מונה גייגר שלי
עשה זה בעצמך
מבנה של מונה גייגר
כל מונה גייגר כולל לפחות 4 חלקים עיקריים והם:

  1. ממיר מתח גבוה
  2. שפופרת גייגר
  3. מעגל זיהוי והגברה של פולסים
  4. מעגל התראה

ניתו גם להוסיף פרק 5 שזה מיקרו בקר, אבל על זה נדבר בהמשך. נתחיל עם כמה מעגלי מתח גבוה שאפשר להשתמש בפרויקט הגייגר שלכם

ממיר מתח גבוה
שפופרת גייגר מוזנת ממתח גבוה וזרם נמוך מאוד. תלוי בדגם, אבל בדרך כלל 400 וולט מתח וכמה עשרות מיקרו אמפאר זרם. שום סוללה היום אינה מסוגלת לספק פוטנציאל גבוה כל כך, לכן נצטרך במעגל חשמלי שיספק מתח לשפופרת. הפיתרון הקלסי זה שנאי ומתנד עם טרנזיסטור. באנגלית קוראים למעגל:
Blocking Generator
מעגל הזה אפשר לראות במוני גייגר תעשייתים, מכיוון שאם משתמשים בנוסף גם במעגל של מכפלת מתח ניתן לקבל כל מתח גבוה שצריך. בין 300 ל 1000 וולט. הבעייה כאן זה השנאי... למצוא שנאי קטן שמתאים קשה מאוד. לצערי אני לא איתרתי איזשהוא דגם שנאי מוכן שאפשר להשתמש. לכן הפיתרון כאן או לעשות שנאי כזה בעצמך או להוסיף סליל לטרנספורמטור אודיו (יש כאלו במכשירי טלפון קווי). הכל בגדר ניסיון ואי-אפשר להבטיח תוצאות דומות אצלכם. אני למען ניסיון לקחתי שנאי אודיו והוספתי לו סליל של 10 סיבובים חוט נחושת. סליל המשני(3) נמדד בערך 30 אום, ושני סלילים ראשוניים(1,2) כ 1-2 אומים. הסליל שהוספתי כאן הוא מסומן במספר 2
geiger blocking generator
מומלץ ליישם אותו על לוח הלחמה. אזכיר גם שמד-מתח פשוט אינו מתאים למדידה במעגלים מסוג זה. הבעייה שעכבה(התנגדות) הפנימית של מד-מתח קטנה מדי והוא יוצר עומס רב על המעגל. לכן נקבל על המסך מתח נמוך יותר. כדי להתגבר על הבעיה נשתמש בסידרה של 10 נגדים של 10M לפני המד-מתח. אחרי נגד מאה מגה אום מדדתי 100 וולט. לא רע אבל לא מספיק לגייגר. נצטרך להוסיף מעגל של מכפלת מתח ביציאה כדי להגיע ל 400 וולט.
הנוסחה לחישובי מתח לאחר 100M היא:

Vout = Vread * ((100M + Rvoltmeter) / Rvoltmeter)

אני אישית לא השתמשתי במעגל הזה בגלל הסיבות שנאמרו קודם: אין שנאי מוכן שקל להשיג ושכל אחד שירצה לעשות אותו מעגל בבית יקבל תוצאות שונות ויצטרך לאלתר. יתרון זה צריכת מתח נמוכה מאוד, עם השפופרת ביחד בסביבות 1 מילי-אמפאר
שנאים שיתאימו אפשר למצוא במעגלי בזק (פלאש של המצלמה למשל) אז אם יש לכם מצלמה ישנה שלא חבל עליה תנסו את השנאי שלה.

כדי למצוא פתרון מושלם וקל למתח גבוה בפרויקט, המשכתי לחפש מעגל אחר שאפשר לקבל 400 וולט עם שנאי סטנדרטי ונגיש או בכלל ללא שנאים. באחד הפורומים של מעריצי ניקולה טסלה ראתי מעגל די פשוט:

HV גנרטור

כאן רואים שנאי שהרבה יותר קל להשיג. מתח ביציאה תלוי ביחס בין סליל ראשוני לבין סליל משני, אבל גם בתדר של הטיימר 555. מחשבון מצויין ל-NE555
החיסרון של המעגל הוא צריכת זרם גבוהה, בסביביות 25-30 mA ומידות של השנאי. אבל עם לא אכפת לכם מזה תקחו את המעגל לשימוש.

השלב הבא בחיפושי מעגל אידיאלי ורצון להוציא את השנאי מהפרויקט, היה מעגל עם סליל אחד במקום שנאי:

geiger counter 400V power supply circuit NE555 MPSA42
ניתן להשתמש במעגל הזה בפרויקט הגייגר הראשון שלכם. אפשרי גם קצת לכוון את המתח ביציאה על ידי נגד משתנה. כיוון אופטימלי הוא על 2K-2.5K.
סימו לב שסליל הוא 10 מילי גנרי. הסליל צריך להיות מסוג של Radial Inductor 8x10 ולא מהסלילם הירוקים האלו שדומים לנגדים! אם אתם לא מצליחים למצוא 10mH ניתן גם לנסות סליל בין 6.8 ל-12 mH. דיודות במכפלה הן מסוג מהירות וקבלים 600 וולט מתח עבודה. שבב טיימר הוא CMOS-555 ולא NE555. במקרה ולא מצאתם CMOS ניתן להשתמש ב NE, אבל תקחו בחשבון ש NE555 לא פועל במתח נמוך מ4.5 וולט וצורך יותר זרם מסוללה.(ראה מפרט טכני). פין 5 אצל NE555 חייב להיות מחובר למינוס (-) בעזרת קבל 1 ננו. ואצל CMOS555 פין 5 לא בשימוש במעגל.

בתמונה של הסקופ העליונה אפשר לראות איך זה עובד - קוצים של מתח כ-200 וולט נוצרים בעקבות קפיצות זרם על הסליל. בגלל ששפופרת צורכת זרם זעיר, הממיר עובד כמקור למתח קבוע.

ממיר מתח הזה צורך בערך 10-8 mA זרם וניתן להזין אותו מ-4.5-5.00 וולט. בגלל שמעגל לא כולל משוב, המתח ביציא תלוי במתח הזנה ובעיקר בזרם הצריכה. כך שהמעגל הזה רחוק מלהיות ממש אידיאלי, נגיד שהוא די סביר למתחילים. ברגע שרמות הקרינה יעלו מעל 100uSv/h המתח ביציא יתחיל לצנוח. כאן פירסמתי יותר פרטים טכניים למה זה קורה ומה ניתן לעשות עם הבעייה הזאת במעגל 555
http://diy-laboratory.blogspot.co.il/2014/11/arduino-based-diy-geiger-counter-kit-by.html
 
לתיאור המקורי ניתן לפנות למאמר מעניין שפורסם על ילי טום נפיאר ב- Nuts&Volts - January 2004
(עמוד 44). ממיר מתח דומה אפשר לראות גם בערכות של Bro-Hogan ו-Mightyohm

שפופרת גייגר
לפעולה תקינה של השפופרת מחברים נגד 5M - 15M לפריקת הזרם. ראו במפרט טכני ערך מומלץ לדגם שלכם. הנגד ניתן לחבר בצד של אנודה או קתודה.

זיהוי והגברה של הפולסים
פולסים של זרם אפשר לקבל גם באנודה וגם בקתודה של שפופרת גייגר.
מעגל לזיהוי אמפולסים מגייגר
בשיטה ראשונה פוטנציאל גבוה נמצא על הקבל לכן אני לא ממליץ על המעגל זה - קשה למצוא קבל 2 פיקו 500 וולט וגם הפרעות AC ממיר מתח יכולות להיכנס דרך קבל זה למערכת זיהוי פולסים.
שיטה שנייה יותר מקובלת. כאן רמת מתח של הפולסים ניתנת לשליטה עלידי ערך יחסי של 2 נגדים בקתודה. זה כבר מאפשר להשתמש במיתוג אלקטרוני.
מעגל זיהוי פולסים ממונה גייגר
הטרנזיסטור כאן פועל כאלמנט מיתוג: ברגע שמגיע אמפולס משפופרת גייגר לבסיס, טרנזיסטור נפתח ומאפשר זרימת זרם דרכו. בעקבות זה יש שינוי מתח בקולט. בעזרת רכיב לוגי או מיקרו-בקר ניתן  לזהות שינויים אלו כמתח מבוא 0 או 1.
אומנם הפולסים קצרים מדי כדי להפעיל זמזם (בשביל זה נוסיף מעגל הארכת פולסים), אבל כבר ניתן להשתמש במיקרו-בקר כדי לספור אותם.

מעגל התראה
שינוי מצב לוגי 1-0-1 בקולט הטרנזיסטור יכול לשמש כ-Trigger למעגל רב-רטט חד יציב (One Shot Multivibrator) זאת אומרת שאמפולס קצר מעוד יגרום לאמפולס ארוך: הפעלת לד תהיה נראה לעין או הפעלת זמזם תהיה מספיק ארוכה שנספיק לשמוע צליל ממנו.
הארכת אמפולסים - רב רטט חד יציב
מקובל גם להשתמש ברכיבים לוגים כמו CD4011 או 74HC14. כמובן המעגל ייראה אחרת. כאן נתתי דוגמא עם
הרכיב CMOS555. סימו לב שזמזם מסוג DC-active ולא פייזו רגיל.

להמשך הפרויקט - חלק שני

קיט מונה גייגר
ניתן לרכוש ערכת מונה גייגר מבוססת על בקר מיקרו-ציפ, עם ממיר מתח מתכוונן, תקשורת תורית ואיתות של רמות קרינה מסוכנות. הערכה לא כוללת שפופרת גייגר-מילר, אבל ניתן  להוסיף אותה להזמנה או לקנות את השפופרת מחול