ガイガーミュラーチューブのまとめ

3種類のGMTを評価しましたので、ここにまとめておきます。

【CI-3BG】
ロシア製の小型チューブ。高線量向けです。
BGは0.1～0.2CPMと低く、10分で1～2発の検出頻度です。（@東京）
プラトー電圧領域は380~460Vで、アノード抵抗は5～10Mが適合します。
HVが高いと（700V以上）検出頻度が上がっているように見えますが、管内放電を起こしている状態になります。
CPMに係数0.7を掛けるとμSv/hに換算できます。
Sensitivity to Gamma Radiation 188-235 Pulses/s/R/h

【J106γ】
中国製の大型チューブ。全長260mm（直径23mm）と巨大で高感度です。
BGは400CPMと高く、短時間計測に向きます。
プラトー電圧領域は高く、900～1100Vで、アノード抵抗は10～20Mが適合します。
秋月の冷陰極管インバーターモジュールの出力を整流してそのまま使えます。
γ線感度のデータが無いのですが、逆算するとCPMに係数0.00028を掛けるとμSv/hに換算できそうです。

【J408γ】
中国製の大型チューブ。全長215mm（直径23mm）と大きく高感度です。
BGは70CPMと扱いやすい感度です。
プラトー電圧領域は360～440Vで、アノード抵抗は5～10Mが適合します。
CPMに係数1.58を掛けるとμSv/hになります。
γ sensitivity of 380 (60Co) (cps / uR / s)

【SBM-20】　※未評価なので情報のみ
ロシア製の小型チューブ。全長110mm。
BGは20～30CPMで、サイズと合わせてポータブルに向く。
プラトー電圧領域は400V前後で、アノード抵抗は10M程度が適合します。
CPMに係数0.00664を掛けるとμSv/hになります。（60Coの場合）
22cps/mR/h 60Co

【LND712】　※未評価なので情報のみ
アメリカ製の小型チューブ。マイカ窓なのでα線を検出できる。
CPMに係数0.00812を掛けるとμSv/hになります。（137Csの場合）
18cps/mR/h 137Cs

参考ページ
http://www.utsunomia.com/y.utsunomia/Kansan.html

放射線の種類と特徴。
・α線：飛距離は数cmと短く、紙一枚も通過できない浸透力。極めて薄いマイカ板は通過できる。
・β線：遠くまで飛ぶが、3mmのアルミ板で遮蔽できる程度の浸透力。
・γ線：一番遠くまで飛び、150mmの鉛板でやっと遮蔽できる強い浸透力。

ガイガーミュラーチューブは飛び込んできた放射線は種類に関係なしに全てカウントしてしまう。よって、アルミ板でα線とβ線遮蔽してγ線のみを検出するようにして使うのが普通みたいだ。

J408γが来たので、アルミパイプに納めてみた

いきなり完成図です。
カッコイイでしょ？

アルミはガンマ線を通過させるそうです。
代わりにベータ線を遮断するそうです。しっかり遮断するには3mm位の厚さが必要だそうですが。
ここで使ったのは25φで厚さ1mmのアルミパイプ。アンテナを作った余り。

実際に感度を確認してみると、アルミパイプの有無での差はほとんどありませんでした。
若干カウント数が落ちる程度です。
3分間の実測では、裸の状態で74CPM、アルミパイプに入れて74CPM。
この差がベータ線なのかはわかりませんが。

今回はヒューズクリップを同時に入手したので、それを加工して使いました。
1個30円。ベースがベーク製の安っぽいものが加工しやすいのでこれをチョイスしました。

では、加工風景を。


アノード側です。
カウンター本体はDC917Vを10Mの抵抗を通してから外部端子に出ています。
GMTのアノード側につなぐところで、対GNDに10Mをつけて電圧を半分にしています。
100Mの100:1プローブで観測すると、アノード電圧は420V程度でした。
GNDはせっかくなのでアルミパイプに接続するため、抵抗のGND側の足は長く残しています。


こんな感じでアルミパイプにすっぽり収まります。
カソード側のリードはAWG28の細いものをつかいましたが、これで管内ぎりぎり。ガタつきはありません。


カソード側（GMTプローブの先端方向になります）


先端はペットボトルのキャップを接着しました。


アノード側はショートしないように納め、GNDリードを外に折り返します。


こちらがわは見せびらかす（笑）ために接着しません。テープで太さを合わせます。
同時にタイラップで抜けどめを作りました。


GMTプローブの出来上がり。


現在70CPM前後を示しています。
昨日の計算では633で割るとμSv/hになるはずなので、計算してみます。
70/633＝0.111μSv/h。
このときの日野市定点観測では15CPM=125μSv/h。
ほとんどぴったり合ってますね。

ちなみにマントル（キャプテンスタッグ　Mサイズ　型番M-7910　2枚重ね）を乗せると254CPMでした。

このくらいの大きさがちょうどよさそうです。
CI-3BG、J106γ、J408γとやったので、ガイガーカウンターの検討は完了とします。
あとSBM-20と真空管みたいな小さいのを検討したら完璧ですが、きりがないのでこの辺で。

GEIGER BOT (iPhone iPodアプリ)

ガイガーカウンターのカリカリという音を拾って、そのカウント値を処理してCPM、mR/h、μSv/hでの表皮をしてくれるアプリを見つけました。無料アプリです。





こんな感じで表示されます。
管の感度を設定するところがあって、ここに1mR/hで何CPSになるかを入力してあげます。
J106の場合は、現物合わせをしたところ500を入力すると、定点観測の値とほぼ合う感じです。

GM管の感度と、CPMからSv/hへの換算

以下、全くの未保証の備忘録。

CI-3BG　CPMに係数0.7を掛けるとμSv/h
　　Sensitivity to Gamma Radiation 188-235 Pulses/s/R/h
　　1R/hで188～235CPs　＝　1mR/hで0.188～0.235CPs　（0.2115CPs）

J408γ　CPMを係数633で割るとμSv/h
　　γ sensitivity of 380 (60Co) (cps / uR / s)
　　1μR/sで380CPs　＝　1mR/sで380000CPS　＝　1mR/hで105CPS

実測データ（2011/6/5　木造の2F室内）
　このときの日野市の実測値は125nSv/h（15CPM×8.33）
　CI-3BG　100分で19カウント　→　0.19CPM　→　係数700を掛けると133nSv/h
　J106γ　10分で4100カウント　→　CI-3BGの2158倍　→　係数相当　→　410×0.324＝133nSv/h
　→1mR/hで＝456CPS（0.2115×2158）

ガイガーカウンター 完成

感度が低いけど小型のガイガーミュラー管CI-3BGを内蔵し、外付けで大型の高感度管J106γをつなげられるようにしました。プラグを挿すと、自動的にアノード電圧等と共に外付け側に切り替わります。

電源は単3電池を2本。
手抜きでCCFLインバーターを使ったので消費電流が大きいのですが、それでも、この1800mAhのHiMHなら連続12時間ほどは稼働する計算です。
バックライト付きのネガ表示LCDなので視認性は抜群です。
いちおう、LEDとピエゾSPも付いていますので、ピカピカ・ガリガリいいます。

外付けするGMTはアルミ管か塩ビ管に入れるつもりですが、とりあえず簡易的にGMTが入っていた紙箱に入れたままケーブルを引きだしました。

スイッチは大変でしたが角穴を開けてスライドスイッチにしました。これは、トグルスイッチだと持ち運び中にON/OFFしやすいためです。この角穴開けが一番時間がかかりました。


私はオークションでGMTを入手しましたが、本日入った情報によると、千石の2FにJ408γが大量に入荷しているようです。2000円台前半と値段もリーズナブルです。
今後はGMTの入手も楽になりそうです。

※BGの検出具合ですが、CI-3BGは0.1～0.2CPM程度、J106は400CPM程度、J406は100～200CPM程度みたいです。J408は持っていないので間違っているかもしれませんが。
J106は大型で高感度ですが、アノード電圧が900~1100V必要です。CCFLインバーターだとそのままでは電圧ぎりぎりです。400V程度で動作するJ408が、サイズと共に使いやすそうです。もちろん、SBM-20もよさそうですけどね。


安定したので回路図を載せました。
なお、PICプログラム（HEX、SOURCE）は訳あって公開できません。あしからず。

キーパーツの詳細。

DCDC 5to900
　秋月（M-04555）
　入力5V、出力650Vrmsの冷陰極管インバーター。
　入力は2V程度から動作し、出力は入力電圧に応じて変化する。LM317等で制御すると楽。
　650Vrmsは整流平滑するとDC900V強になる。出力部にあるチップコンデンサーはショートして使う。

DCDC 3to5
　秋月（M-03071）
　入力0.7V～5.0V対応。
　入力電圧によって、出力から取り出せる電流が変わる。この用途では、電池1本だと厳しい。

LCD
　秋月（P-02985）
　小型で視認性抜群。接続端子がSIPなのも使いやすい。


秋月のヒンジ付きケースに入れました。


LCDの下にデジタル部（カウンター）があります。


裏はこんな感じ。LCD部分は一部リード線で配線しています。
良く見えませんが、パスコン（0.1）とパルスの時定数（1000P）はチップコンデンサです。

ガイガーカウンター2号機

部品が揃ったので、とりあえずブレッドボードで組み立ててみました。
ブレッドボードだとアースが弱くてノイジーになるので最初は下に銅板を敷いていましたが、定数を追い込むことでアース無しで安定しました。GM管のカソード側に入れる信号取り出しよう抵抗は、可能な限り小さくすると良いみたいです。

GM管は先日手に入れた中国製の巨大な物。全長26cm。型番はJ106γと書いてあります。
プラトー電圧は900～1100Vなので、HVは900V以上を狙います。（実際は800V程度から動き出しています）

電源は単3電池2本でやりたかったので、秋月の3V→5Vコンバーターモジュール（M-03071　500円）を使用。
HVは同じく秋月の冷陰極管インバーターモジュール（M-04555　600円）です。出力のコンデンサをジャンパーして使います。

HV出力は1N4007（I-00934　20個100円）を2直で整流し、1000P/4KVのセラコン（P-02153　20個200円）で平滑。いずれも秋月にあります。
この状態で100:1（100MΩ）のプローブ（M-01176　3000円）で出力を測定すると、DC905V出ていました。無負荷ではリップルは気になりません。

アノード抵抗は10M～20MΩ。テストではどちらも同じ挙動。GM管の仕様では10M以上推奨となっているので、クエンチングを考慮して高めの20Mが良いでしょう。間を取って14.7Mというのもアリですね。

カソード側には抵抗を入れて、ここから信号を取り出します。よく見る回路は100Kですが、100KだとTrがONしっぱなしになってしまいました。GM管の暗電流で動いてしまうようです。ここはうんと低くして4.7Kにて2SC1815のベースに注入。ここを可能な限り低くすることでノイズに強くなります。このあたりが最大のノウハウかも。
このTrのコレクタ抵抗は1M。対GNDには0.01uFを入れてL→Hのパルスを引き延ばします。これで1ms程度のパルス（負論理）になります。

ここからさらに論理反転（正論理）するために、もう1つ2SC1815をDC結合で繋ぎ、コレクタからPIC16F628にそのままオープンコレクタで入れます。PICのポートは外部割り込み用のピンを使って、内部プルアップしておきます。外部割り込みでパルスをカウントします。
この部分、1作目は秋月キットをまねてCMOSロジックを入れていましたが、もったいないので削除しました。PICの入力はシュミットトリガなので、いちいちシュミットトリガゲートを入れなくてもOKなため。また、ピエゾの音量を稼ぐために電源が9Vでしたが、ここも別の手で音量を稼ぐことができますから。

この構成でも、PICへの信号ラインにピエゾをぶら下げると、小さいながらもカリカリ言います。実験ではこれくらいが静かで良いです。
LEDモニターも付けたいところですが、さらにTrを追加してドライブしなくてはならないので、基板に実装するときに考えることにしました。ブレッドボードは一番小さいのでやっているため土地がキツキツなのです。オシロ繋いでいるのでパルスは目で確認できていますしね。

PICに繋ぐ表示部は、白抜きバックライト付の小型LCD。これも秋月で800円。とても見やすいです。
この小型の方は接続端子部がSIPなので、ブレッドボードに挿すには好都合です。DIPだと変換を作らないとささりませんから。そういう意味もあって小型版の方をチョイスしました。

以上の構成にて、安定して動作しています。
3V側の消費電流は140mA程度。2.5Vで160mA程度と、平均して150mAとなりました。
もっと絞りたいところですが、簡易に作ったので妥協です。これでも、エネループ2本では13時間稼働する計算。バックライト付LCDを駆動させても10時間以上動くのでヨシでしょう。

バックグラウンドは400CPM程度。
キャプテンスタッグのマントルを乗せると1000CPMを超えます。
さて、どういう形に仕上げるか、ゆっくりと考えながら仕上げていきましょう。


バックグラウンドをカウント中。（約400CPM）


キャプテンスタッグのマントル（トリウム）をカウント中。（約1200CPM）

巨大だけあって、かなり高感度なGM管です。


動画を撮りました。

ちょうど良いサイズのGMTが欲しくなる

ちっこいCI-3BGもいいけど感度が悪い。
J106γは感度がいいけど、26cmは何せデカすぎる。
そうすると、結局、10cm程度で感度もそこそこのSBM-20あたりが欲しくなる。

GMTの寿命は検出回数で決まるらしい。
ということは、長時間線量の変化を観測するには、感度が悪い方が有利。大きさは不問。
短時間でその場の線量を見るには感度が高い方が良い。大きさは小さい方が良い。

SBM-20に落ち着くのかな。
ヤフオクでの出品価格落札価格も落ち着いてきました。
ピークは過ぎたのでしょうか。
もうちょっとダブついてきたら入手してみたいと思います。

次にやりたいのはLCD表示のカスタマイズ。
やっぱ、自分でいじれたほうが楽しさ65535倍（8bitの時代は終わったので256倍ではないのだ）。
AVRかPICか、ASMかCか、はたまたBASICか。
ライブラリを駆使できればCが楽なのは当然。でも、Cは私自身との相性がとても悪いのだ。（Verilogの方は割と相性良い）
うーん。どうしたらいい？

CI-3BG（高線量タイプ）が完成したので

次はJ106γを使った低線量タイプを作りたいと思います。

高圧電源は同じくCCFLインバーターで良いでしょう。電圧調整もできるので便利です。
もうちょっと消費電力が小さければ最高なのですが。

9V系は使わず、5V系で統一してみたいです。その元には3Vの単3電池2本から昇圧。
LCDは小型のもので言ってみたいところ。でも、GMTがデカイから、小型LCD使っても意味ないかな？

問題はGMTをどうやって実装するか。
全長260mmととても大きいので、塩ビパイプに仕込んで外付けセンサー式にするのが良いかもしれません。



CI-3BGを使ったガイガーカウンター。


大きなGMT「J106γ」は中国製。

大型GMT着弾

「J106γ型計数管」と書いてあります。



立派な箱に入っています


卒業証書みたいですね


出てきました


全長は260mm


センサー部は185mm


添付のドキュメント。中国ですね。


アノードとカソードは見れば判ります。
茶色いカソードが管内にてワイヤーで接続されているのが見えます。

さて、実験♪


★実験結果（ラフ実験）
アノード電圧1000Vにて、バックグラウンドはなんと400CPMを記録。（マニュアルでは120CPM）
壊れているのかと思ったのですが、マントルかざすと1550CPMでした。
CI-3BGと比べちゃうと感度高過ぎな感じ。

よさげと思われる回路定数（実際に動いている）
　アノード電圧900V弱、アノード抵抗14.7MΩ（4.7M＋10M）、カソード抵抗147KΩ（100K＋47K VR）

中国製と思われる全長26cmの大型GMT

型式：　J106γ型計数管
寸法：　全長260mm、直径Φ32mm
動作開始電圧：　720-780V
動作電圧範囲：　900- 1100V
プラトー傾斜：　5％/100V
動作温度範囲：　-20 to +50℃
バックグラウンドカウント数：　120CPM
負荷抵抗（アノード抵抗）：　10MΩ以上
寿命：　1×10^8回（100,000,000回＝100万回）

アノード電圧DC1000Vが適合するようです。
CCFLインバーターだとギリギリかな。足りなければ倍電圧整流してみましょうか。
→倍電圧整流せず、そのままで動作しました。

バックグラウンドが120CPMということで、かなり高感度と思われます。
届いたらCI-3BGとつなぎ替えて、アノード電圧を最大にして試してみましょう。


さて、例によって伊東に来ています。
ここは海に近いのですが、放射線検出が町田の自宅よりも頻繁に入ります。
海沿いは反応が増えると聞きますが、確かに線量が高めな傾向があるようです。
現在、45分で20カウント。すなわち0.44CPM。（町田では0.26CPMでした）
CI-3BGでは700倍するとnSv/hに換算できるので、それぞれ311nSv/h、182nSv/hというところかな。
※町田での測定と換算は、日野で公開されている数値とほぼ合致します。（町田の換算値の方が若干多めだが）