снижает чувствительность к другим видам излучений).

По мере снижения энергии фотона растёт вероятность его взаимодействия с веществом, а значит и шанс вызвать разряд. Поэтому на X «мягких» гамма-квантов, пролетевших через счётчик, он выдаст больше срабатываний, чем на такое же количество «жёстких», а значит, для жёсткой гаммы показания будут занижены, а для мягкой завышены. Иногда для компенсации этого эффекта счётчики Гейгера обёртывают свинцовой фольгой, которая несколько гасит мягкую гамму, почти не трогая жёсткую .

При дальнейшем снижении энергии квантов (до десятков килоэлектронвольт, обычно это уже считается рентгеновским излученим) чувствительность счётчика снова падает. Проникающая способность у такого излучения мала, большая его часть поглощается наружными слоями корпуса, и выбитые при этом электроны так и застревают в металле, не сумев выбраться в полость с газом и вызвать разряд. Поэтому мерить излучение от рентгеновского аппарата обычным бытовым дозиметром — не лучшая идея, результаты получатся сильно заниженными. Причём заниженными на какую-то случайную величину, зависящую от энергии излучения, толщины корпуса счётчика, толщины и материала корпуса дозиметра, расстояния, положения относительно излучателя и погоды на Марсе, так что подобрать какой-то универсальный коэффициент пересчёта невозможно. Поэтому если бытовой дозиметр показывает рядом с рентгенаппаратом немного повышенный фон, не расслабляйтесь — скорее всего, в реальности всё значительно хуже, и чем раньше вы оттуда свалите, тем лучше.

Чтобы повысить чувствительность к очень мягкой гамме, используют счётчики с окнами либо из очень тонкого (слюда, майлар), либо рентгенпрозрачного (бериллий) материала. Несложно заметить, что это прямо противоречит способам улучшения чувствительности к жёсткой гамме. Для компенсации в некоторых приборах делают возможность закрывать эти окна металлическими заслонками. В профессиональные дозиметры часто просто ставят несколько датчиков (иногда в виде съёмных зондов).

Бета-излучение

С одной стороны, проникающая способность бета-излучения невелика по сравнению с гаммой, и значительная его часть просто не попадает в счётчик (например, мягкая бета с энергией 0,05 МэВ останавливается несколькими сантиметрами воздуха или листом бумаги). С другой стороны, те бета-частицы, что всё же пробрались внутрь, счётчик видит значительно (на порядки) лучше, чем гамма-кванты — эффективность регистрации 50-80, а то и все 100%, так как они сами по себе являются разогнанными электронами и очень эффективно вызывают разряды в газе. Так что если у бета-частиц достаточно энергии, чтобы пробиться через воздух, корпус дозиметра и стенку счётчика (а для жёсткой высокоэнергетической беты, прошивающей несколько сантиметров алюминия, это не проблема), то результаты СГМ выдаст дико завышенные (потому что счётчик бету и гамму не различает, для него все разряды выглядят совершенно одинаково). Всё усугубляется тем, что граница между "жёсткой" и "мягкой" бетой весьма условна и зависит от толщины и материала корпуса счётчика и прибора, расстояния до источника излучения и т.д.

Чтобы убрать плохо прогнозируемое влияние жёсткой беты, "обычные" счётчики Гейгера иногда обёртывают той же свинцовой фольгой (заодно повышая линейность по гамме). Если же нужно померить именно бета-излучение, используют счётчики со слюдяными окошками и делают два замера — один с заслонкой, отсекающий бета-излучение (определяем только интенсивность гаммы), второй — без заслонки (определяем интенсивность беты + гаммы), а потом вычитаем первое из второго и получаем чистую бету.

Альфа-излучение

У альфа-излучения ещё более низкая проникающая способность, и "обычный" цельнометаллический (или цельностеклянный) счётчик Гейгера его не увидит в принципе — здоровенная неуклюжая альфа-частица просто не пролезет через корпус. "Унюхать" его могут счётчики со слюдяными окнами, причём желательно из самых тонких слюдяных пластин — каждый лишний микрометр будет занижать показания. Кроме того, при измерении надо придвигать счётчик как можно ближе к источнику — даже пара сантиметров воздуха для альфа-частицы — серьёзная преграда.

Отсюда метрологическая проблема — получить реальные значения альфа-активности образца довольно сложно. Для этого надо взять навеску определённой массы, поместить в сосуд определённой формы, разместить на определённом расстоянии от окна счётчика, который при этом должен быть предварительно откалиброван на стандартном источнике, так как толщина слюды и геометрия электродов (а значит и чувствительность) всегда немного отличаются…

Так что получается, замеры альфа-активности в полевых условиях бессмысленны, даже если есть «слюдник»? На самом деле нет. Просто стоит помнить, что вне контролируемых лабораторных условий пересчитывать импульсы счётчика в микрорентгены, БЭРы или ещё какие зиверты бессмысленно. Гораздо правильнее будет использовать эти импульсы напрямую, в виде CPS (counts per second, отсчётов/импульсов в секунду) или пересчитав в частицы на квадратный сантиметр, не переводя в какие-то системные величины. Если CPS в альфа-режиме растёт, то стоит насторожиться. Если растёт сильно — напяливать СИЗОД, а то и ОЗК, а лучше валить оттуда как можно быстрее и не забыть потом тщательно вымыться. То есть, правильнее с точки зрения метрологии писать не «МКС со снятым фильтром показал 50 мР/ч, какой ужас!», а «CPS после снятия фильтра подскочил с 5 до 150, какой ужас!» Кстати, всё вышеописанное в целом касается и бета-излучения.

Примечательные счётчики Гейгера

• СБМ-20 — легендарный на постсоветском пространстве прибор. Простой в работе, прочный, живучий, достаточно чувствительный для цельнометаллического СГМ, а главное — в своё время их наделали просто дикое количество (да и сейчас вроде продолжают), так что раздобыть такой не проблема. Этакий автомат Калашникова от мира счётчиков Гейгера. На его основе сделано великое множество разных схем, от простейших «трещоток»-индикаторов, которые любой радиолюбитель может собрать из завалявшегося на чердаке хлама за полчаса, до продвинутых приборов с несколькими датчиками, выносными зондами, микроконтроллерным управлением и возможностью подключения к компьютеру. Есть несколько подвидов, вроде СБМ-20-1 и СБМ-20У, отличающихся мелкими деталями типа материала изолятора и формы выводов.
• СТС-5 — примерно то же, что СБМ-20, только старше.
• СБМ-21 — самый маленький из массовых советских счётчиков Гейгера — 6 × 22 мм. Поэтому его часто ставят в часы-дозиметры, брелки-дозиметры и тому подобные игрушки. Отличается низкой чувствительностью (примерно на порядок меньше, чем у СБМ-20), так что бытовые дозиметры с ними получаются не очень — медленные и/или не особо точные. Но компактность решает, и лучше иметь такой дозиметр, чем никакого.
• СИ-8Б, «Бета-1», «Бета-2» и им подобные «блинчики» (pancake GM) — большие плоские счётчики в виде этакой консервной банки, у которой донышко целиком сделано из слюды. Имеют высокую чувствительность в принципе, в том числе к мягкому рентгену, бета- и альфа-излучениям. Дорогие и очень хрупкие — здоровенная слюдяная пластина ломается от механических воздействий, перепадов давления и температуры, загрязнений и чуть ли не слишком пристального взгляда. Существует страшилка, что со временем через тонкий слой слюды внутрь счётчика (в том числе неповреждённого и лежащего на хранении) затекает атмосферный воздух, выводя его из строя, но вразумительных подтверждений автору правки с ходу найти не удалось. Выражено анизотропны — показания радикально меняются в зависимости от того, каким боком счётчик повёрнут к источнику излучения (в принципе, это в той или иной степени характерно для всех СГМ, но для этих особенно).
• СБТ-9 — цилиндрический счётчик с маленьким торцевым слюдяным окном. Компактный (на треть короче СБМ-20) и в целом не особо чувствительный, но если навести окошком на подозрительный предмет, может увидеть рентген, мягкую бету и даже какие-то отголоски альфы.
• СИ-19БГМ — то же самое, только размером примерно с СБМ-21. Позволяет соорудить индикатор α-/β-/γ-излучения размером меньше спичечного коробка.
• Многочисленные китайские стеклянные трубки (M4011, J321, J305 и т. д.) — массово появились на Алиэкспрессе в конце 10-х — начале 20-х, и теперь потихоньку теснят (пост)советские СГМ за счёт очень высокой доступности. По характеристикам плюс-минус сопоставимы с СБМ-20 (хотя в рекламных мурзилках продавцы иногда не стесняются заявлять бешеную чувствительность на уровне сцинтилляторов).

Примечательные дозиметры на счётчиках Гейгера

Это не список всех возможных дозиметров, под него пришлось бы создавать отдельную вики. Скорее подборка, призванная показать, насколько разными они бывают в зависимости от цены и области применения, и как на дозиметрическое оборудование повлиял технический прогресс.

• Простейший индикатор ионизирующего излучения в стиле «трещалка-мигалка» — буквально сотни их, весь Интернет завален схемами. Навскидку из примечательных:
  • семейство демонстрационных стендов «детектор ионизирующего излучения» для школ и вузов — простейший индикатор, собранный на деревянном щите.
  • индикатор радиоактивности «Пионер» конца 1950-х — классическая трещалкомигалка в солидном металлическом корпусе.
  • Индикатор радиоактивности ДП-62 — мигалка (даже без трещалки), питающаяся от ручного электродинамического генератора (как фонарик-«жучок»). Имеет две лампочки. Одна загорается при жиканьи жучком всегда и показывает, что прибор работает и не сдох. Другая, под круглым «козырьком», моргает при срабатывании счетчика Гейгера, интерпретируется по простому алгоритму: «Моргает — пора уносить ноги и глотать индралин на всякий случай, горит непрерывно — вали немедленно, или схватишь смертельную дозу». Примечателен минимальный предел, после которого прибор в принципе начинает показывать хоть какую-то активность — от 10 до 500 миллирентген в час, в зависимости от неких «дестабилизирующих факторов». Тут и разброс впечатляет, а уж излучение в 500 мР/ч может положить на бок большинство современных дозиметров. Ещё один прибор судного дня. Зато не требует никаких расходников и может храниться практически вечно — так и хранится на складах на случай ядерной войны.
• Советские армейские дозиметры (в первую очередь множество разновидностей ДП-5, но не только) — пожалуй, отсюда пошёл тот самый классический образ дозиметра в постсоветской массовой культуре — ящичек на ремне с крутилками и циферблатом, из которого торчит зонд на проводе. Этим зондом надо тыкать во всякие подозрительные места, на что дозиметр будет реагировать изменением частоты треска в наушниках и движением стрелочки на шкале. Большинство «дубовые» до неприличия — у того же базового ДП-5 самый чувствительный диапазон измерения начинается с 50 мР/ч, чего хватит, чтобы отправить в зашкал изрядную часть бытовых дозиметров. Практически все типичные бытовые источники радиации (часы с радиевой краской, урановое стекло, «злой» гранит) он просто не увидит. Если такой дозиметр начал на что-то активно реагировать, значит у вас действительно серьёзные проблемы.
  С другой стороны, максимальный предел измерения у них тоже очень впечатляющий — у ДП-5 200 Р/ч, а у ДП-1 например — вообще 500. От такого зашкалит уже практически все хорошие современные приборы, а более-менее продолжительное воздействие ещё и электронику может «испечь». Так что хотя для мирной жизни эти дозиметры и не особо подходят, но вот для глобальной ядерной войны, под которую и разрабатывались — самое то. Впрочем, в этом семействе есть и довольно чувствительные приборы, в основном те, у которых в зонде стоят датчики со слюдяным окном (ДП-5БВ для ГО или флотский КРБГ, например).
  Неприятная особенность — иногда такие дозиметры сами могут быть радиоактивными. Причём не потому, что успели поработать в Чернобыле или ещё каком нехорошем месте, а от природы в силу конструктивных особенностей. Часто в них ставили контрольные источники радиации для быстрой проверки работоспособности после снятия с хранения (обычно не слишком «злые», но бывают и варианты), а шкалы у старых моделей покрывали светящейся радиевой краской. И вот тут уже изотопов не жалели. Шкалы от старых дозиметров — одни из самых опасных образцов радиевой СПД. А если учесть, что со временем связующее вещество в такой краске деградирует, и она начинает рассыпаться в пыль, то, разобрав такой дозиметр без нужных мер предосторожности, можно устроить натуральную радиационную катастрофу в отдельно взятой квартире.
• Заграничные дозиметры в виде продолговатого ящичка с ручкой сверху («утюги»). В западной масс-культуре как бы не более архетипичны, чем в постсоветской ДП-образные. Перечислять их все автор правки тут не будет, ибо он скорее по советской/постсоветской технике, плюс в буржуиниях каждый серьёзный производитель норовил создать свою модельную линейку, так что разнообразие получилось совершенно запредельное. Впрочем, если кто-то чувствует в себе силы — правьте смело.
• ДП-100 — настоящая полевая радиометрическая лаборатория родом из 60-х. Состоит из центрального управляющего блока и нескольких ящиков подключаемых к нему детекторов под все типы излучения вплоть до альфы. Есть даже эрзац-гамма-спектрометр в виде набора металлических фильтров разной плотности, вставляемых между про́бой и счётчиком Гейгера. По степени ослабления излучения можно было прикинуть его энергию. Внутри управляющего блока настоящий музей архаичных радиоэлектронных компонентов первой половины XX века — бареттер, вибропреобразователь, селеновые диоды и целый набор радиоламп. Разумеется, вся эта ламповая архаика глубоко плюет на ЭМИ, поэтому работоспособность прибора гарантирована, даже если он найден под руинами близ эпицентра ядерного взрыва.
• Десятки несложных бытовых дозиметров, наклёпанных на волне постчернобыльской радиофобии. Самые примитивные недалеко ушли от трещалки-мигалки — пользователю самому предлагалось посчитать вспышки светодиода за определённое время и по напечатанной на корпусе таблице перевести в микрорентгены. Самые продвинутые имели разные диапазоны измерения, сигнализацию при превышении порога мощности дозы, вывод показаний на ЖК-экран и несколько счётчиков для ускорения замера. Примеры — «Rasa», ДБГ-0.5Б, «Мастер», «Сосна», «Белла», «Припять» и многие, многие другие. Дополнительное разнообразие вносило то, что удачные версии (типа той же «Сосны», «Беллы» или «Мастера») собирали на разных заводах, часто под разными названиями и с небольшими доработками. Большая часть этого зоопарка уже вымерла, некоторые особо удачные представители до сих пор гуляют по заброшкам с юными сталкерами («Белла», «Припять»), а производители того же «Мастера», например, превратились в серьёзного разработчика дозиметрического оборудования мирового уровня.
  Неприятная особенность — у большинства представителей этого обширного семейства довольно низкая максимальная измеряемая мощность излучения (10 мР/ч, а иногда и ниже, это даже по современным радиофобным меркам довольно скромно), при этом многие из них не умеют корректно обрабатывать зашкал. В лучшем случае они выдают максимальное доступное значение, оставляя пользователя гадать, светит на него сейчас 10 миллирентген или 100 рентген или просто выключаются, в худшем — показывают нулевое или сильно заниженное значение, создавая ложное чувство безопасности. Not great, not terrible!
  Из забавного:
  • БЭЦ-1 — когда хочешь сделать часы-дозиметр, но не хочешь делать ни часов, ни дозиметра. В один корпус засунуты начинка часов «Электроника 18-07», начинка всё той же многострадальной «Беллы» (прямо вместе с родным ЖК-дисплеем) и самодельная плата, по нажатию кнопки выводящая показания «Беллы» на дисплей часов. Причём это не радиолюбительская поделка, а серийное изделие.
  • ДБГБ-06И «Альтаир» — очередная вариация на тему Nintendo Game&Watch (в наших краях более известного по клонам серии «Электроника ИМ», в том числе легендарной «волк ловит яйца»), со встроенным счётчиком Гейгера. Выглядит как классическая «Электроника», только вдвое толще.
  • «Родник-3» — этакий типичный простой постчернобыльский дозик (даже дизайн явно отсылает к «Мастеру»), только сделанный в 2018-м на современной элементной базе. В принципе, довольно удачный, если не требовать от него чего-то выдающегося.
• Многочисленные часы-дозиметры от фирмы Polimaster — не слишком чувствительные, но при этом разработчики достаточно серьёзно поработали над корректным измерением дозы и оптимизацией энергопотребления — работают до года от одной батарейки. Довольно известны среди людей, профессионально работающих с радиацией.
• МКС-01СА1М — дозиметр на счётчике-«блинчике» «Бета-1» с большим слюдяным окном, приличным функционалом и неудобным интерфейсом. Довольно заурядный прибор уровня несколько выше среднего, но в 10-х его активно закупали банки для проверки налички, и в начале 20-х, когда их начали массово списывать, множество таких дозиметров в весьма приличном состоянии оказалось на вторичном рынке примерно за пятую часть цены нового. Возможность купить полупрофессиональный прибор с отличным датчиком по цене бытового показометра обеспечила ему в некотором роде культовый статус среди постсоветских радиофилов.
• RadiaScan 701 — примерно то же, что МКС, только с модными фишками типа большого цветного дисплея, удобного меню, возможности подключения к компьютеру, записи логов и т. п. Зато без халявы на вторичке.
• Множество самодельных дозиметров от радиолюбителей, построенных на классической СБМ-20 или аналогах, и при этом использующих все модные микроэлектронные навороты — микроконтроллеры, графические экраны, литиевые аккумуляторы, беспроводные модули, преобразователи питания со сверхнизким потреблением, позволяющие работать от комплекта батареек больше года и т. д. Подсчёт накопленной дозы, разные режимы измерения и усреднения, удобные меню, графическое отображение результатов, запись логов, интеграция с ПК, сверхкомпактные корпуса — при наличии прямых рук и желания можно получить функционал, о котором в 90-х большинство профессионалов могло только мечтать.
• FNIRSI GC-01 — новинка (по состоянию на 2023 год) с Алиэкспресса. Довольно типичный бытовой дозиметр, на борту имеет китайский аналог СБМ-20 (M4011). Из плюсов — очень приятная цена, солидный «типа защищённый» корпус и большой цветной экран с кучей разноцветных буковков, цыфирков и графиков. Из минусов — отвратительное время автономной работы, низкая помехозащищённость и сомнительные схемотехнические решения. Например, на счётчик подано максимально допустимое напряжение (650 вольт), ни о каком плато счётной характеристики и речи не идёт. В результате получается выжать больше импульсов на микрорентген, но показания будут безбожно плавать при малейших помехах и нестабильности питания.

Ионизационные камеры

По конструкции напоминают счётчики Гейгера — те же два электрода под напряжением, обычно в виде либо параллельных пластин, либо трубки с центральным стержнем. Между электродами газ, в простейшем случае — просто воздух. Напряжение при этом значительно ниже, чем в СГМ, так что никакого разгона электронов, вторичной ионизации и пробоя не происходит. Ток через такую камеру обеспечивается только теми ионами, что родились при пролёте частицы ИИ, и измеряется в нано-, а то и фемтоамперах. Обнаружение таких токов — задача достаточно нетривиальная, но на современной элементной базе — вполне решаемая. Именно через ионизационную камеру стекает заряд в описанных выше электростатических дозиметрах-«карандашах». Из более привычного — ионизационная камера работает детектором в старом советском дозиметре/рентгенометре ДП-2. В принципе, ИК можно сделать дома, благо в базовом варианте она значительно проще счётчика Гейгера, а качественная электронная рассыпуха для усилителя сигнала вполне доступна. В отличие от СГМ, в негерметичном варианте довольно бодро реагирует на бету и альфу (ибо буквально имеет дырку в корпусе, через которую пролетают частицы), так что позволит определить, что вот этот камушек — урановая руда, тот шарик сделан из плутония, а странная железячка — контрольный источник. Но для количественных замеров и околофоновых величин не особо пригодны.

Пропорциональные счётчики

Это довольно специфические датчики, встретить которые в чистом виде у простого диванного выживальщика шансов мало. Однако они похожи по конструкции на счётчик Гейгера, и входят в состав некоторых полезных устройств, так что давайте кратенько упомянем их в этом разделе.

Пропорциональный счётчик — тоже заполненная газом камера с электродами под напряжением. При этом напряжение достаточно велико, чтобы вызвать вторичную ионизацию, но недостаточно велико, чтобы она перешла в самоподдерживающийся разряд. Первичные ионы, созданные пролётом частицы ИИ, разгоняются в электрическом поле, разрушают другие атомы, порождая ионные лавины (1-10 тысяч вторичных ионов на каждый первичный), но после падения на электрод просто угасают. Это упрощает регистрацию импульсов и позволяет определить энергию вызвавшей его частицы, так как мощность импульса пропорциональна количеству порождённых ионов, а значит и энергии, оставленной частицей ИИ в счётчике. Для того, чтобы такой счётчик работал как надо, он должен быть изготовлен с высокой точностью, запитан хорошо стабилизированным напряжением и наполнен особой, быстро деградирующей газовой смесью. Используются они, в частности, для спектрометрии мягкого рентгеновского излучения в рентгенофлуоресцентных анализаторах.

Неонка от стартёра

Неоновая лампа тлеющего разряда из стартёра от ламп дневного света тоже может быть использована как чувствительный элемент радиометра, так как она во многом похожа на счетчик Гейгера. Она тоже заполнена разреженным инертным газом (собственно, неоном) и имеет два электрода. Поэтому интернет завален схемами приборов для обнаружения радиации, основанных на неонке от стартёра или похожих на неё неоновых лампах. Чувствительностью такие устройства не отличаются, в лампах отсутствуют примеси для гашения разряда, и в качестве бытовых дозиметров они непригодны, вдобавок большинство простых схем из интернета ловят дикие наводки на различные ЭМ-импульсы и показывают «радиацию» там, где ее нет. Однако для условий постапокалипсиса такой прибор годится, так как фон, представляющий прямую и явную угрозу (от 1 Р/ч) он вполне определяет и собирается из деталей, найденных на помойке. Разумеется, даже ДП-62 лучше и чувствительнее, чем неонка от стартёра, но если никакого дозиметра нет вообще, то лучше ее иметь, чем не иметь.

Сцинтилляторы

Сцинтилляторы — вещества (самые разные — кристаллы, стёкла, пластики, жидкости) способные светиться под действием радиации. Попадание в такое вещество частицы ИИ вызывает вспышку света, тем более яркую, чем больше была её энергия. Казалось бы, идеальный дозиметр — достаточно просто посчитать вспышки. Но есть проблема. Вспышки эти очень слабые, так что чувствительность счётчика нужна огромная (значительно выше, чем у человеческого глаза). И тут нам на помощь приходят устройства под названием фотоэлектронные умножители, или ФЭУ. Что это такое? Это электровакуумный прибор (как радиолампа, только не радиолампа), способный выдавать хорошо заметный электрический импульс при попадании в приёмное окошко даже одного единственного фотона. Если к входному окну ФЭУ приклеить сцинтилляционный кристалл и считать полученные на выходе импульсы, получится счётчик частиц ИИ. Причём измеряя амплитуду этих импульсов можно определить энергию частицы.

Чем они лучше счётчиков Гейгера?

• Во-первых, сцинтилляторы гораздо чувствительнее к гамма-излучению, особенно жёсткому. Как минимум потому, что они значительно плотнее, чем СГМ (которые в основе своей просто банки с газом разной формы), а значит, вероятность того, что пролетающая через них частица с чем-то столкнётся больше, и на условный рентген кристалл выдаст больше вспышек, чем СГМ примерно того же размера — разрядов. Это полезно при поиске точечных источников радиации (потерянная радиоактивная деталька, например), для контроля быстро меняющегося радиационного фона (например, во время езды на машине) или при исследовании образцов с невысоким собственным фоном (особенно массовом, когда ждать десятки минут набора достоверной статистики некогда).
• Сцинтилляторы позволяют точнее рассчитывать полученную дозу в зависимости от энергии (энергокомпенсация). Если очень сильно упростить, то доза — это число прилетевших в пользователя частиц, умноженное на их энергию. Но счётчики Гейгера умеют только считать частицы, но не определять энергию — все разряды в них совершенно одинаковые. Поэтому для расчёта дозы число импульсов умножают на какую-то условную среднюю энергию, под которую калибруют дозиметр. При этом если реальная энергия частиц ниже, то рассчитанная доза выйдет завышенной, а если выше — заниженной. Сцинтилляторы же определяют энергию каждой прилетевшей частицы и считают дозу корректнее.
• Возможность писать спектры излучения. Если измерять и записывать яркость каждой вспышки, то можно будет заняться гамма-спектрометрией, и это настолько крутая штука, что о ней стоит поговорить подробнее.

Гамма-спектрометрия

Итак, яркость вспышки в сцинтилляторе зависит от энергии попавшей в него частицы. Измеряющейся, кстати говоря, в электронвольтах, а чаще в килоэлектронвольтах (кэВ). А от чего зависит энергия частицы? В первую очередь от изотопа, который эту частицу при распаде испустил. Например, цезий-137 светит гамма квантами с энергией 32 и 662 кэВ, а калий-40 — 1460 кэВ. Так это чего получается, можно без всяких хитрых анализов бесконтактно определить, какой именно изотоп сидит в пробе — подноси кристалл к образцу, смотри, какую энергию показывает ФЭУ и определяй по табличке? Ну, в общих чертах да, но в реальности всё совсем не так просто.

Во-первых, не все гамма-кванты отдают в кристалле всю энергию. Некоторые теряют только часть, а потом летят дальше, так что у нас будет какое-то количество импульсов неполной мощности, причём примерно одинаковое по всей длине шкалы энергий, от нуля до «табличного» пика (комптоновский континуум). Во-вторых, не все родившиеся в кристалле фотоны долетают до приёмника, часть поглощается (особенно если кристалл не идеально чистый), часть переотражается на границе кристалл-клей-ФЭУ, часть может пролететь мимо приёмного окошка, если кристалл больше ФЭУ. В третьих, не всегда гамма-квант взаимодействует с кристаллом через выделение фотона, есть и другие пути, рождающие на графике вторичные пики и впадины. В четвёртых, отдельный пик добавляет гамма-излучение, отражённое от окружающих кристалл предметов… Подробнее про всё это безобразие можно прочитать вот тут. В результате, вместо одного красивого пика у нас получается целый ландшафт с холмами, долинами и более или менее пологой горкой примерно в районе «табличной» энергии (т. н. фотопик). И это был изотоп всего с одним пиком! А ведь есть и с двумя, и с тремя, там картина будет ещё веселее. Так что чтение спектров, особенно полученных на нетоповом оборудовании, с низким разрешением и высоким уровнем помех — процесс творческий.

Но и это ещё не всё! Кроме нашей пробы в детектор светит и естественный радиационный фон — смесь излучений целой кучи природных изотопов, от калия-40 до урана с торием и их многочисленных ДПР, плюс космические лучи. Да ещё на всё это ложится шум ФЭУ, источника питания и прочей электроники. Для «ярких» проб наподобие куска ОЯТ это не проблема (они легко перебивают природный фон), а вот излучение каких-нибудь чернобыльских грибочков с парой ПДК цезия или стронция во всём этом просто утонет.

Что же делать? Свинцовый домик! В смысле, запихать образец и датчик в контейнер из свинца, который погасит часть внешнего излучения и позволит лучше разглядеть собственное излучение пробы. Насколько массивный контейнер? Нет предела совершенству, на самом деле. Даже 3-4 килограмма свинцовой фольги, намотанные на пластиковую банку, могут пригасить фон в 2-3 раза, что хорошо скажется на читаемости спектров. Но 50-60 кг, конечно, дадут ещё лучший результат. А в серьёзных лабораториях вес свинцовых домиков измеряется центнерами. А в ядерных центрах детекторы излучений вообще защищают кладкой из свинцовых кирпичей общим весом во много тонн. Но и это ещё не всё! Под действием гамма-излучения свинец флуоресцирует мягким рентгеном (характеристическое излучение, К-линия), забивая низкоэнергетическую часть спектра (иногда довольно сильно). Для борьбы с ним в хорошие свинцовые домики добавляют внутреннюю «отделку» из меди или кадмия (а лучше и того и другого, и можно без хлеба), которая это излучение гасит.

Сцинтилляторы в реальной жизни

Всё вышеописанное конечно здорово, но каков шанс встретиться со сцинтиллятором у простого советского постъядерного выживальщика? Зависит от исторического периода и уровня развития техники.

С 60-х по 80-е шанс был такой себе. Электровакуумный ФЭУ — сложный (а значит и дорогой), хрупкий прибор, имеющий изрядные размеры и требующий довольно сложной и хорошо спроектированной аналоговой электроники для питания и снятия выходного сигнала. Да и самый распространённый сцинтилляционный кристалл (йодид натрия, активированный таллием) был хрупким и неудобным (например, мог треснуть, если прибор внесли с мороза в тёплое помещение, и быстро разрушался при разгерметизации защитной капсулы из-за гигроскопичности).

Для народной трещалко-мигалки это всё было слишком дорого, сложно и громоздко, для военных не хватало той самой «дубовости», неубиваемости и возможности мерить десятки и сотни рентген. А чтобы нормально реализовать энергокомпенсацию и спектрометрию, надо было прикрутить к прибору аж целую ЭВМ, что в 60-х (да и 80-х в общем-то тоже) было научной фантастикой. Из-за этого сцинтилляторы долго оставались сравнительно редкими нишевыми устройствами. Либо сугубо лабораторными и дико дорогими (стационарные гамма-спектрометры), либо специализированными (геологоразведочные дозиметры, например). Пара примеров:

• СРП-1а — первый советский серийный компактный сцинтиллятор. Использовался в геологоразведке, для изучения проб и ядерного каротажа скважин. По внешнему виду напоминал нечто ДП-образное, так сразу и не скажешь, что в зонде живёт не счётчик Гейгера-Мюллера, а кристалл и ФЭУ.
• СРП-68 — развитие идеи. Разрабатывался как геологоразведочный, но оказался весьма удачным, использовался довольно широко и выпускался до конца 80-х. Наделали их много, так что на вторичке до сих пор доступны. По современным меркам тяжёлый, хрупкий и громоздкий до неприличия, зато куда чувствительнее армейских «дубов».
• СРП-88 — дальнейшее развитие идеи. Более современная элементная база, размер поменьше, ЖК-индикатор.
• ДКC-96 — следующая (и вроде бы последняя) ступень эволюции. Внутри уже не лампы или дискретная логика, а полноценный микроконтроллер, есть запоминание результатов измерений, возможность подключения к ПК, в свежих ревизиях даже графический ЖК-экран. Имеет множество вариаций и аж 14 сменных детекторов, позволяющих собрать комплект под самые разные цели, от проверки металлолома перед переплавкой до оценки нейтронного излучения и того же ядерного каротажа.
• МКС-01Р — настоящая радиометрическая лаборатория (типа винтажного ДП-100, только на (относительно) современной элементной базе) — управляющий блок и шесть сцинтилляционных датчиков, позволяющих измерять все виды ИИ, от альфы до быстрых нейтронов. Теоретически переносной, даже имеет встроенный аккумулятор, но на практике работать с ним на ходу — удовольствие ниже среднего.
• Серия дозиметров/рентгенометров с воздухоэквивалентными пластиковыми сцинтилляторами (ДРГЗ-02, ДРГЗ-03, «Сура», довольно много их), градуированных в микрорентгенах в секунду (а не в час, как все нормальные приборы). Предназначены для измерения «выхлопа» суровых гамма-источников на производстве (дефектоскопы, рентгеновские аппараты, гамма-стерилизаторы, работающие ядерные реакторы и т. п.), и в обычной жизни довольно бесполезны.

Где-то в 00-х ситуация с доступностью сцинтилляторов начала меняться. Сначала на вторичном рынке всплыло изрядное количество ФЭУ и сцинтилляционных кристаллов со складов закрываемых НИИ, из ЗИПов к списываемым приборам и т. д. по довольно скромным ценам. Появился свободный доступ к современной элементной базе (тем же малошумящим усилителям), компьютерам, специфическому софту и документации в Интернете. В результате родилось несколько проектов самодельных гамма-спектрометров, пусть и доступных пока только радиолюбителям-энтузиастам.

Следующим шагом стало появление (и распространение за вменяемую цену) твердотельных ФЭУ (SiPM, SiФЭУ) — дорогие громоздкие «радиолампы» сменили кремниевые пластинки толщиной пару миллиметров. Появилась возможность за вменяемые деньги покупать нормальные сцинтилляционные кристаллы — не трижды просроченный NaI из списанного ЗИПа, а более удобные CsI, а если денег хватает, то и какой-нибудь пафосный LaBr₃. Плюс современные микроконтроллеры размером с ноготь и мощностью со средний ПК 90-х, плюс ещё более мощные смартфоны с большим цветным экраном…

В итоге всё это привело к появлению невероятно компактных (по меркам 80-х) сцинтилляторов, размером сначала с пачку сигарет, а потом и со спичечный коробок. И если сначала это были чистые поисковики, то потом появились и спектрометры. Причём всё это производилось серийно (зачастую теми же людьми, что в нулевые делали те самые радиолюбительские спектрометры на списанных ФЭУ-85) и за вменяемую цену, в разы, если не на порядки дешевле профессиональных приборов. Так что у сталкера из 2020-х может лежать в кармане приборчик, позволяющий определить изотопный состав радиоактивного заражения и, например, прикинуть, был ли это ядерный взрыв, протёкший реактор или грязная бомба. Примеры:

• Radiation Pager («радиационный пейджер», «дозиметр ФБР») — очень специфическое устройство, разработанное в середине 90-х для спецслужб США, борющихся с контрабандой ядерных материалов. Представляет собой максимально компактный для своего времени сцинтиллятор (примерно с пачку сигарет), заточенный под обнаружение источников ИИ на максимальном расстоянии за минимальное время. Так как твердотельных ФЭУ на тот момент ещё не существовало, использован «классический» электровакуумный, так что такой размер — действительно выдающийся результат. Собственно измерительный функционал урезан под корень — никакой тебе спектрометрии с энергокомпенсацией, мощность излучения показывает только в виде условного «уровня опасности» от 1 до 9. Зато, благодаря сцинтиллятору и параноидальным алгоритмам, поднимает тревогу на расстоянии до 10 раз большем, чем классические компактные дозиметры на СГМ, что позволяет «унюхать» подозрительный контейнер на складе или террориста с грязной бомбой в рюкзаке, просто проходя мимо. Да, это приводит к огромному количеству ложных срабатываний, но создатели видимо решили, что когда имеешь дело с ядерным терроризмом, лучше перебдеть, чем недобдеть.
  В нулевых-десятых попал на вторичный рынок и стал весьма популярен в кругах радиофилов и коллекционеров, как из-за репутации крутого «шпионского гаджета», так и просто как хороший поисковик. В 00-х даже существовала пара клонов, копировавших форм-фактор и идеологию. По состоянию на 2023 практического смысла в нём особо нет — современные компактные сцинтилляторы умеют несравнимо больше, причём без наценки за коллекционную ценность, а сами «пейджеры» потихоньку умирают от деградации электроники.
• Polimaster PM1703 — целое семейство карманных сцинтилляционных поисковиков. Фактически, вариации на тему того же «пейджера», с несколько большими возможностями по настройке и измерению. Так же «заточены» под профессионалов, а потому цену имеют негуманную, в том числе на вторичке.
• Atom Fast — как бы не первый серийный бытовой сцинтиллятор на российском рынке. Не умеет в спектрометрию, но, судя по отзывам, очень шустрый поисковик. Отличительная особенность — небольшие размеры (палочка примерно со средний маркер) и полное отсутствие органов управления — настройки и индикация вынесены в приложение на смартфоне, к которому прибор подключается по Bluetooth. С одной стороны — компактно, экономично, да и просто концептуально. С другой — если телефон разрядился, ваш модный дозиметр превращается в тыкву простейшую пищалку. В принципе, за счёт встроенного акселерометра есть возможность управлять прибором, размахивая им в воздухе, но много таким макаром не наколдуешь, только простейшие команды типа включить/отключить звук, сбросить тревогу и т. д.
• Семейство Atom Spectra, от Nano, размером чуть больше спичечного коробка, до Pro с хороший батон колбасы. А вот сюда, как понятно из названия, спектрометрию завезли. Производитель тот же, что у прошлого пункта, так что идеология интерфейса не изменилась — индикация и управление только через телефон или ПК. Про Nano автор правки ничего вразумительного сказать не может, о Pro отзываются весьма уважительно, но и цены там вполне профессиональные — 100—150 тысяч рублей на вторичке в начале 20-х.
• RadiaCode 101 — ещё один сцинтиллятор с функцией спектрометра. Есть подсчёт дозы, поисковый режим, энергокомпенсация, кнопки и чёрно-белый ЖК-экран, так что почти все функции можно использовать автономно, хотя возможность подключения к телефону и ПК тоже имеется. Но главная фишка, конечно, возможность писать самые настоящие спектрограммы. Ну как настоящие… 1024 канала по меркам профессиональных приборов довольно скромно, а кристаллик CsI в один кубический сантиметр и вовсе несерьёзно. С другой стороны, цена (на август 2023) чуть больше 20 тысяч рублей по меркам тех же профессиональных приборов такая же несерьёзная. Кофр для переноски или запасной блок питания могут стоить дороже. При этом энтузиасты вполне успешно видят на нём 2-3 ПДК цезия в чернобыльской черничке. Прошивка и приложение для телефона на момент написания правки активно допиливаются, что с одной стороны хорошо, так как добавляет новые фичи (ещё весной 2023 каналов в спектрограмме было 256, а энергокомпенсации не было вовсе), а с другой что-то периодически отваливается, порождая возмущённые бурления в чате техподдержки. В целом скорее измеритель, чем поисковик, но всякую бытовуху на СБМ-ках кроет уверенно.

Ну и последнее устройство, представляющее скорее исторический интерес.

• w:Спинтарископ — папа сцинтилляторов, созданный в 1903 году. Представлял собой экран из люминофора (сульфида цинка, активированного серебром, если быть точным), перед которым располагался крохотный источник альфа-излучения (испачканная радием иголка, например). Попадающие в экран тяжёлые альфа-частицы несли столько энергии, что порождаемые ими вспышки можно было рассмотреть глазом (правда, только в темноте и через хорошую лупу). Говорят, зрелище впечатляющее, во всяком случае, если понимаешь его физическую природу. В принципе, собрать собственный спинтарископ не так сложно, благо все компоненты вполне доступны. Сложнее будет с источником альфа-излучения, но и эта проблема решаема.
  Сейчас по похожему принципу работают сцинтилляционные детекторы альфа-излучения — в них тоже есть экран из люминофора, на который смотрит какой-нибудь светочувствительный элемент.

Камера Вильсона и её потомки

Семейство детекторов, основанных на том, что след из ионизированных атомов, оставленный частицей ИИ, может служить катализатором для разных переходных процессов. Практического смысла для выживальщика не имеют, зато красиво.

• w:Камера Вильсона — колба, заполненная переохлаждёнными парами какой-нибудь жидкости. Ионизированные частицы становятся центрами конденсации и вызывают образование капелек тумана. Треки выглядят как быстро исчезающие туманные чёрточки. Она стала первым (и на несколько десятилетий единственным) инструментом, позволяющим непосредственно и в реальном времени наблюдать пролёты частиц ИИ и их взаимодействие с веществом. Сейчас человек с прямыми руками может собрать дома камеру Вильсона на парах спирта, охлаждаемую элементом Пельтье, и полюбоваться на радиацию собственными глазами.
• Искровая камера — треки отслеживаются по цепочкам искр в инертном газе между пластинами, на которые подано высокое напряжение.
• Пузырьковая камера — заполнена перегретой жидкостью на грани кипения, пролёт частицы вызывает образование трека из микроскопических пузырьков.

Полупроводниковые детекторы и всякая экзотика

• CZT-кристаллы — кристаллы теллуридов кадмия и цинка, очень эффективно поглощающие ИИ и превращающие его непосредственно в электрические импульсы. Позволяют создавать компактные и эффективные гамма-спектрометры, работающие при комнатной температуре, без использования сцинтилляторов и ФЭУ. Матрицы из таких кристаллов за счёт хитрой обвязки и математики позволяют строить трёхмерные карты излучения, которые можно наложить на обычные фотографии, отмечая на них источники радиации, интенсивность и изотопный состав. В результате получается нечто наподобие термограммы, только с радиацией вместо температуры. Долгое время такие приборы (гамма-визоры) стоили как самолёт и были игрушкой ядерщиков, однако в последние годы (по состоянию на 2023) в выращивании CZT-кристаллов наметился серьёзный прогресс, и они сильно подешевели (до пары тысяч долларов за кубический сантиметр), и начали постепенно вползать в полупрофессиональную дозиметрию. В принципе, в Китае можно купить дозиметр на таком кристалле за 400—500 долларов, правда самого кристалла там будет со спичечную головку, и большую часть вышеописанных трюков на нём реализовать не получится, так что преимущества перед связкой «сцинтиллятор + SiPM» пока не очевидны. Однако если тенденция на удешевление сохранится, возможно, лет через 10-20 они повторят тот же путь от дорогущего научного прибора к карманному дозиметру, что когда-то проделали сцинтилляторы.
• Алмазные датчики радиоактивности — алмазные пластинки умеют менять проводимость под действием излучения, причём самого разного, от альфы до нейтронов. Такие детекторы относительно просты, компактны, чувствительны и очень надёжны — не боятся высоких температур (200 градусов и более), механических нагрузок и агрессивных химических сред. Главная проблема — алмаз чертовски дорогой. Причём для детекторов ИИ нужны максимально чистые и крупные кристаллы, а для них человечество придумало много других интересных применений. Правда, в последние десятилетия научились выращивать достаточно чистые и толстые алмазные плёнки искусственно, так что алмазные датчики ИИ постепенно расползаются из ядерной физики в другие отрасли, например ядерную медицину.
• PIN-диоды — используются, среди прочего, как детекторы излучений, от видимого света до ИИ. Весьма успешно применяются в науке, вот только сделаны они там из сверхчистых экзотических материалов, охлаждаются до криогенных температур, да и размер имеют весьма солидные. Периодически предпринимаются попытки сделать дозиметр на общедоступных промышленных PIN-фотодиодах размером с булавочную головку, но чувствительность у них оставляет желать много лучшего. Есть и коммерческие решения (Air counter, Smart geiger), но не слишком распространённые и с не лучшими отзывами.
• Матрицы цифровых фотоаппаратов — полупроводниковые фотодатчики (в том числе обычные пиксели) могут реагировать на попадание частиц ИИ, что приводит к появлению специфического шума на картинке. Это позволяет использовать их как детектор излучения, но есть нюанс, и не один:
  • Чувствительность к гамме будет очень низкой, так как матрица просто слишком маленькая и тонкая, львиная доля γ-квантов пролетит через неё без взаимодействия.
  • Альфа просто не доберётся до пикселей. Точнее, может и доберётся, но для этого матрицу придётся ободрать до голого кремния, удалив не только оптику, но и все фильтры, что не всегда просто. Плюс пробу надо максимально приблизить к детектору, соблюдая при этом абсолютную светоизоляцию. Короче, задача нетривиальная и, в целом, довольно бесполезная, но при должной мотивации и пряморукости решаемая.
  • На бета-излучение матрица и реагирует неплохо, и технических трудностей с ним, благодаря большей проникающей способности, заметно меньше. Достаточно свинтить оптику и прикрыть матрицу от света тонкой фольгой. В итоге, соорудить простенький индикатор бета-частиц из дешёвой веб-камеры вполне реально.
  • Многочисленные приложения для смартфонов, меряющие радиацию, анализируя шум заткнутой пальцем камеры — отдельная тема. Как измерители они определённо не работают. Во-первых, камеры и матрицы в разных телефонах совершенно разные, а значит, и реакция на одно и то же излучение будет отличаться принципиально. Во-вторых, в современных смартфонах «сырые» данные с матрицы проходят через несколько слоёв обработки, от аппаратных шумодавов до нейросетей, которые размажут и сотрут любой полезный сигнал, даже если он там был.
    Как индикаторы — это будут те ещё «дубы». Всю альфу и большую часть беты «съедят» корпус и оптика, гамму матрицы в принципе видят плохо. В мирной жизни такой «дозиметр» будет абсолютно бесполезен. Но вот когда если начнутся серьёзные проблемы (типа потёкшей АЭС в пригороде или ядерного удара по соседнему ЗАТО)…
    В этом видео шестой айфон с одним из подобных приложений начинает реагировать на излучение от 3 миллирентген в час. Это кроет по чувствительности некоторые старые армейские дозиметры/радиометры и сопоставимо с качественно собранным KFM (см. выше), и при этом лежит у каждого в кармане и не требует возни с консервными банками, линейками и калёным гипсокартоном. Да, показывает он при этом «погоду на Марсе», но сам факт начала реагирования — уже индикатор того, что всё плохо и пора искать белую простыню СИЗОД. Проблема тут опять же в том, что камеры и телефоны очень разные. Может, в вашей модной трубе стоит улучшенный «шумодав» и более тонкая/мелкая матрица, и видимые помехи появятся не при 3, а при 300 мр/ч, и зелёная галочка в приложении просто будет внушать вам ложное чувство безопасности. При этом проверить это заранее практически невозможно — простому человеку такие лютые источники излучения не раздобыть (да и слава богу!)
• Термолюминесцентные дозиметры — некоторые кристаллы способны под действием радиации накапливать электроны в дефектах кристаллической решётки. Если потом такой кристалл нагреть, то электроны высвобождаются, что сопровождается свечением. Это свечение можно измерить, и определить, сколько радиации нахватал пользователь. В использовании напоминает электростатический дозиметр-«карандаш» — пользователь носит на себе пенальчик с кристаллом, для считывания и обнуления показаний его нужно засунуть в специальный прибор с нагревателем и фотодатчиком. Кристалл многоразовый, после отжига его можно использовать повторно. Примеры — КДТ-02, ДТЛ-02.

Поиск радиации в продуктах

«Хочу проверять продукты» — распространённый повод для покупки дозиметра. Но, на самом деле, с этим всё непросто. ПДК радиоактивных веществ в пище очень малы (в частности потому, что облучение организма изнутри значительно опаснее, чем снаружи), и обычные бытовые дозиметры с трудом видят вызванные ими превышения фона. Ещё одна проблема — при облучении изнутри организма самым опасным является альфа-излучение (потому что теперь от живых тканей его ничто не отделяет, и вся энергия распада достаётся ближайшим клеткам), потом идёт бета-излучение, и только потом — гамма. При этом с чувствительностью у бытовых дозиметров всё строго наоборот — максимальная к гамме и нулевая к альфе, так что самую большую опасность они просто не увидят.

Так что же, продукты дозиметром не проверить? Ну, не совсем. Но придётся хорошенько заморочиться, купить специальное оборудование, устроить дома мини-лабораторию, и научиться всем этим правильно пользоваться. И даже так подготовка и замер одной пробы может занимать часы, так что проверять каждую авоську картошки и банку консервов точно не выйдет.

Для начала, понадобится чувствительный датчик. Как минимум — счётчик Гейгера с большим слюдяным окном, наподобие СИ-8Б или «Бета-1», а лучше вообще сцинтиллятор. СБМ-ки сразу идут мимо. Во-вторых, дозиметр с возможностью длительного набора статистики, а в случае сцинтиллятора крайне желательна ещё запись спектра.

Саму пробу желательно хорошенько сконцентрировать — как минимум, высушить, а лучше вообще перемолоть, спрессовать, а то и озолить. Полученный материал надо поместить в специальный сосуд, и правильно разместить в нём или рядом с ним датчик. Отдельное развлечение для избранных — правильный учёт геометрии сосуда и датчика, и их взаимного расположения. К счастью, если космическая точность не нужна, можно использовать стандартные решения.

Далее всё это крайне желательно засунуть в свинцовый домик весом несколько десятков (а лучше сотен) килограммов, чтобы отсечь хотя бы часть фоновой радиации, которая может забить весь сигнал от пробы, и час-другой набирать статистику, после чего вычесть из неё заранее замеренный фон и посмотреть, что останется.

Если дозиметр умеет писать спектры, можно определить, какой именно изотоп нам светит. Это весьма полезно, так как радиотоксичность у разных изотопов может сильно отличаться (например, тот же стронций особо опасен, так как является биохимическим аналогом кальция и охотно откладывается в костях, откуда его потом не выведешь, а вот тритий в организме особо не задерживается).

Короче, нельзя просто потыкать зондом дедовского ДП-5 или отцовской «Беллой» в свежевыловленную рыбину и сказать «не трещит — значит чистая!» Точнее, можно конечно, но к дозиметрии это будет иметь примерно такое же отношение, как гомеопатия к медицине.

Важное примечание. Это всё справедливо для мирного времени. В условиях тотального ядерного апокалипсиса значение синуса может достигать четырёх живые позавидуют мёртвым понятие «допустимая концентрация» становится довольно условным. Повышенная вероятность загнуться через пару лет от рака всяко лучше, чем гарантированная смерть через пару дней от голода, так что если рыбка или картошечка не вызовет гарантированной тяжелой лучевой болезни, то почему бы, собственно, и нет (особенно если принять препараты против наиболее опасных радионуклидов, например, калия йодид и берлинскую лазурь). А излучение, способное с гарантией вызвать тяжелую лучевую болезнь, даже ДП-5 почует.