Ми дуже добре розуміємо складнощі вибору радіоаматорів, які, замовляючи продукт, мають обирати між різними опціями, трубками в тому числі. 

Розробляючи GGreg20 у 2020 році, ми взагалі нічого не тямили у цих матеріях. Зараз ми можемо поділитися накопиченим нашою компанією досвідом з усіма, хто потребує допомоги, або просто шукає додаткову інформацію.

Зверніть увагу, що ми у більшій мірі тут порівнюємо трубки Гейгера-Мюллера SBM20 і J305, з якими постачається GGreg20_V3, а трубку LND712 наводимо, скоріше, як ще одну альтернативу обом трубкам. Це дозволяє розширити межі порівняння до можливостей більш складної і коштовної трубки LND712. Без таких порівнянь ця публікація не мала б глибини і звелася б до тези, що SBM20 і J305 є взаємно замінними, і тому їх немає чого порівнювати.

Перерахуємо ключові моменти, які потрібно враховувати, обираючи трубку Гейгера-Мюллера для DIY-проекту:

• Мета DIY проекту;
• Типи випромінювання, які здатна детектувати трубка;
• Чутливість трубки;
• Власний шум та нечутливість;
• Рівень робочої напруги;
• Розміри та спосіб кріплення трубки;
• Країна походження та рік виготовлення.

Розглянемо і порівняємо трубки під цими кутами докладніше.

Мета DIY проекту

Від того, як поставити мету проекту може залежати, через які критерії успішності ви потім будете його пропускати, проводячи оцінку результатів, яких вдалося чи не вдалося досягнути.
Стосовно лічильника Гейгера мета проекту також може бути дуже різною. 
Наприклад:

• дешевий стаціонарний пристрій, який більшу частину часу повинен вимірювати фонову радіацію і сповіщати про небезпеку;
• мініатюрний кишеньковий пристрій, як сенсор особистої безпеки для здійснення піших прогулянок;
• чутливий та швидкісний вимірювач для детектування випромінювання у продуктах харчування та інших матеріалах;
• вимірювач / сигналізатор радіоактивних газів у повітрі, таких як побутовий радон.

Задача, для якої розробляється кінцевий пристрій, може потребувати вибору трубки за розмірами і взагалі не потребувати високої чутливості, тощо. Тому лише користувач може визначити для себе, яка саме трубка в складі лічильника Гейгера підійде. Ми ж можемо лише зазначити, що вибір трубки відповідно до задачі проекту – це комплексний багатофакторний аналітичний процес, який ми і спробували поглиблено описати у даній публікації.

Типи випромінювання

Тут все досить просто: трубку потрібно обирати в залежності від того, яке випромінювання вам потрібно вимірювати у проекті.
Більшість поширених трубок чутливі до гамма- і бета- випромінювання. Деякі трубки також здатні вимірювати альфа-канал.
Зверніть увагу, що альфа-канал у трубки, як правило, реалізується за допомогою наявності слюдяного віконця у торці корпусу. 
Щоб перетворити a,b,g – трубку на b,g-, достатньо щільно закрити слюдяне вікно аркушем паперу, або пластиковою кришкою корпусу.
Щоб перетворити b,g- чи a,b,g- трубку лише на g-, потрібно екранувати трубку від beta-частинок. З цим може впоратися алюмінієвий кожух товщиною в кілька міліметрів. Такий кожух з алюмінію одночасно екранує трубку не лише від бета-, а і від альфа-частинок.

Дотично до нашої статті, трубки SBM20 та J305 здатні до вимірювання бета- і гамма- випромінювання. Трубка LND712 має всі три канали: альфа-, бета- та гамма-.

На що це може впливати у DIY проекті з практичної точки зору? 

Якщо планується трубкою SBM20 / J305 вимірювати лише гамма-промені, то тоді потрібно екранувати таку трубку від beta-частинок. 
Якщо трубкою SBM20 / J305  потрібно вимірювати лише бета-частинки, то тоді можна спробувати застосувати дві такі трубки одночасно: одну з екраном, що захищає від бета-, а іншу – без такого екрану. В цьому випадку, знайшовши різницю між результатами вимірювання для кожної трубки, ми зможемо розрахувати кількісну характеристику для бета-частинок. 
Те ж саме відноситься і до альфа-частинок: фільтруючи канал альфа- і віднімаючи результати між трубками, знаходимо кількість для альфа-частинок.
З трубкою LND712, яка чутлива до a,b,g-, можливо реалізувати проект з вимірювання побутового радону, зокрема Radon-222, оскільки саме цей ізотоп є джерелом альфа-частинок. 
Підкреслимо, що для проведення вимірювань з кількома трубками, потрібно мати кілька модулів GGreg20_V3. Кожен модуль підключається до окремого GPIO головного контролера, який в свою чергу, зможе виконувати підрахунок імпульсів незалежно для кожної трубки. 

Чутливість трубки

Коли ми кілька років тому тільки почали розбиратися з тим, які трубки нам застосовувати для нашого проекту лічильника Гейгера GGreg20, ми, експериментуючи, іноді помилково обирали навіть такі трубки, які за фонового рівня випромінювання здатні були робити лише кілька імпульсів на годину. 

Звісно, ними неможливо було б користуватися у DIY проекті лічильника Гейгера, який більшу частину часу має бути достатньо чутливим, щоб вимірювати фонове випромінювання.

Тому, коли ви будете обирати, яку з опцій GGreg20_V3 замовити, не хвилюйтеся і знайте: ми вже перевірили різні моделі трубок для вас і заздалегідь включили у опції лише ті, які дійсно підходять до GGreg20_V3.

Трубки J305 і SBM20 хоча і мають деякі відмінності, але однаково гарно працюють у складі нашого продукту. 

Трубка LND712 не дивлячись на те, що наразі не постачається нами, як опція GGreg20_V3, також дуже добре працює з нашим модулем лічильника Гейгера. 

Взагалі LND712 має вдосталь цікавих функцій та особливостей, які можуть зробити проект з модулем GGreg20_V3 ще цікавішими. Можливо у майбутньому ми запропонуємо цю трубку, як додаткову опцію у складі модуля лічильника Гейгера нашого виробництва. 

З точки зору чутливості (імпульсів / mR), трубка LND712 не сильно відрізняється від SBM20, але враховуючи, що вона є більш сучасною, ми б віддали перевагу їй.

Власний шум та нечутливість

Трубки Гейгера-Мюллера мають дві важливі характеристики, які варто брати до уваги під час їх порівняння. 

Власний шум – це хибно-позитивні імпульси, які генерує трубка за відсутності зовнішнього радіоактивного випромінювання. Під час проектування чи калібровки трубки, виробник розміщує тестовий зразок у екранованому від радіації лабораторному середовищі і проводить вимірювання кількості хибно-позитивних імпульсів на одиницю часу. Зазвичай власний шум трубки зазначається у даташит у імпульсах на секунду.

Трубка SBM20 у порівнянні до J305 та LND712, має значно вищий показник власного шуму відповідно до даташит. Це означає, що трубка SBM20 буде набагато гірше вимірювати натуральне фонове випромінювання, ніж трубки J305 чи LND712.

Нечутливість – це час, протягом якого трубка відновлюється після попереднього лавиноподібного збурення та не здатна детектувати наступну таку подію. Цей час прийнято називати dead time трубки і вимірювати у мікросекундах. На практиці, як наслідок, у цей проміжок часу трубка не здатна генерувати вихідний імпульс. 

Також варто звернути увагу на те, що час dead time прямо залежить від розмірів трубки. Чим довша трубка, тим більший цей час. Звісно, довжина це не причина, а лише наслідок загальної конструкції більшості трубок та їх принципу дії.

Якщо ваш проект спрямований на вимірювання високих рівнів радіації, ця властивість трубки має бути ретельно врахована, адже чим вищу радіацію ми вимірюємо, тим більш щільними будуть події, що реєструє трубка. У певний момент буде досягнуто межі, за якою почнеться нечутливість, тобто такої щільності подій у часі, коли трубка просто не встигатиме відновлюватися, щоб їх реєструвати.

Завдячуючи своїм розмірам, трубка LND712 (90 мікросекунд) є лідером за цим показником, який вдвічі менший, ніж у трубок SBM20 і J305 (190 та 180 мікросекунд).

Примітка. Ми тут наводимо Dead Time для J305 базуючись на даних з інтернет, оскільки у даташитах від постачальників – цих даних немає.

Чутливість до UV. Окремо варто зазначити про чутливість трубок зі скляним (таких, як J305) корпусом до променів звичайного сонячного світла, особливо до UV-спектра. Дійсно, в інтернет можливо знайти відео експериментів з UV-ліхтариком та звичайним сонячним освітленням. Трубки у тих відео просто шаленіють від цих подразників, що видно неозброєним оком.

Ми теж провели подібний тест нашвидкоруч. У нас не вийшло відтворити показану на відео картину поведінки J305. Можливо, що трубка, яка генерує хибно-позитивні події на відео з інтернет, має якісь фізичні чи технологічні вади, які неможливо ідентифікувати без спеціального обладнання. 

Ми співчуваємо власнику такої трубки. І через це вирішили перевірити випадкові екземпляри з партії своїх трубок J305, які постачаються як опція до модуля GGreg20_V3. Хоча наші трубки J305 не показали такого ефекту, ми цілком погоджуємося, що сонячні промені можуть створювати додатковий шум у вимірах. Рекомендуємо трубки J305 розміщувати у світлонепроникному кожусі, якщо є така можливість.

З  модулем лічильника Гейгера GGreg20_V3 ми пропонуємо (як опцію) захисний кожух, надрукований на 3д-принтері. І хоча цей кожух не здатен виступати повноцінним екраном для високоенергетичного фотонного потоку сонячного світла, він хоча б частково фільтруватиме одне з джерел можливих завад.

Рівень робочої напруги

Порівнюючи наявні варіанти трубок, потрібно пам’ятати, що трубки різного типу можуть мати індивідуальні рівні напруги живлення. Ці дані зазвичай вказуються у даташит на трубку.

На практиці також важливо враховувати, що вирішальне значення має модуль лічильника Гейгера (і його налаштування!), на який обрану вами трубку потрібно буде встановлювати.

Модуль GGreg20_V3 проектувався так, щоб бути здатним забезпечити якнайширший діапазон можливих робочих напруг. З одного боку, GGreg20 підтримує у високовольтній частині напругу 200 – 1200 В. З іншого боку, живлення модуля може здійснюватися у діапазоні 2.4 – 5.5 В. Наскільки нам відомо, це найширший діапазон напруги живлення серед аналогічних модулів.

Тож за високовольтною напругою живлення модуль GGreg20_V3 підтримує всі трубки, які ми з вами розглядаємо та порівнюємо: J305 (380В для моделі зі скляною колбою), SBM20 (400В), LND712 (500В).

На практиці, по-за полями даного матеріалу, радимо завжди звертати увагу на те, чи дозволяє модуль, який буде працювати з трубкою налаштувати необхідну для роботи трубки напругу. Перевищення напруги живлення трубки гарантовано виведе її з ладу. За недостатньої напруги трубка просто не буде працювати.

Розміри та спосіб кріплення трубки

Трубки J305 і SBM20 мають схожі розміри та зручний спосіб кріплення, який не вимагає пайки. З точки зору виготовлення мікроелектроніки для IoT-пристроїв, вони мають середні розміри в порівнянні з іншими трубками Гейгера. 

SBM20 і J305 можна назвати взаємозамінними, адже вони мають схожий рівень робочої напруги, однакові клеми, та майже однакові розміри, що дозволяє за необхідності замінювати трубки між собою, якщо є можливість встановлювати відповідні коефіцієнти перерахунку для CPM. 

Особливо зручно те, що на платі модуля лічильника Гейгера, такого як GGreg20_V3, кріплення підтримує обидві трубки. Також буває корисним те, що трубку Гейгера можливо швидко зняти з модуля, або замінити. У випадку SBM20 / J305 це так само легко зробити, як замінити батарейки у ліхтарику.

LND712 має приблизно вдвічі меншу довжину, що робить її ідеальною, як для розмірів сенсора a,b,g- випромінювання. Але у неї вивідні контакти зроблені таким чином, що її доведеться лише паяти. Тому LND712, у парі із значно вищою ціною, перестає бути такою ж “зручною” як SBM20 чи J0305. 

Іноді, для регулювання налаштувань модуля лічильника Гейгера, потрібно мати можливість зняти трубку, – у випадку з LND712 це буде неможливо зробити без пайки.

Також варто зазначити, що у випадку з побудовою кишенькових пристроїв саме довжина трубки може бути вирішальною. От подивіться: на товщину пристрою буде також впливати акумулятор, кнопки та роз’єми, тому діаметр трубки Гейгера нівелюється цими іншими обмеженнями і не впливає на розміри корпуса пристрою. А от довжина трубки вимагає збільшувати розміри корпуса пристрою. З цих міркувань трубка LND712 є значно кращою, ніж SBM20 / J305.

Країна походження та рік виготовлення

Країна походження на нашу думку є не менш важливою, ніж решта характеристик трубки. Навіть із суто практичної точки зору (витрати коштів та часу на логістику, підтримка місцевого бізнесу, сплата податків, тощо), перебуваючи у США, краще придбати трубку, яка виробляється у США. 

На жаль, наразі нам не відомо, чи є можливість придбати трубки, які виробляються в Україні. Наші побіжні пошуки українських трубок нічого не дали. 

Якщо вам щось відомо про трубки Гейгера-Мюллера українського виробництва, будь-ласка, напишіть нам про це.

Запаси радянських трубок SBM20 у приватних продавців відчутно виснажуються. Строки зберігання та експлуатації радянських зразків вже давно минули. Саме через це ми постійно шукаємо альтернативи. Однією з таких альтернатив є трубка китайського виробництва J305. Трубки J305, які продаються на Alibaba та Aliexpress, мають 2020-2022 роки виробництва і цілком задовольняють наші вимоги за технічними характеристиками та якістю.

Трубки LND712 також мають чудові характеристики, якість та функції. Єдиним недоліком є те, що їх потрібно закуповувати в США, виконувати тривалу логістику в Європу. Враховуючи вищу відносну вартість даних трубок та відсутність організованої офіційної роздрібної мережі дистрибуції LND712 стає зрозуміло, чому ця трубка не вийшла у лідери за статистикою проектів DIY лічильника Гейгера.

Висновки

Ми кілька років поспіль спостерігаємо за власною статистикою, а також такими проектами, як radmon.org, ThingSpeak, uRADMonitor та подібними.

Трубка радянського виробництва SBM20 є, мабуть, найпопулярнішою серед тих, що застосовується у DIY проектах. 

Щоправда, SBM20 вже майже неможливо придбати, адже запаси радянських часів виснажуються, строк зберігання і придатності вичерпався, а виробники сучасних трубок SBM20 є лише в країні, що знаходиться під санкціями і є міжнародно визнаним агресором, спонсором тероризму і прямо зараз вчиняє військові злочини та злочини проти людяності щонайменше в Україні. 

В той же час, китайську трубку J305 набагато легше знайти і придбати у інтернет, але лише коли йдеться про версію зі скляним корпусом. Нажаль, J305 з металевим корпусом наразі придбати дуже складно з невідомих нам причин. 

На відміну від SBM20 та J305, американська трубка LND712, крім beta- та gamma-, також має канал вимірювання alfa- випромінювання, що значно розширює коло її застосування у DIY проектах. Трубка LND712 має металевий корпус, як і SBM20, а ще слюдяне віконце для детектування альфа-частинок. 

На форумах у інтернет дописувачі припускають, що скляний корпус трубки J305 не захищений від фотонів звичайного сонячного світла, що може вносити завади у процес вимірювання, якщо трубку додатково не захищено сонце-непроникним кожухом. 

Ми не впевнені у даному твердженні, хоча з нашого боку також існує певне розуміння, що скляні трубки потребують світлонепроникного кожуха, оскільки скло може пропускати світло, включаючи шуми, що можуть збільшувати шумовий рівень спостережень.

І навпаки, металевий корпус трубок SBM20 і LND712 може у незначній мірі виступати екраном для електромагнітних завад та сонячних променів. Це робить вимірювальні характеристики металевих трубок більш стабільними. З іншого боку, трубка зі скляним корпусом може бути більш чутливою до радіації, що теж за певних умов є корисною властивістю.

Але слід зазначити, що все це лише припущення, які варто перевірити. Втім, ми перевіряти це все не маємо можливості, адже такі тести вимагають спеціально обладнаної лабораторії. 

Та й у нас завжди є набагато кращий інструмент – даташит виробника. Трубка має відповідати тим характеристикам і працювати у той спосіб, що зазначені у даташит.

Якби ми обирали трубку для себе, то не вагаючись обрали б LND712. Але оскільки зараз у GGreg20_V3 немає підтримки типорозмірів даної трубки, ми б обирали між SBM20 і J305 наступним чином:

• Термін зберігання / придатності – J305 краща;
• Власний шум – J305 краща;
• Чутливість – J305 краща;
• Країна походження – J305 краща;
• Фонове випромінювання – J305 краща;
• Джерело калібровки – J305 краща (більшість трубок калібрують по Co-60);
• Час нечутливості – немає різниці;
• Металевий корпус – SBM20 краща;
• Розміри і кріплення – немає різниці;
• Напруга живлення – немає різниці;
• Роздрібна мережа дистрибуції – J305 краща;
• Ціна і якість – J305 краща.

Керуючись даними з документації, статистикою з інтернет та власним досвідом, безумовно, ми б обрали J305. SBM20 ми б обрали лише за виняткових обставин, коли з якихось суттєвих причин J305 застосовувати було б неможливо. 

Дякуємо за увагу!
Team IoT-devices, LLC

Додаткові ресурси за темою:

https://iot-devices.com.ua/ggreg20v3-geiger-tube-j305/
https://iot-devices.com.ua/technical_note_supply_voltage_range_geiger_counter_ggreg20_v3_ua/
https://iot-devices.com.ua/uv-test-of-the-j305-geiger-tubes/
https://iot-devices.com.ua/technical_note_performance_of_diy_geiger_counter_ggreg20_v3_at_low_-temperatures_ua/
https://iot-devices.com.ua/geiger-counter-emulator-ggreg20_v3-module-by-means-of-esp8266-part1-ua/
https://iot-devices.com.ua/maximum-radiation-that-can-be-measured-by-geiger-counter-ggreg20_v3/
https://iot-devices.com.ua/ggreg20v3-case-3d-model-for-personal-use/

Easy Links:

go.iot-devices.com.ua

/geiger-counter
/high-voltage-converter
/geiger-counter-emulator
/tindie