Radni Geiger brojač W/ minimalni dijelovi: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Ovdje je, prema mojim saznanjima, najjednostavniji Geiger -ov brojač koji možete izgraditi. Ovaj koristi Gajgerovu cijev SMB-20 ruske proizvodnje, pogonjenu visokonaponskim pojačanim krugom opljačkanim iz elektroničke muholovke. Otkriva beta čestice i gama zrake, emitirajući klik za svaku radioaktivnu česticu ili gama zraku koju otkrije. Kao što možete vidjeti u gornjem videu, klikće svakih nekoliko sekundi od pozadinskog zračenja, ali doista oživljava kad se približe izvori zračenja poput uranovog stakla, omotača fenjera od torija ili tipki americija iz detektora dima. Napravio sam ovaj brojač koji mi pomaže u identifikaciji radioaktivnih elemenata koji su mi potrebni za popunjavanje zbirke elemenata i odlično funkcionira! Jedini stvarni nedostatak ovog brojača je što nije jako glasan i ne računa i ne prikazuje količinu zračenja koju detektira u brojkama u minuti. To znači da ne dobivate nikakve stvarne podatkovne točke, samo opću ideju o radioaktivnosti na temelju količine klikova koje čujete.

Iako su na Internetu dostupni različiti Geigerovi setovi counter -a, možete ih sami izraditi od nule ako imate prave komponente. Započnimo!

Korak 1: Geiger -ovi brojači i zračenje: kako sve to funkcionira

Geigerov brojač (ili Geiger-Müllerov brojač) detektor je zračenja koji su razvili Hans Geiger i Walther Müller 1928. Danas su gotovo svi upoznati sa zvukovima klika koji ispušta kad nešto otkrije, često smatrani "zvukom" radijacija. Srce uređaja je Geiger-Müllerova cijev, metalni ili stakleni cilindar ispunjen inertnim plinovima koji se drže pod niskim tlakom. Unutar cijevi nalaze se dvije elektrode, od kojih se jedna drži na potencijalu visokog napona (obično 400-600 volti), dok je druga spojena na električno uzemljenje. Kad je cijev u stanju mirovanja, nikakva struja ne može preskočiti jaz između dvije elektrode unutar cijevi, pa struja ne teče. Međutim, kada radioaktivna čestica uđe u cijev, poput beta čestice, čestica ionizira plin unutar cijevi, čineći je vodljivom i dopuštajući struji da nakratko skoči između elektroda. Ovaj kratki protok struje pokreće dio detektora u krugu, koji emitira zvučni "klik". Više klikova znači više zračenja. Mnogi Geigerovi brojači također imaju mogućnost brojanja broja klikova i izračunavanja broja u minuti, odnosno CPM -a, te prikazivanja na zaslonu za biranje broja ili očitavanju.

Pogledajmo na drugi način rad Geigerovog brojača. Ključni princip rada Geigerovog brojača je Geigerova cijev i način na koji postavlja visoki napon na jednoj elektrodi. Ovaj visoki napon je poput strme planinske padine prekrivene dubokim snijegom, a sve što je potrebno je mali dio energije zračenja (slično skijašu koji se spušta niz padinu) da pokrene lavinu. Lavina koja slijedi nosi sa sobom mnogo više energije od same čestice, dovoljno energije da je detektira ostatak kruga Geigerovog brojača.

Budući da je vjerojatno prošlo dosta vremena otkad smo mnogi od nas sjedili u učionici i učili o zračenju, evo kratkog osvježenja.

Materija i struktura atoma

Sva se materija sastoji od sitnih čestica zvanih atomi. Atomi su sami sastavljeni od još manjih čestica, naime protona, neutrona i elektrona. Protoni i neutroni zbijeni su zajedno u središtu atoma - ovaj dio naziva se jezgra. Elektroni kruže oko jezgre.

Protoni su pozitivno nabijene čestice, elektroni su negativno nabijeni, a neutroni ne nose naboj i stoga su neutralni, pa otuda i njihov naziv. U neutralnom stanju svaki atom sadrži jednak broj protona i elektrona. Budući da protoni i elektroni nose jednake, ali suprotne naboje, to atomu daje neutralni neto naboj. Međutim, kada broj protona i elektrona u atomu nije jednak, atom postaje nabijena čestica koja se naziva ion. Geigerovi brojači mogu otkriti ionizirajuće zračenje, oblik zračenja koji ima sposobnost pretvaranja neutralnih atoma u ione. Tri različite vrste ionizirajućeg zračenja su alfa čestice, beta čestice i gama zrake.

Alfa čestice

Alfa čestica sastoji se od dva neutrona i dva protona povezana zajedno i ekvivalent je jezgre atoma helija. Čestica nastaje kada se jednostavno odvoji od atomske jezgre i odleti. Budući da nema negativno nabijenih elektrona koji bi poništili pozitivni naboj dva protona, alfa čestica je pozitivno nabijena čestica, nazvana ion. Alfa čestice su oblik ionizirajućeg zračenja, jer imaju sposobnost ukrasti elektrone iz svoje okoline, a pritom sami pretvaraju atome iz krađe u ione. U visokim dozama to može uzrokovati oštećenje stanica. Alfa čestice nastale radioaktivnim raspadom sporo se kreću, relativno su velike veličine i zbog svog naboja ne mogu lako prolaziti kroz druge stvari. Čestica na kraju pokupi nekoliko elektrona iz okoline, te na taj način postaje legitimni atom helija. Tako se proizvodi gotovo sav zemaljski helij.

Beta čestice

Beta čestica je ili elektron ili pozitron. Pozitron je poput elektrona, ali nosi pozitivan naboj. Beta-minus čestice (elektroni) emitiraju se kada se neutron raspadne u proton, a Beta-plus čestice (pozitroni) emitiraju se kada se proton raspadne u neutron.

Gama zrake

Gama zrake su fotoni visoke energije. Gama zrake nalaze se u elektromagnetskom spektru, iznad vidljive svjetlosti i ultraljubičastog zračenja. Imaju veliku prodornu moć, a njihova sposobnost ionizacije proizlazi iz činjenice da mogu odbiti elektrone s atoma.

Cijev SMB-20, koju ćemo koristiti za ovu konstrukciju, uobičajena je cijev ruske proizvodnje. Ima tanku metalnu kožu koja djeluje kao negativna elektroda, dok metalna žica koja prolazi uzdužno kroz središte cijevi služi kao pozitivna elektroda. Kako bi cijev otkrila radioaktivnu česticu ili gama zraku, ta čestica ili zraka mora prvo prodrijeti u tanku metalnu kožu cijevi. Alfa čestice to općenito ne mogu učiniti jer ih obično zaustavljaju stijenke cijevi. Druge Geigerove cijevi koje su dizajnirane za otkrivanje ovih čestica često imaju poseban prozor, nazvan Alfa prozor, koji dopušta tim česticama da uđu u cijev. Prozor je obično izrađen od vrlo tankog sloja liskuna, a Geigerova cijev mora biti vrlo blizu izvora Alpha kako bi pokupila čestice prije nego ih apsorbira okolni zrak. * Uzdah* Dakle, dosta je o zračenju, prijeđimo na izgradnju ove stvari.

Korak 2: Skupite svoje alate i materijale

Potrebne zalihe:

• SMG-20 Geiger cijev (dostupna za oko 20 USD na eBayu)
• Visokonaponski istosmjerni strujni krug, opljačkan iz jeftine elektroničke muholovke. Ovo je specifični model koji sam koristio:
• Zener diode s ukupnom vrijednošću od oko 400v (četiri od 100v bi bile idealne)
• Otpornici ukupne vrijednosti 5 Megohma (koristio sam pet 1 Megohm)
• Tranzistor - tip NPN, koristio sam 2SC975
• Element Piezo zvučnika (opljačkan iz mikrovalne pećnice ili bučne elektroničke igračke)
• 1 x AA baterija
• AA držač baterije
• Prekidač za uključivanje/isključivanje (koristio sam trenutni prekidač SPST iz elektroničkog zamašnjaka)
• Odbacite komade električne žice
• Komad starog drveta, plastike ili drugog neprovodljivog materijala koji će se koristiti kao podloga za izgradnju kruga

Alati koje sam koristio:

• Lemilica "olovka"
• Lemljenje jezgre kolofonija malih promjera za električne svrhe
• Pištolj za vruće ljepilo s odgovarajućim štapićima za ljepilo
• Rezači žice
• Skidači žica
• Odvijač (za rušenje elektroničkog zamašnjaka)

Iako je ovaj krug izgrađen oko SMB-20 cijevi, koja je u stanju detektirati beta čestice i gama zrake, može se lako prilagoditi za korištenje različitih cijevi. Samo provjerite određeni raspon radnog napona i druge specifikacije vaše cijevi i prilagodite vrijednosti komponenti u skladu s tim. Veće cijevi su osjetljivije od manjih, jednostavno zato što su veće mete za udaranje čestica.

Geigerove cijevi za rad zahtijevaju visoke napone, pa koristimo istosmjerni krug povećanja istosmjernog napona iz elektroničke muholovke za povišenje napona od 1,5 volti iz baterije do otprilike 600 volti (izvorno je muhačica napajala 3 volta, ispuštajući oko 1200 volti) za hvatanje muha. Pokrenite ga na višim naponima i imat ćete taser). SMB-20 se voli voziti na 400V, pa koristimo zener diode za regulaciju napona na tu vrijednost. Koristim trinaest zenera od 33 V, ali druge kombinacije bi jednako dobro funkcionirale, poput zenera 4 x 100 V, sve dok je ukupna vrijednost zenera jednaka ciljnom naponu, u ovom slučaju 400.

Otpornici se koriste za ograničavanje struje na cijev. SMB-20 voli anodni (pozitivni dio) otpornik od oko 5M ohma, pa koristim pet otpornika od 1M ohma. Može se koristiti bilo koja kombinacija otpornika sve dok njihove vrijednosti iznose oko 5M ohma.

Element Piezo zvučnika i tranzistor čine detektorski dio kruga. Element Piezo zvučnika emitira škljocanje, a duge žice na njemu omogućuju vam da ga držite bliže uhu. Imao sam sreću spasiti ih od stvari poput mikrovalnih pećnica, budilica i drugih stvari koje stvaraju dosadne zvukove. Ovaj koji sam pronašao ima lijepo plastično kućište oko sebe koje pomaže pojačati zvuk koji dolazi iz njega.

Tranzistor pojačava jačinu klikova. Krug možete izgraditi bez tranzistora, ali klikovi koje krug generira neće biti tako glasni (pri tome mislim na jedva čujne). Koristio sam 2SC975 tranzistor (tip NPN), ali vjerojatno bi radili i mnogi drugi tranzistori. 2SC975 je doslovno bio samo prvi tranzistor koji sam izvukao iz hrpe spašenih komponenti.

U sljedećem koraku izvršit ćemo rušenje električnog zamaha. Ne brinite, lako je.

Korak 3: Rastavite muharicu

Elektronički muholovci mogu se malo razlikovati u konstrukciji, ali budući da samo tražimo elektroniku unutra, samo je rastrgnite i izvucite utrobu lol. Swatter na gornjim slikama zapravo se malo razlikuje od onog koji sam ugradio u pult, jer se čini da je proizvođač promijenio njihov dizajn.

Počnite tako što ćete ukloniti sve vidljive vijke ili druge pričvršćivače koji ga drže zajedno, pazeći na naljepnice ili stvari poput poklopca baterije koje bi mogle sakriti dodatne pričvršćivače. Ako se stvar i dalje ne otvara, možda će trebati malo probadanja odvijačem po šavovima u plastičnom tijelu pogona.

Nakon što ga otvorite, morat ćete rezati žice kako biste odrezali žice na mrežnoj mreži fly zappera. Dvije crne žice (ponekad druge boje) potječu s istog mjesta na ploči, a svaka vodi do jedne od vanjskih rešetki. To su negativne ili "uzemljene" žice za visokonaponski izlaz. Budući da ove žice dolaze s istog mjesta na pločici, a nama je potrebna samo jedna, samo nasjecite jednu na ploči, odložite otpadnu žicu na stranu za kasniju upotrebu.

Trebala bi postojati jedna crvena žica koja vodi do unutarnje mreže, a to je pozitivni visokonaponski izlaz.

Ostale žice koje dolaze s pločice idu do kutije za baterije, a ona s oprugom na kraju je negativna veza. Prilično jednostavno.

Ako odvojite glavu vatrogasca, možda radi odvajanja komponenti za recikliranje, pripazite na moguće oštre rubove na metalnoj mreži.

Korak 4: Konstruirajte krug i koristite ga

Nakon što imate svoje komponente, morat ćete ih lemiti zajedno kako biste formirali krug prikazan na dijagramu. Sve sam vruće zalijepila na komad prozirne plastike koji sam ležala okolo. To čini čvrst i pouzdan krug, a također izgleda prilično dobro. Postoji mala šansa da biste sebi mogli dati pomak od dodirivanja dijelova ovog kruga dok je pod naponom, poput veze na piezo zvučniku, ali možete samo pokriti veze vrućim ljepilom ako postoji problem.

Kad sam konačno dobio sve komponente potrebne za izgradnju sklopa, sastavio sam ga u jedno poslijepodne. Ovisno o tome koje vrijednosti komponenti imate, mogli biste na kraju koristiti manje komponenti nego ja. Također biste mogli upotrijebiti manju Geigerovu cijev, a brojač učiniti vrlo kompaktnim. Geiger -ov ručni sat, tko?

Sada se možda pitate, što će mi Geigerov brojač ako nemam ništa radioaktivno na što bih ga mogao usmjeriti? Brojač će kliknuti svakih nekoliko sekundi samo od pozadinskog zračenja, koje je sastavljeno od kozmičkih zraka i slično. No, postoji nekoliko izvora zračenja na kojima možete koristiti svoj brojač:

Americij iz detektora dima

Americij je umjetni element (koji se ne javlja u prirodi) i koristi se u ionizacijskim detektorima dima. Ovi detektori dima vrlo su česti i vjerojatno ih imate nekoliko u svom domu. Zapravo je prilično lako reći da li to činite, jer svi imaju riječi koje sadrže radioaktivnu tvar Am 241 oblikovanu u plastiku. Americij, u obliku americij dioksida, postavljen je na mali metalni gumb iznutra, postavljen u malom kućištu poznatom kao ionizacijska komora. Americij je obično prekriven tankim slojem zlata ili drugog metala otpornog na koroziju. Možete otvoriti detektor dima i izvaditi mali gumb - obično nije jako teško.

Zašto zračenje u detektoru dima?

Unutar komore za ionizaciju detektora nalaze se dvije metalne ploče jedna nasuprot drugoj. Na jedan od njih pričvršćen je gumb americium koji emitira stalan tok alfa čestica koje prelaze mali zračni otvor, a zatim ih druga ploča apsorbira. Zrak između dvije ploče postaje ioniziran i stoga je donekle vodljiv. To omogućuje protok male struje između ploča, a ta se struja može osjetiti pomoću kruga detektora dima. Kad čestice dima uđu u komoru, one apsorbiraju alfa čestice i prekidaju krug, izazivajući alarm.

Da, ali je li opasno?

Zračenje koje emitira relativno je dobroćudno, ali radi sigurnosti preporučujem sljedeće:

• Gumb americium držite na sigurnom mjestu dalje od djece, najbolje u nekoj vrsti spremnika za zaštitu od djece
• Nikada ne dodirujte lice gumba na koje je postavljen americij. Ako slučajno dodirnete lice gumba, operite ruke

Uranovo staklo

Uran je korišten u oksidnom obliku kao dodatak staklu. Najtipičnija boja uranovog stakla je bolesno blijedo žućkasto-zelena, što je 1920-ih dovelo do nadimka "vazelinsko staklo" (na temelju uočene sličnosti s izgledom vazelina kako je u to vrijeme formulirano i komercijalno prodano). Vidjet ćete je označenu kao "vazelinsko staklo" na buvljacima i u antikvarijatima, a obično je možete zatražiti pod tim imenom. Količina urana u staklu varira od razine u tragovima do oko 2% težine, iako su neki komadi iz 20. stoljeća napravljeni s do 25% urana! Većina uranovog stakla samo je vrlo malo radioaktivno i mislim da nije nimalo opasno za rukovanje.

Sadržaj urana u staklu možete potvrditi crnom svjetlošću (ultraljubičasto svjetlo), jer sve uranovo staklo fluorescira svijetlozeleno, bez obzira na boju stakla koja se pojavljuje pri normalnom svjetlu (koje se može jako razlikovati). Što svjetliji komad svijetli pod ultraljubičastim svjetlom, to sadrži više urana. Dok komadi uranijskog stakla svijetle pod ultraljubičastim svjetlom, oni također odašilju vlastitu svjetlost pod bilo kojim izvorom svjetlosti koji sadrži ultraljubičasto zračenje (poput sunčeve svjetlosti). Visokoenergetske ultraljubičaste valne duljine svjetlosti udaraju u atome urana, gurajući njihove elektrone na višu razinu energije. Kad se atomi urana vrate na normalnu razinu energije, emitiraju svjetlost u vidljivom spektru.

Zašto uran?

Otkriće i izolacija radija u uranovoj rudi (pitchblende) od strane Marie Curie potaknula je razvoj vađenja urana za ekstrakciju radija, koji se koristio za izradu sjajnih boja u mraku za satove i brojčanike zrakoplova. To je ostavilo ogromnu količinu urana kao otpadnog proizvoda, jer su potrebne tri tone urana za ekstrakciju jednog grama radija.

Plašt za kampiranje od torija

Torij se koristi u omotačima svjetiljki za kampiranje, u obliku torij -dioksida. Kada se prvi put zagrije, poliesterski dio plašta izgori, dok torij dioksid (zajedno s ostalim sastojcima) zadržava oblik plašta, ali postaje vrsta keramike koja sjaji pri zagrijavanju. Torij se više ne koristi za ovu primjenu, većina ga je kompanija prestala proizvoditi sredinom 90-ih, a zamijenili su ga drugi elementi koji nisu radioaktivni. Torij je korišten jer čini plašteve koji jako svijetle, a toj svjetlini ne odgovaraju sasvim noviji, neradioaktivni plašt. Kako ćete znati je li plašt zaista radioaktivan? Tu dolazi Geigerov brojač. Ogrtači na koje sam naišao izluđuju Geigerov brojač, puno više nego gumbi od stakla od urana ili americija. Nije toliko da je torij radioaktivniji od urana ili americija, već ima mnogo više radioaktivnog materijala u omotaču fenjera nego u tim drugim izvorima. Zato je zaista čudno naići na toliko zračenja u potrošačkom proizvodu. Iste mjere opreza koje vrijede za gumbe od americija vrijede i za plašt svjetiljki.

Hvala svima na čitanju! Ako vam se sviđa ovo uputstvo, prijavljujem se na natječaj "Izradi alat" i zaista bih cijenio vaš glas! Također bih volio čuti vaše mišljenje ako imate komentara ili pitanja (ili čak savjete/prijedloge/konstruktivnu kritiku), stoga se ne bojte ostaviti ispod.

Posebno zahvaljujem svojoj prijateljici Lucci Rodriguez što je izradila prekrasnu shemu za ovu uputu.