Működő Geiger számláló W/ minimális alkatrészekkel: 4 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Tudomásom szerint itt van a legegyszerűbben működő Geiger -számláló, amelyet felépíthet. Ez egy orosz gyártmányú SMB-20 Geiger csövet használ, amelyet egy nagyfeszültségű fokozó áramkör hajt meg, amelyet egy elektronikus légycsapótól raboltak ki. Érzékeli a béta -részecskéket és a gamma -sugarakat, kattanást bocsát ki minden észlelt radioaktív részecske vagy gamma -sugárzás esetén. Amint a fenti videóban látható, néhány másodpercenként kattan a háttérsugárzástól, de valóban életre kel, amikor a sugárforrásokat, például uránüveget, tóriumlámpás köpenyeket vagy füstérzékelőkből készült amerika gombokat közel hozzák. Ezt a számlálót azért hoztam létre, hogy segítsen azonosítani az elemgyűjteményem kitöltéséhez szükséges radioaktív elemeket, és remekül működik! Ennek a számlálónak az egyetlen valódi hátránya, hogy nem túl hangos, és nem számítja ki és nem jeleníti meg az észlelt sugárzás mennyiségét percenként. Ez azt jelenti, hogy nem kap tényleges adatpontokat, csak egy általános elképzelést a radioaktivitásról a hallott kattintások száma alapján.

Bár a neten különféle Geiger számláló készletek állnak rendelkezésre, a megfelelő alkatrészek birtokában a semmiből készítheti el sajátját. Lássunk neki!

1. lépés: Geiger számlálók és sugárzás: hogyan működik minden

A Geiger számláló (vagy Geiger-Müller számláló) egy olyan sugárérzékelő, amelyet Hans Geiger és Walther Müller fejlesztettek ki 1928-ban. Manapság szinte mindenki ismeri azokat a kattogó hangokat, amelyeket akkor ad ki, amikor valamit észlel, gyakran a „hangnak” sugárzás. A készülék szíve a Geiger-Müller cső, egy fém vagy üveg henger, amely inert gázokkal van töltve, alacsony nyomás alatt. A cső belsejében két elektróda található, amelyek közül az egyiket nagyfeszültségű (általában 400-600 volt) feszültség alatt tartják, míg a másikat az elektromos testhez csatlakoztatják. Ha a cső nyugalmi állapotban van, nincs áram, amely képes megugrani a cső belsejében lévő két elektróda közötti rést, és így nem folyik áram. Amikor azonban egy radioaktív részecske belép a csőbe, mint például a béta részecske, a részecske ionizálja a gázt a csőben, vezetőképessé téve azt, és lehetővé téve az áram rövid ideig tartó ugrását az elektródák között. Ez a rövid áramlás kiváltja az áramkör érzékelő részét, amely hallható kattanást ad ki. Több kattintás több sugárzást jelent. Sok Geiger -számláló képes arra is, hogy számolja a kattintások számát és számolja a percenkénti számokat, vagy CPM -et, és megjelenítse a tárcsán vagy a kijelzőn.

Nézzük másként a Geiger számláló működését. A Geiger számláló működésének legfontosabb elve a Geiger cső, és az, hogyan állít fel nagyfeszültséget egy elektródán. Ez a nagyfeszültség olyan, mint egy meredek hegyi lejtő, amelyet mély hó borít, és mindössze egy apró kis sugárzási energiára van szükség (hasonlóan a lejtőn lemenő síelőhöz) a lavina elindításához. Az ezt követő lavina sokkal több energiát hordoz magában, mint maga a részecske, annyi energiát, hogy a Geiger számláló áramkör többi része észlelhesse.

Mivel valószínűleg sok idő telt el azóta, hogy sokan ültünk egy osztályteremben és tanultunk a sugárzásról, itt egy gyors frissítés.

Anyag és az atom szerkezete

Minden anyag apró részecskékből áll, amelyeket atomoknak neveznek. Maguk az atomok még kisebb részecskékből állnak, nevezetesen protonokból, neutronokból és elektronokból. A protonok és a neutronok az atom közepén halmozódnak össze - ezt a részt magnak nevezik. Elektronok keringenek a mag körül.

A protonok pozitív töltésű részecskék, az elektronok negatív töltésűek, a neutronok pedig nem töltenek, ezért semlegesek, innen a nevük. Semleges állapotban minden atom egyenlő számú protont és elektronot tartalmaz. Mivel a protonok és elektronok egyenlő, de ellentétes töltéseket hordoznak, ez semleges nettó töltést eredményez az atomnak. Ha azonban az atomban lévő protonok és elektronok száma nem egyenlő, az atom töltött részecskévé válik, amelyet ionnak neveznek. A Geiger számlálók képesek kimutatni az ionizáló sugárzást, egy olyan sugárzási formát, amely képes semleges atomokat ionokká alakítani. Az ionizáló sugárzás három különböző fajtája az alfa-, a béta- és a gamma -sugárzás.

Alfa részecskék

Az alfa részecske két neutronból és két egymással összekapcsolt protonból áll, és egyenértékű a hélium atommagjával. A részecske akkor keletkezik, amikor egyszerűen letörik az atommagról és repülni kezd. Mivel nincs negatív töltésű elektronja a két proton pozitív töltésének megszüntetésére, az alfa -részecske pozitív töltésű részecske, amelyet ionnak neveznek. Az alfa -részecskék az ionizáló sugárzás egyik formája, mivel képesek elektronokat ellopni a környezetükből, és ezzel az atomokat, amelyekből lopnak, maguk ionokká alakítják át. Nagy dózisokban ez sejtkárosodást okozhat. A radioaktív bomlás által generált alfa -részecskék lassan mozognak, viszonylag nagy méretűek, és töltésük miatt nem tudnak könnyen átjutni más dolgokon. A részecske végül felvesz néhány elektronot a környezetből, és ezáltal törvényes héliumatommá válik. Így termelődik a Föld szinte teljes héliuma.

Béta részecskék

A béta részecske vagy elektron, vagy pozitron. A pozitron olyan, mint az elektron, de pozitív töltést hordoz. A béta-mínusz részecskék (elektronok) akkor keletkeznek, amikor egy neutron protonná bomlik, és a béta-plusz részecskék (pozitronok), amikor egy proton neutronba bomlik.

Gamma sugarak

A gamma -sugarak nagy energiájú fotonok. A gamma -sugarak az elektromágneses spektrumban helyezkednek el, túl a látható fényen és az ultraibolya sugárzáson. Nagy áthatolóerővel rendelkeznek, és ionizáló képességük abból adódik, hogy le tudják ütni az elektronokat az atomról.

Az SMB-20 cső, amelyet ehhez a konstrukcióhoz fogunk használni, egy általános orosz gyártmányú cső. Vékony fémhéjjal rendelkezik, amely negatív elektródaként működik, míg a cső közepén hosszirányban futó fémhuzal szolgál pozitív elektródaként. Annak érdekében, hogy a cső radioaktív részecskéket vagy gamma -sugárzást észlelhessen, ennek a részecskének vagy sugárnak először át kell hatolnia a cső vékony fémhéján. Az alfa -részecskék általában nem képesek erre, mivel általában a cső falai állítják meg őket. Más Geiger -csövek, amelyek ezeket a részecskéket érzékelik, gyakran rendelkeznek egy speciális ablakkal, az úgynevezett alfa -ablakkal, amely lehetővé teszi, hogy ezek a részecskék bejussanak a csőbe. Az ablak általában nagyon vékony csillámrétegből készül, és a Geiger -csőnek nagyon közel kell lennie az alfa -forráshoz, hogy felvegye a részecskéket, mielőtt a környező levegő elnyeli őket. * Sóhaj* Szóval ennyi elég a sugárzásról, kezdjük el építeni ezt a dolgot.

2. lépés: Gyűjtse össze eszközeit és anyagait

Szükséges kellékek:

• SMB-20 Geiger Tube (körülbelül 20 USD áron kapható az eBay-en)
• Nagyfeszültségű egyenáramú áramkör, olcsó elektronikus légycsapótól kirabolva. Ezt a konkrét modellt használtam:
• Zener diódák, amelyek összértéke körülbelül 400 V (négy 100 V -os ideális lenne)
• Ellenállások, amelyek összértéke 5 Megohm (én öt 1 Megohm -ot használtam)
• Tranzisztor - NPN típus, 2SC975 -öt használtam
• Piezo hangszóróelem (mikrohullámú sütőből vagy zajos elektronikus játékból rabolták ki)
• 1 x AA elem
• AA elemtartó
• Be/ki kapcsoló (az SPST pillanatkapcsolóját használtam az elektronikus légycsapóból)
• Törölje le az elektromos vezeték darabjait
• Fahulladék, műanyag vagy más nem vezető anyagdarab, amelyet szubsztrátként lehet használni az áramkör felépítéséhez

Eszközök, amelyeket használtam:

• "Ceruza" forrasztópáka
• Kis átmérőjű gyantamagos forrasztó elektromos használatra
• Forró ragasztópisztoly megfelelő ragasztópálcákkal
• Drótvágók
• Huzalhúzók
• Csavarhúzó (az elektronikus légycsap lebontásához)

Bár ez az áramkör egy SMB-20 cső köré épül, amely képes érzékelni a béta részecskéket és a gamma-sugarakat, könnyen adaptálható különféle csövek használatához. Csak ellenőrizze a cső adott üzemi feszültségtartományát és egyéb specifikációit, és ennek megfelelően állítsa be az alkatrészek értékeit. A nagyobb csövek érzékenyebbek, mint a kisebbek, egyszerűen azért, mert nagyobb célpontok a részecskék számára.

A Geiger csövek működéséhez nagy feszültségre van szükség, ezért egy elektronikus léptető DC egyenáramú áramkörét használjuk, hogy az akkumulátorról származó 1,5 voltot körülbelül 600 voltra emeljük (eredetileg a légycsapó 3 voltról lemerült, körülbelül 1200 voltot) legyek lecsapására. Futtassa nagyobb feszültségen, és lesz egy taser). Az SMB-20 szereti, ha 400 V-on hajtják, ezért zener diódákat használunk arra, hogy a feszültséget erre az értékre szabályozzuk. Tizenhárom 33 V -os zenert használok, de más kombinációk is ugyanúgy működnének, mint például a 4 x 100 V -os zenerek, amennyiben a zenerek értékeinek összege megegyezik a célfeszültséggel, jelen esetben 400 -al.

Az ellenállásokat a cső áramának korlátozására használják. Az SMB-20 szereti az anód (pozitív oldal) ellenállást, körülbelül 5M ohm, ezért öt 1M ohmos ellenállást használok. Az ellenállások bármilyen kombinációja használható, amennyiben értékeik körülbelül 5 M ohmot tesznek ki.

A Piezo hangszóróelem és a tranzisztor az áramkör érzékelő részét képezi. A Piezo hangszóró elem kattogó hangokat bocsát ki, és a rajta lévő hosszú vezetékek lehetővé teszik, hogy közelebb tartsa a füléhez. Volt szerencsém megmenteni őket olyan dolgoktól, mint a mikrohullámok, ébresztőórák és egyéb dolgok, amelyek bosszantó hangjelzést adnak. Az általam talált szép műanyag ház körül van, amely segít felerősíteni a belőle származó hangot.

A tranzisztor növeli a kattintások hangerejét. Az áramkört tranzisztor nélkül is felépítheti, de az áramkör által generált kattintások nem lesznek olyan hangosak (ez alatt alig hallható). 2SC975 tranzisztorokat használtam (NPN típus), de sok más tranzisztor valószínűleg működik. A 2SC975 szó szerint csak az első tranzisztor volt, amit kihúztam a megmentett alkatrészekből.

A következő lépésben lebontjuk az elektromos légycsapot. Ne aggódj, könnyű.

3. lépés: Szerelje szét a légycsapót

Az elektronikus légycsapók felépítésében kissé eltérhetnek, de mivel csak a belső elektronika után járunk, csak tépjük szét, és húzzuk ki a beleket lol. A fenti képeken látható swatter valójában kissé eltér attól, amit a pultba építettem, mivel úgy tűnik, hogy a gyártó megváltoztatta a kialakítást.

Kezdje azzal, hogy eltávolítja a látható csavarokat vagy más rögzítőelemeket, amelyek összetartják, és figyeljen a matricákra vagy olyan dolgokra, mint az elemfedél, amelyek elrejthetik a további rögzítőelemeket. Ha a dolog még mindig nem nyílik ki, lehet, hogy némi kíváncsiság szükséges csavarhúzóval a varrók műanyag házában.

Miután kinyitotta, drótvágókkal kell levágnia a vezetékeket a légycsapó hálórácsán. Két fekete vezeték (néha más színű) ugyanabból a helyről származik a táblán, mindegyik a külső rácsok egyikéhez vezet. Ezek a nagyfeszültségű kimenet negatív vagy "földelt" vezetékei. Mivel ezek a vezetékek ugyanonnan származnak az áramköri lapról, és csak egyre van szükségünk, menjen előre, és vágja le az egyiket az áramkörön, és tegye félre a huzalhulladékot későbbi használatra.

Egy piros vezetéknek kell vezetnie a belső rácshoz, és ez a pozitív nagyfeszültségű kimenet.

Az áramköri lapról érkező többi vezeték az akkumulátortartóba megy, és a végén a rugó a negatív csatlakozó. Elég egyszerű.

Ha szétszereli az ütőfejet, esetleg az alkatrészek újrafelhasználás céljából történő szétválasztása érdekében, ügyeljen a fémháló esetleges éles széleire.

4. lépés: Az áramkör felépítése és használata

Miután megvannak az alkatrészek, össze kell forrasztani őket, hogy kialakítsák az ábrán látható áramkört. Mindent felragasztottam egy átlátszó műanyagra, amit lefektettem. Ez szilárd és megbízható áramkört eredményez, és nagyon jól is néz ki. Kicsi az esélye annak, hogy az áramkör egyes részeinek megérintése közben feszültséget okozhat, például a piezo hangszóró csatlakozásakor, de ha gond van, csak lefedheti a csatlakozókat forró ragasztóval.

Miután végre megvettem az összes komponenst, amire szükségem volt az áramkör felépítéséhez, egy délután összedobtam. Attól függően, hogy az összetevők milyen értékei vannak, a végén kevesebb összetevőt használhat, mint én. Használhat egy kisebb Geiger csövet is, és a pultot nagyon tömörítheti. Geiger számláló karóra, valaki?

Most azon tűnődhet, vajon mire van szükségem egy Geiger -számlálóhoz, ha nincs semmi radioaktív, amire rámutathatnék? A számláló néhány másodpercenként kattan, csak a háttérsugárzástól, amely kozmikus sugarakból áll. Van azonban néhány sugárforrás a számláló használatához:

Americium füstérzékelőkből

Az Americium mesterséges (nem természetes) elem, és ionizációs típusú füstérzékelőkben használják. Ezek a füstérzékelők nagyon gyakoriak, és valószínűleg van néhány otthonában. Valójában meglehetősen könnyű megmondani, ha igen, mert mindegyiken az szerepel, hogy a műanyagba öntött Am 241 radioaktív anyagot tartalmaz. Az americiumot amerikium -dioxid formájában egy kis fémgombra borítják, amely egy kis szekrénybe van szerelve, amelyet ionizációs kamrának neveznek. Az americiumot általában vékony arany vagy más korrózióálló fémréteg borítja. Kinyithatja a füstérzékelőt, és előveheti a kis gombot - általában nem túl nehéz.

Miért sugárzás a füstérzékelőben?

Az érzékelő ionizációs kamrájában két fémlemez ül egymással szemben. Az egyikhez az americium gomb kapcsolódik, amely állandó alfa -részecskéket bocsát ki, amelyek átlépnek egy kis légrést, majd elnyelik a másik lemez. A két lemez közötti levegő ionizálódik, ezért kissé vezetőképes. Ez lehetővé teszi, hogy kis áram folyjon a lemezek között, és ezt az áramot a füstérzékelő áramköre érzékelheti. Amikor a füstrészecskék belépnek a kamrába, elnyelik az alfa -részecskéket, és megszakítják az áramkört, és riasztást váltanak ki.

Igen, de veszélyes?

A sugárzás viszonylag jóindulatú, de a biztonság kedvéért az alábbiakat javaslom:

• Az americium gombot tartsa biztonságos helyen, gyermekektől távol, lehetőleg valamilyen gyermekbiztos tartályban
• Soha ne érintse meg annak a gombnak az előlapját, amelyre az americium van bevonva. Ha véletlenül megérinti a gomb arcát, mosson kezet

Urán üveg

Uránt használtak oxid formájában, üveg adalékanyagaként. Az uránüveg legjellemzőbb színe a betegesen halványsárgás-zöld, ami az 1920-as években a „vazelinüveg” becenevet eredményezte (a vazelin megjelenésének vélt hasonlósága alapján, amely akkoriban megfogalmazott és kereskedelmi forgalomban volt). A bolhapiacokon és az antikváriumokban „vazelinpohárként” fogják látni, és általában ezen a néven kérheti. Az üvegben lévő urán mennyisége nyomokban és körülbelül 2 tömeg% között változik, bár néhány 20. századi darabot akár 25% uránnal is készítettek! A legtöbb uránüveg csak nagyon kis mértékben radioaktív, és szerintem egyáltalán nem veszélyes a kezelése.

Az üveg urántartalmát fekete lámpával (ultraibolya fénnyel) is megerősítheti, mivel minden uránüveg élénkzölden fluoreszkál, függetlenül attól, hogy milyen színű az üveg normál fényben (ami nagymértékben változhat). Minél világosabban világít egy darab ultraibolya fényben, annál több uránt tartalmaz. Miközben az uránüvegdarabok ultraibolya fényben világítanak, saját fényt bocsátanak ki minden olyan fényforrás alatt, amely ultraibolya fényt tartalmaz (mint például a napfény). A fény nagy energiájú ultraibolya hullámhosszai megütik az urán atomokat, és magasabb energiára taszítják elektronjaikat. Amikor az uránatomok visszatérnek normális energiaszintjükre, fényt bocsátanak ki a látható spektrumban.

Miért az urán?

Marie Curie felfedezte és elkülönítette a rádiumot az uránércben (pitchblende), ami az uránbányászat fejlesztését indította el a rádium kinyerésére, amelyet sötétben világító festékek készítésére használtak az óra és a repülőgépek számlapjaihoz. Ily módon óriási mennyiségű urán maradt hulladékként, mivel egy gramm rádium kivonásához három tonna urán szükséges.

Tórium kemping lámpás palástja

A tóriumot kemping lámpásköpenyekben használják, tórium -dioxid formájában. Első melegítéskor a köpeny poliészter része elég, míg a tórium -dioxid (a többi összetevővel együtt) megtartja a köpeny alakját, de egyfajta kerámiává válik, amely hevítéskor izzik. A tóriumot már nem használják ehhez az alkalmazáshoz, a legtöbb vállalat megszüntette a 90-es évek közepén, és más, nem radioaktív elemekkel helyettesítették. A tóriumot azért használták, mert nagyon fényesen ragyogó köpenyeket készít, és ezt a fényerőt nem teljesen illik az újabb, nem radioaktív köpenyekhez. Honnan tudod, hogy a köpenyed valóban radioaktív -e? Itt jön be a Geiger számláló. A köpenyek, amelyekkel találkoztam, megőrjítik a Geiger pultot, sokkal inkább, mint az uránüveg vagy az americium gombok. A tórium nem annyira radioaktív, mint az urán vagy az americium, de sokkal több radioaktív anyag van a lámpásköpenyben, mint más forrásokban. Éppen ezért igazán furcsa ennyi sugárzással találkozni egy fogyasztási cikkben. Ugyanezek a biztonsági óvintézkedések, amelyek az americium gombokra vonatkoznak, a lámpás köpenyekre is vonatkoznak.

Köszönjük, hogy elolvasta, mindenkinek! Ha tetszik ez az oktatható, akkor részt veszek az "Eszköz építése" versenyben, és nagyon megköszönném a szavazatát! Szeretném hallani Öntől, ha észrevételei vagy kérdései vannak (vagy akár tippjei/javaslatai/építő kritikája), ezért ne féljen az alábbiakat hagyni.

Külön köszönet Lucca Rodriguez barátomnak, hogy elkészítette ennek a gyönyörű kapcsolási rajzát.