PICマイコンを使って測定ツールを作ってみよう(番外編1) ―― ガイガー・カウンタを作ってみた

前回の記事（連載第5回）では，PICマイコン基板に温度計センサを接続し，計測値をパソコンに転送して，収集したデータをグラフ表示した．今回は，今，話題となっているガイガー・カウンタの作り方を紹介する．ガイガー・ミュラー管（GMT管）は高価だが，それ以外の電子部品は1,000円程度で購入できる．VB6のソース・コードとPICマイコンのファームウェアについては前回説明した．同じ要領でプログラムを修正すると，ガイガー・カウンタの記録計を実現できる．

エレキ系DIY・連載「PICマイコンを使って測定ツールを作ってみよう」 バック・ナンバ
第1回  クロック周波数やモータの回転数を測れるカウンタを作る（前編）
第2回  クロック周波数やモータの回転数を測れるカウンタを作る（後編）
第3回  Visual BasicでPICマイコンを制御する
第4回  ネットワークでセンサ・データを集めて省電力生活を目指す
第5回  ネットワークとA-Dコンバータを利用してさまざまな場所の温度を測る

　PICマイコン基板を使って製作したガイガー・カウンタを写真1に示します．

写真1　ガイガー・カウンタ

　ガイガー・カウンタを作ることは，それほど難しくありません．ただし，校正作業が厄介です．標準器としての放射線線源が厳重に管理されているので，素人（しろうと）はなかなか近づけません．

　まず，ガイガー・カウンタがどういう原理で動作するのかを説明しましょう．テレビ番組などでペットボトルを使った簡易ガイガー検知器の作り方が紹介されたりしているので，よくご存じの方もいらっしゃるかと思いますが，原理は簡単です．高エネルギーの放射線が気体分子に当たり，イオンと電子を作ります．イオンは正電極（アノード）に，電子は負電極（カソード）に集まります．外部から見ると，電流が流れたことになります．これを検知して，ブザーなりカウンタなりを動作させるわけです．

　気体分子には，イオン化しやすいアルゴンなどが使われますが，電極に堆積すると量がだんだん減っていくそうです．ガイガー・ミュラー管（GMT管）は，これをFeやCrによるカソード壁で包んだガス封入ガラス管です．高圧部は，ガラス管の先端に突出したラグ端子に印加します．原理上，ある程度高エネルギーの放射線でないと検出できません．

●昇圧トランスで高電圧を発生

　製作上の問題は，高圧発生回路をどのように実現するかです．5Vや12Vなら定電圧回路を簡単に作れます．しかし400Vの高電圧となると，容易ではありません．図1にその回路図を示します．

図1　放射線検出部の回路図

　PIC12F675を使って高圧発生用のクロックを生成します．200Hz程度の低クロックで十分です．このクロックでトランジスタ2SA1095と2SD1415Aを駆動します．2SD1415Aのコレクタには昇圧トランスがあり，これがON/OFFされることにより，高圧が2次側に発生します．

　昇圧トランスは，オーディオ用の入力トランスであるST-20（山水，マルツパーツ館で購入すると509円）を利用します．すでに1次と2次が巻いてある上に，UEW線（0.32mm径）で8回巻きます．これで75倍程度の巻き数比になります．これを1次として，もともとの1次2次は2次として使います．高圧を得るために2次3次を直列にします．線の色については，緑をGNDとして接続してください．これで開放電圧396V程度が得られます．ただし，得られる波形はのこぎり波です．

　出てきた高圧に対して，200Vツェナ・ダイオードを3個直列にして400V近辺が出力されるようにします．負荷として，470pF，2KVのキャパシタを3個並列に接続します．基板では2個しか接続していません．

　こうして作成した400VをGMT管の高圧部に印加します．高圧端子は熱に弱いようで，直接のはんだ付けは避けたほうがよいようです．ラグ端子にワイヤで結線します．GMT管のカソードについては，ガラス管壁の金属部からワイヤが出ています．これに抵抗を付けて電圧を検出します．部品配置図を図2に示します．

図2　部品配置図