Работен брояч на Гейгер W/ минимални части: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Ето, доколкото ми е известно, най -простият функциониращ брояч на Гейгер, който можете да изградите. Този използва руска тръба SMG-20 на Гейгер, задвижвана от усилваща верига за високо напрежение, ограбена от електронен мухобой. Той открива бета частици и гама лъчи, излъчвайки щракване за всяка открита радиоактивна частица или гама лъч. Както можете да видите в горното видео, той щраква на всеки няколко секунди от фонова радиация, но наистина оживява, когато се приближат източници на радиация като ураново стъкло, мантии от ториеви фенери или америциеви бутони от детектори за дим. Изградих този брояч, за да ми помогне да идентифицирам радиоактивни елементи, от които се нуждая, за да попълня колекцията си от елементи, и работи чудесно! Единствените реални недостатъци на този брояч е, че той не е много силен и не изчислява и показва количеството радиация, което открива, в брой в минута. Това означава, че не получавате никакви реални точки от данни, а само обща представа за радиоактивността въз основа на количеството кликвания, които чувате.

Въпреки че в мрежата има различни комплекти за броячи на Geiger, можете да създадете свой собствен от нулата, ако имате правилните компоненти. Да започваме!

Стъпка 1: Броячи на Гайгер и радиация: Как всичко работи

Броячът на Гайгер (или броячът на Гайгер-Мюлер) е детектор на радиация, разработен от Ханс Гайгер и Валтер Мюлер през 1928 г. Днес почти всеки е запознат с щракащите звуци, които издава, когато открие нещо, често считано за „звук“на радиация. Сърцето на устройството е тръбата на Гайгер-Мюлер, метален или стъклен цилиндър, напълнен с инертни газове, държани под ниско налягане. Вътре в тръбата има два електрода, единият от които се държи при потенциал за високо напрежение (обикновено 400-600 волта), докато другият е свързан към електрическо заземяване. Когато тръбата е в състояние на покой, никакъв ток не е в състояние да прескочи пролуката между двата електрода вътре в тръбата и така не протича ток. Въпреки това, когато радиоактивна частица влезе в тръбата, като бета частица, частицата йонизира газа вътре в тръбата, което я прави проводима и позволява на тока да скочи между електродите за кратък миг. Този кратък токов поток задейства детекторната част на веригата, която излъчва звуково „щракване“. Повече кликвания означава повече радиация. Много броячи на Geiger също имат възможност да преброяват броя на кликванията и да изчисляват броя на минута или CPM и да го показват на дисплея за набиране или отчитане.

Нека разгледаме работата на брояча на Гайгер по друг начин. Основният принцип на работата на брояча на Гайгер е тръбата на Гайгер и как тя настройва високо напрежение на един електрод. Това високо напрежение е като стръмен планински склон, покрит с дълбок сняг и всичко, което е необходимо, е малко частица радиационна енергия (подобно на скиор, който слиза по склона), за да предизвика лавина. Последвалата лавина носи със себе си много повече енергия от самата частица, достатъчно енергия, за да бъде открита от останалата част от веригата на брояча на Гайгер.

Тъй като вероятно е минало доста време, откакто много от нас седнаха в класната стая и научихме за радиацията, ето едно бързо опресняване.

Материята и структурата на атома

Цялата материя се състои от малки частици, наречени атоми. Самите атоми са съставени от още по -малки частици, а именно протони, неутрони и електрони. Протоните и неутроните се струпват заедно в центъра на атома - тази част се нарича ядро. Електроните обикалят около ядрото.

Протоните са положително заредени частици, електроните са отрицателно заредени, а неутроните не носят заряд и следователно са неутрални, откъдето идва и името им. В неутрално състояние всеки атом съдържа равен брой протони и електрони. Тъй като протоните и електроните носят равни, но противоположни заряди, това дава на атома неутрален нетен заряд. Когато обаче броят на протоните и електроните в един атом не е равен, атомът се превръща в заредена частица, наречена йон. Броячите на Гейгер могат да откриват йонизиращо лъчение, форма на радиация, която има способността да трансформира неутрални атоми в йони. Трите различни вида йонизиращо лъчение са алфа частици, бета частици и гама лъчи.

Алфа частици

Алфа частицата се състои от два неутрона и два протона, свързани заедно и е еквивалент на ядрото на хелиев атом. Частицата се генерира, когато просто се откъсне от атомно ядро и полети. Тъй като няма отрицателно заредени електрони, които да отменят положителния заряд на двата протона, алфа частицата е положително заредена частица, наречена йон. Алфа частиците са форма на йонизиращо лъчение, тъй като имат способността да крадат електрони от заобикалящата ги среда и по този начин трансформират атомите, от които крадат, в самите йони. При високи дози това може да причини клетъчно увреждане. Алфа частиците, генерирани от радиоактивно разпадане, се движат бавно, имат относително големи размери и поради своя заряд не могат да преминават лесно през други неща. Частицата в крайна сметка улавя няколко електрона от околната среда и по този начин се превръща в легитимен атом на хелий. Така се произвежда почти целият земен хелий.

Бета частици

Бета частицата е или електрон, или позитрон. Позитронът е като електрон, но носи положителен заряд. Бета-минус частици (електрони) се излъчват, когато неутрон се разпада в протон, а бета-плюс частици (позитрони) се излъчват, когато протон се разпада в неутрон.

Гама лъчи

Гама лъчите са фотони с висока енергия. Гама лъчите се намират в електромагнитния спектър, нагоре отвъд видимата светлина и ултравиолетовите лъчи. Те имат висока проникваща способност и способността им да йонизира идва от факта, че могат да избият електрони от атом.

Тръбата SMB-20, която ще използваме за тази конструкция, е обикновена тръба от руско производство. Той има тънка метална обвивка, която действа като отрицателен електрод, докато метален проводник, преминаващ по дължина през центъра на тръбата, служи като положителен електрод. За да може тръбата да открие радиоактивни частици или гама лъчи, тази частица или лъч първо трябва да проникне през тънката метална обвивка на тръбата. Алфа частиците обикновено не могат да направят това, тъй като обикновено се спират от стените на тръбата. Други тръби на Гайгер, които са проектирани да откриват тези частици, често имат специален прозорец, наречен прозорец Алфа, който позволява на тези частици да влязат в тръбата. Прозорецът обикновено е направен от много тънък слой слюда и тръбата на Гайгер трябва да е много близо до източника на Алфа, за да вземе частиците, преди те да бъдат абсорбирани от околния въздух. * Въздъхване* Значи това е достатъчно за радиацията, нека да започнем да изграждаме това нещо.

Стъпка 2: Съберете вашите инструменти и материали

Необходими консумативи:

• SMB-20 Geiger Tube (предлага се за около $ 20 USD в eBay)
• Високоволтова DC стъпка нагоре, ограбена от евтина електронна мухобойка. Това е конкретният модел, който използвах:
• Ценерови диоди с обща обща стойност около 400v (четири 100v биха били идеални)
• Резистори с обща обща стойност 5 мегаома (използвах пет 1 мегома)
• Транзистор - тип NPN, използвах 2SC975
• Piezo Speaker Element (ограбен от микровълнова печка или шумна електронна играчка)
• 1 x AA батерия
• AA държач за батерия
• Превключвател за включване/изключване (използвах SPST моментен превключвател от електронния маховик)
• Скрап парчета електрически проводник
• Парче скрап дърво, пластмаса или друг непроводим материал, който да се използва като субстрат за изграждане на веригата

Инструменти, които използвах:

• Поялник "молив"
• Припой с колона с малък диаметър за електрически цели
• Пистолет за горещо лепило с подходящи лепилни пръчки
• Резачки за тел
• Машини за сваляне на тел
• Отвертка (за разрушаване на електронната маховица)

Докато тази верига е изградена около тръба SMB-20, която е в състояние да открива бета частици и гама лъчи, тя може лесно да се адаптира за използване на различни тръби. Просто проверете конкретния диапазон на работно напрежение и други спецификации на вашата конкретна тръба и коригирайте съответно стойностите на компонентите. По -големите тръби са по -чувствителни от по -малките, просто защото са по -големи цели, за да ударят частиците.

Гайгеровите тръби изискват високо напрежение, за да работят, затова използваме DC усилващата верига от електронна мухобойка, за да повишим 1,5 волта от батерията до около 600 волта (първоначално мухобойката изтичаше 3 волта, извеждайки около 1200 волта за забиване на мухи. Пуснете го на по -високо напрежение и ще имате тазер). SMB-20 обича да се задвижва при 400V, затова използваме ценерови диоди, за да регулираме напрежението до тази стойност. Използвам тринадесет 33V зенера, но други комбинации биха работили също толкова добре, като 4 х 100V зенери, стига общата стойност на цените да е равна на целевото напрежение, в този случай 400.

Резисторите се използват за ограничаване на тока до тръбата. SMB-20 харесва аноден (положителна страна) резистор от около 5M ома, така че използвам пет 1M ома резистора. Може да се използва всяка комбинация от резистори, стига стойностите им да достигнат до около 5M ома.

Елементът на пиезо високоговорителя и транзисторът съставляват детекторната част на веригата. Елементът на високоговорителя Piezo излъчва щракащи шумове, а дългите проводници върху него ви позволяват да го държите по -близо до ухото си. Имах късмет да ги спася от неща като микровълнови печки, будилници и други неща, които издават досадни звукови сигнали. Този, който намерих, има хубав пластмасов корпус около него, който помага за усилване на звука, идващ от него.

Транзисторът увеличава обема на кликванията. Можете да изградите веригата без транзистор, но щракванията, които веригата генерира, няма да бъдат толкова силни (имам предвид едва чуваеми). Използвах 2SC975 транзистор (тип NPN), но много други транзистори вероятно ще работят. 2SC975 беше буквално само първият транзистор, който извадих от купчината си спасени компоненти.

В следващата стъпка ще направим разрушаване на електрическия маховик. Не се притеснявайте, лесно е.

Стъпка 3: Демонтирайте мухобойката

Електронните мухобойки може да се различават леко по конструкция, но тъй като ние сме само след електрониката вътре, просто я разкъсайте и издърпайте червата хаха. Swatter на снимките по -горе всъщност е малко по -различен от този, който вградих в брояча, тъй като изглежда, че производителят е променил дизайна им.

Започнете, като премахнете всички видими винтове или други крепежни елементи, които го държат заедно, като внимавате за стикери или неща като капака на батерията, които могат да скрият допълнителни крепежни елементи. Ако вещта все още не се отваря, може да отнеме известно любопитство с отвертка по шевовете в пластмасовото тяло на оръжието.

След като го отворите, ще трябва да използвате резачки за тел, за да отрежете проводниците в мрежестата мрежа на fly zapper. Два черни проводника (понякога други цветове) произхождат от едно и също място на дъската, като всеки води към една от външните решетки. Това са отрицателните или "заземени" проводници за изхода за високо напрежение. Тъй като тези проводници идват от едно и също място на печатната платка и ние се нуждаем само от един, продължете и отрежете един от платката, като оставите скрап тел настрана за по -късна употреба.

Трябва да има един червен проводник, водещ към вътрешната мрежа, и това е положителният изход за високо напрежение.

Другите проводници, идващи от платката, отиват към кутията на батерията, а тази с пружината на края е отрицателната връзка. Доста просто.

Ако разглобите главата на стружката, може би, за да отделите компонентите за рециклиране, внимавайте за възможни остри ръбове на металната мрежа.

Стъпка 4: Конструирайте веригата и я използвайте

След като разполагате с компонентите си, ще трябва да ги запоите заедно, за да образувате веригата, показана на диаграмата. Залепих всичко горещо към парче прозрачна пластмаса, което бях сложил наоколо. Това прави здрава и надеждна верига, а също така изглежда доста добре. Има малък шанс да си дадете малко удар от докосване на части от тази верига, докато тя е под напрежение, като например връзката на пиезо високоговорителя, но можете просто да покриете връзките с горещо лепило, ако има проблем.

След като най -накрая имах всички компоненти, необходими за изграждането на веригата, я съборих следобед. В зависимост от това какви стойности на компонентите имате, може да използвате по -малко компоненти от мен. Можете също така да използвате по -малка тръба на Гайгер и да направите брояча много компактен. Гайгер брояч, някой?

Сега може би се чудите, за какво ми трябва брояч на Гайгер, ако нямам нищо радиоактивно, за да го насоча? Броячът ще щраква на всеки няколко секунди само от фоновото излъчване, което е съставено от космически лъчи и подобни. Но има няколко източника на радиация, които можете да намерите, за да използвате брояча си:

Америций от детектори за дим

Америций е изкуствен (не срещащ се в природата) елемент и се използва в йонизационни детектори за дим. Тези детектори за дим са много често срещани и вероятно имате няколко в дома си. Всъщност е много лесно да се каже дали го правите, защото всички те имат думите съдържащи радиоактивно вещество Am 241, формовано в пластмасата. Америцийът, под формата на америциев диоксид, е поставен върху малък метален бутон вътре, монтиран в малък корпус, известен като йонизационна камера. Америцийът обикновено се покрива с тънък слой злато или друг устойчив на корозия метал. Можете да отворите детектора за дим и да извадите малкото копче - обикновено не е много трудно.

Защо радиация в детектор за дим?

Вътре в йонизационната камера на детектора има две метални плочи, разположени една срещу друга. Към един от тях е прикрепен америциевият бутон, който излъчва постоянен поток от алфа частици, които пресичат малка въздушна междина и след това се абсорбират от другата плоча. Въздухът между двете плочи става йонизиран и следователно е малко проводим. Това позволява да преминава малък ток между плочите и този ток може да бъде засечен от веригата на детектора за дим. Когато частиците дим навлизат в камерата, те абсорбират алфа частиците и прекъсват веригата, задействайки алармата.

Да, но опасно ли е?

Излъчваната радиация е сравнително доброкачествена, но за да бъде безопасна, препоръчвам следното:

• Дръжте бутона на америция на безопасно място, далеч от деца, за предпочитане в някакъв защитен от деца контейнер
• Никога не докосвайте лицето на бутона, върху който е поставен америций. Ако случайно докоснете лицето на бутона, измийте ръцете си

Ураново стъкло

Уранът е използван под формата на оксид като добавка към стъклото. Най-типичният цвят на урановото стъкло е болезнено бледо жълтеникаво-зелен, който през 20-те години на миналия век доведе до прозвището „вазелиново стъкло“(въз основа на възприеманата прилика с външния вид на вазелин, както е формулиран и продаван на пазара по това време). Ще го видите с етикет „вазелиново стъкло“на бълха пазари и антикварни магазини и обикновено можете да го поискате с това име. Количеството уран в стъклото варира от нивата на следи до около 2% тегловни, въпреки че някои парчета от 20-ти век са направени с до 25% уран! Повечето ураново стъкло е само много слабо радиоактивно и не мисля, че е опасно да се борави с него.

Можете да потвърдите съдържанието на уран в стъклото с черна светлина (ултравиолетова светлина), тъй като цялото ураново стъкло флуоресцира ярко зелено, независимо от цвета, който стъклото се появява при нормална светлина (което може да варира значително). Колкото по -ярко парче свети под ултравиолетова светлина, толкова повече уран съдържа. Докато парчета ураново стъкло светят под ултравиолетова светлина, те също така отделят собствена светлина при всеки източник на светлина, който съдържа ултравиолетово лъчение (като слънчева светлина). Високо енергийните ултравиолетови дължини на вълната на светлината удрят урановите атоми, изтласквайки техните електрони на по -високо енергийно ниво. Когато урановите атоми се върнат към нормалното си енергийно ниво, те излъчват светлина във видимия спектър.

Защо уран?

Откриването и изолирането на радий в уранова руда (pitchblende) от Мария Кюри предизвика развитието на добива на уран за извличане на радий, който беше използван за производство на светещи в тъмни бои часовници и самолетни циферблати. Това остави огромно количество уран като отпадъчен продукт, тъй като са необходими три тона уран, за да се извлече един грам радий.

Ториеви къмпинг фенерски мантии

Торият се използва в къмпинг фенер мантии, под формата на ториев диоксид. При нагряване за първи път полиестерната част на мантията изгаря, докато ториев диоксид (заедно с други съставки) запазва формата на мантията, но се превръща в нещо като керамика, която свети при нагряване. Торият вече не се използва за това приложение, преустановен от повечето компании в средата на 90-те години и е заменен от други елементи, които не са радиоактивни. Торият е използван, защото прави мантии, които светят много ярко, и тази яркост не съвпада напълно с по-новите, нерадиоактивни мантии. Как да разберете дали мантията, която имате, е наистина радиоактивна? Тук се появява броячът на Гайгер. Мантиите, на които съм попадал, подлудяват брояча на Гайгер, много повече от копчетата от ураново стъкло или америций. Не е толкова, че торият е по -радиоактивен от уран или америций, но има много повече радиоактивен материал в мантията на фенера, отколкото в тези други източници. Ето защо е наистина странно да се срещне толкова много радиация в потребителски продукт. Същите предпазни мерки, които се прилагат за америциевите бутони, важат и за мантиите на фенера.

Благодаря, че прочетохте всички! Ако ви харесва тази инструкция, участвам я в конкурса „изграждане на инструмент“и наистина ще оценя гласа ви! Също така бих искал да чуя от вас, ако имате коментари или въпроси (или дори съвети/предложения/конструктивна критика), така че не се страхувайте да оставите тези по -долу.

Специални благодарности на моя приятел Лука Родригес, че направи красивата електрическа схема за тази инструкция.