Darbinis „Geiger“skaitiklis su minimaliomis dalimis: 4 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Mano žiniomis, čia yra paprasčiausias veikiantis „Geiger“skaitiklis. Tam naudojamas rusiškas SMB-20 „Geiger“vamzdis, varomas aukštos įtampos padidinimo grandinės, apiplėštos iš elektroninio skraidyklės. Jis aptinka beta daleles ir gama spindulius, skleidžia spragtelėjimą už kiekvieną aptiktą radioaktyviąją dalelę ar gama spindulį. Kaip matote aukščiau esančiame vaizdo įraše, jis spustelėja kas kelias sekundes nuo foninės spinduliuotės, tačiau tikrai atgyja, kai artėja spinduliuotės šaltiniai, tokie kaip urano stiklas, torio žibinto mantijos ar dūmų detektorių amerikietiški mygtukai. Sukūriau šį skaitiklį, kad padėtų man atpažinti radioaktyvius elementus, kurių man reikia norint užpildyti elementų kolekciją, ir jis puikiai veikia! Vienintelis tikrasis šio skaitiklio trūkumas yra tas, kad jis nėra labai garsus, neskaičiuoja ir nerodo aptikto spinduliavimo kiekio per minutę. Tai reiškia, kad negaunate jokių faktinių duomenų taškų, o tik bendrą radioaktyvumo idėją, pagrįstą girdimais paspaudimais.

Nors tinkle galima rasti įvairių „Geiger“skaitiklių rinkinių, jei turite tinkamus komponentus, galite sukurti savo nuo nulio. Pradėkime!

1 žingsnis: „Geiger“skaitikliai ir radiacija: kaip visa tai veikia

„Geiger“skaitiklis (arba „Geiger-Müller“skaitiklis) yra radiacijos detektorius, kurį 1928 m. Sukūrė Hansas Geigeris ir Waltheris Mülleris. Šiandien beveik visi yra susipažinę su spragtelėjimo garsais, kuriuos jis sukelia aptikus kažką, dažnai laikomo „garsu“. radiacija. Prietaiso širdis yra „Geiger-Müller“vamzdis, metalinis arba stiklo cilindras, pripildytas inertinių dujų, laikomas žemame slėgyje. Vamzdžio viduje yra du elektrodai, iš kurių vienas yra aukštos įtampos (paprastai 400–600 voltų), o kitas prijungtas prie elektros įžeminimo. Kai vamzdis yra ramybės būsenoje, jokia srovė negali peršokti tarpo tarp dviejų vamzdžio viduje esančių elektrodų, todėl srovė neteka. Tačiau kai į mėgintuvėlį patenka radioaktyviosios dalelės, pavyzdžiui, beta dalelė, dalelė jonizuoja vamzdžio viduje esančias dujas, todėl jos yra laidžios ir leidžia srovei trumpam šokinėti tarp elektrodų. Šis trumpas srovės srautas sukelia grandinės detektoriaus dalį, kuri skleidžia garsinį spragtelėjimą. Daugiau paspaudimų reiškia daugiau spinduliuotės. Daugelis „Geiger“skaitiklių taip pat turi galimybę suskaičiuoti paspaudimų skaičių ir apskaičiuoti skaičių per minutę arba MUT ir parodyti jį ratuku arba rodmenų ekrane.

Pažvelkime į Geigerio skaitiklio veikimą kitu būdu. Pagrindinis „Geiger“skaitiklio veikimo principas yra „Geiger“vamzdis ir tai, kaip jis sukuria aukštą įtampą viename elektrode. Ši aukšta įtampa yra tarsi stačias kalno šlaitas, padengtas giliu sniegu, ir viskas, ko reikia, yra mažytė spinduliuotės energija (panaši į slidininką, besileidžiantį šlaitu), kad nusileistų lavina. Vėlesnė lavina neša daug daugiau energijos nei pati dalelė, tiek energijos, kad ją galėtų aptikti likusi Geigerio skaitiklio grandinė.

Kadangi tikriausiai praėjo nemažai laiko, kai daugelis iš mūsų sėdėjo klasėje ir mokėsi apie radiaciją, čia yra greitas atnaujinimas.

Dalykas ir atomo struktūra

Visa medžiaga susideda iš mažų dalelių, vadinamų atomais. Pačius atomus sudaro dar mažesnės dalelės, būtent protonai, neutronai ir elektronai. Protonai ir neutronai yra sujungti į atomo centrą - ši dalis vadinama branduoliu. Elektronai skrieja aplink branduolį.

Protonai yra teigiamai įkrautos dalelės, elektronai yra neigiamai įkrauti, o neutronai neturi krūvio, todėl yra neutralūs, taigi ir jų pavadinimas. Neutralioje būsenoje kiekviename atome yra vienodas protonų ir elektronų skaičius. Kadangi protonai ir elektronai turi vienodus, bet priešingus krūvius, tai atomui suteikia neutralų grynąjį krūvį. Tačiau kai atomų protonų ir elektronų skaičius nėra lygus, atomas tampa įkrauta dalele, vadinama jonu. Geigerio skaitikliai gali aptikti jonizuojančiąją spinduliuotę - tokią spinduliuotės formą, kuri gali neutralius atomus paversti jonais. Trys skirtingos jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys yra alfa dalelės, beta dalelės ir gama spinduliai.

Alfa dalelės

Alfa dalelė susideda iš dviejų neutronų ir dviejų protonų, sujungtų tarpusavyje, ir yra helio atomo branduolio atitikmuo. Dalelė susidaro, kai ji tiesiog atsiskiria nuo atominio branduolio ir skrenda. Kadangi jame nėra neigiamai įkrautų elektronų, kurie panaikintų teigiamą dviejų protonų krūvį, alfa dalelė yra teigiamai įkrauta dalelė, vadinama jonu. Alfa dalelės yra jonizuojančiosios spinduliuotės forma, nes jos turi galimybę pavogti elektronus iš savo aplinkos ir tuo pačiu paversdami atomus, iš kurių jie pavogė, į jonus. Didelėmis dozėmis tai gali pažeisti ląsteles. Radioaktyvaus skilimo metu susidarančios alfa dalelės lėtai juda, yra gana didelės apimties ir dėl savo krūvio negali lengvai praeiti pro kitus dalykus. Dalelė ilgainiui iš aplinkos paima keletą elektronų ir tai daro teisėtu helio atomu. Taip gaminamas beveik visas žemės helis.

Beta dalelės

Beta dalelė yra elektronas arba pozitronas. Pozitronas yra kaip elektronas, tačiau jis turi teigiamą krūvį. Beta minus dalelės (elektronai) išsiskiria, kai neutronas suyra į protoną, o beta plius dalelės (pozitronai)-kai protonas suyra į neutroną.

Gama spinduliai

Gama spinduliai yra didelės energijos fotonai. Gama spinduliai yra elektromagnetiniame spektre, virš matomos šviesos ir ultravioletinių spindulių. Jie turi didelę prasiskverbimo galią, o jų gebėjimas jonizuoti atsiranda dėl to, kad jie gali atmušti elektronus nuo atomo.

SMB-20 vamzdis, kurį naudosime šiai konstrukcijai, yra įprastas Rusijoje pagamintas vamzdis. Jis turi ploną metalinę apvalkalą, kuri veikia kaip neigiamas elektrodas, o metalinė viela, einanti išilgai vamzdžio centro, tarnauja kaip teigiamas elektrodas. Kad mėgintuvėlis galėtų aptikti radioaktyviąsias daleles ar gama spindulius, ta dalelė ar spindulys pirmiausia turi prasiskverbti pro ploną metalinę vamzdžio odą. Paprastai alfa dalelės to padaryti negali, nes dažniausiai jas stabdo vamzdžio sienelės. Kiti „Geiger“mėgintuvėliai, skirti šioms dalelėms aptikti, dažnai turi specialų langą, vadinamą alfa langu, kuris leidžia šioms dalelėms patekti į vamzdelį. Langas paprastai yra pagamintas iš labai plono žėručio sluoksnio, o „Geiger“vamzdelis turi būti labai arti „Alfa“šaltinio, kad galėtų surinkti daleles prieš jas sugeriant aplinkiniam orui. * Atsidusimas* Taigi užteks apie radiaciją, pradėkime kurti šį dalyką.

2 žingsnis: surinkite įrankius ir medžiagas

Reikalingos medžiagos:

• „SMB-20 Geiger Tube“(„eBay“galima įsigyti už maždaug 20 USD)
• Aukštos įtampos nuolatinės srovės grandinė, apvogta iš pigaus elektroninio skraidyklės. Tai yra konkretus modelis, kurį naudojau:
• „Zener“diodai, kurių bendra vertė yra apie 400 V (idealiai tinka keturi 100 V diodai)
• Rezistoriai, kurių bendra vertė yra 5 Megohm (aš naudoju penkis 1 Megohm)
• Tranzistorius - NPN tipo, naudojau 2SC975
• Pjezo garsiakalbio elementas (apiplėštas iš mikrobangų krosnelės ar triukšmingo elektroninio žaislo)
• 1 x AA baterija
• AA baterijos laikiklis
• Įjungimo/išjungimo jungiklis (naudojau momentinį SPST jungiklį iš elektroninio skraidyklės)
• Atiduokite elektros laido gabalus
• Medžio laužo, plastiko ar kitos nelaidžios medžiagos gabalas, naudojamas kaip pagrindas grandinei statyti

Naudojami įrankiai:

• "Pieštuko" lituoklis
• Mažo skersmens kanifolijos šerdis, skirta elektros reikmėms
• Karšto klijų pistoletas su atitinkamomis klijų lazdelėmis
• Vielos pjaustytuvai
• Vielos nuėmikliai
• Atsuktuvas (skirtas elektroniniam skraidikliui nugriauti)

Nors ši grandinė pastatyta aplink SMB-20 vamzdelį, galintį aptikti beta daleles ir gama spindulius, jį galima lengvai pritaikyti naudoti įvairius vamzdelius. Tiesiog patikrinkite konkretų darbinio įtampos diapazoną ir kitas konkretaus vamzdžio specifikacijas ir atitinkamai sureguliuokite komponentų vertes. Didesni vamzdeliai yra jautresni už mažesnius vien todėl, kad jie yra didesni dalelių pataikymo tikslai.

„Geiger“vamzdžių veikimui reikalinga aukšta įtampa, todėl mes naudojame nuolatinę nuolatinės srovės grandinę iš elektroninio skraidyklės, kad padidintume 1,5 volto akumuliatoriaus įtampą iki maždaug 600 voltų (iš pradžių skraidyklė išjungė 3 voltus ir išleido apie 1200 V. skraidyti muses. Paleiskite jį aukštesne įtampa ir turėsite degiklį). SMB-20 mėgsta važiuoti 400 V įtampa, todėl mes naudojame „Zener“diodus, kad sureguliuotume įtampą iki šios vertės. Aš naudoju trylika 33 V zenerių, tačiau kiti deriniai veiktų taip pat gerai, kaip 4 x 100 V zeneriai, jei bendra zenerių reikšmių vertė būtų lygi tikslinei įtampai, šiuo atveju 400.

Rezistoriai naudojami riboti srovę iki vamzdžio. SMB-20 mėgsta anodo (teigiamos pusės) rezistorių, kurio galia yra apie 5 M, todėl naudoju penkis 1M omų rezistorius. Bet koks rezistorių derinys gali būti naudojamas tol, kol jų vertės yra apie 5M omų.

„Pjezo“garsiakalbio elementas ir tranzistorius yra grandinės detektoriaus dalis. „Pjezo“garsiakalbio elementas skleidžia spragtelėjimo garsus, o ilgi laidai leidžia jį laikyti arčiau ausies. Man pasisekė išgelbėti juos nuo tokių dalykų kaip mikrobangų krosnelės, žadintuvai ir kiti dalykai, skleidžiantys erzinantį pyptelėjimą. Radau aplinkui gražų plastikinį korpusą, kuris padeda sustiprinti iš jo sklindantį garsą.

Tranzistorius padidina paspaudimų skaičių. Galite sukurti grandinę be tranzistoriaus, tačiau grandinės generuojami paspaudimai nebus tokie garsūs (turiu omenyje, kad vos girdimi). Aš naudojau 2SC975 tranzistorių (NPN tipo), bet tikriausiai veiktų daugelis kitų tranzistorių. 2SC975 tiesiog buvo pirmasis tranzistorius, kurį ištraukiau iš savo išgelbėtų komponentų krūvos.

Kitame žingsnyje mes išardysime elektrinį skraidyklę. Nesijaudink, tai lengva.

3 žingsnis: išardykite skraidyklę

Elektroninių museliuotojų konstrukcija gali šiek tiek skirtis, tačiau kadangi mes tik po elektronikos viduje, tiesiog suplėšykite ją ir ištraukite žarnas. Paveikslėlis aukščiau esančiose nuotraukose iš tikrųjų šiek tiek skiriasi nuo to, kurį įmontuoju į prekystalį, nes atrodo, kad gamintojas pakeitė jų dizainą.

Pradėkite nuimdami visus matomus varžtus ar kitas tvirtinimo detales, laikydami jas kartu, nesidairydami lipdukų ar kitų dalykų, pvz., Akumuliatoriaus dangtelio, kuris gali paslėpti papildomas tvirtinimo detales. Jei daiktas vis tiek neatsidaro, gali prireikti šiek tiek pasigriebti atsuktuvu išilgai plastikinio plaktuvo korpuso siūlių.

Atidarę jį, turėsite naudoti vielos pjaustytuvus, kad nukirptumėte laidus prie „fly zapper“tinklelio. Du juodi laidai (kartais ir kitos spalvos) yra kilę iš tos pačios lentos vietos, kurių kiekvienas veda į vieną iš išorinių tinklelių. Tai yra neigiami arba „įžeminti“laidai aukštos įtampos išėjimui. Kadangi šie laidai yra iš tos pačios plokštės vietos ir mums reikia tik vieno, eikite į priekį ir nukirpkite vieną prie plokštės, atidėdami metalo laužą vėlesniam naudojimui.

Turėtų būti viena raudona viela, vedanti į vidinį tinklelį, ir tai yra teigiamas aukštos įtampos išėjimas.

Kiti laidai, einantys iš plokštės, eina į akumuliatoriaus dėžę, o tas, kurio gale yra spyruoklė, yra neigiamas jungtis. Gana paprasta.

Jei išardysite peilio galvutę, galbūt norėdami atskirti komponentus perdirbimui, saugokitės galimų aštrių metalinio tinklo briaunų.

4 žingsnis: sukurkite grandinę ir naudokite ją

Kai turėsite komponentus, turėsite juos lituoti, kad sudarytumėte schemą, parodyta schemoje. Viską karštai priklijavau prie skaidraus plastiko gabalo, kurį turėjau kloti. Tai sukuria tvirtą ir patikimą grandinę, taip pat atrodo gana gerai. Yra nedidelė tikimybė, kad galite prisiliesti prie šios grandinės dalių, kai ji yra įjungta, pvz., Pjezo garsiakalbio jungtis, tačiau, jei kyla problema, galite tiesiog uždengti jungtis karštais klijais.

Kai pagaliau turėjau visus komponentus, kurių man reikėjo grandinei sukurti, po pietų ją išmečiau. Priklausomai nuo to, kokias komponentų vertes turite, galite naudoti mažiau komponentų nei aš. Taip pat galite naudoti mažesnį „Geiger“vamzdelį ir padaryti skaitiklį labai kompaktišką. Geigerio laikrodis, kas nors?

Dabar jums gali kilti klausimas, kam man reikalingas „Geiger“skaitiklis, jei neturiu nieko radioaktyvaus, į kurį galėčiau nukreipti? Skaitiklis spragtelės kas kelias sekundes tik nuo foninės spinduliuotės, kurią sudaro kosminiai spinduliai ir pan. Tačiau yra keletas radiacijos šaltinių, kuriuos galite rasti, kad galėtumėte naudoti savo skaitiklį:

Amerikietis iš dūmų detektorių

„Americium“yra žmogaus sukurtas (ne natūraliai atsirandantis) elementas ir naudojamas jonizacijos tipo dūmų detektoriuose. Šie dūmų detektoriai yra labai paplitę ir tikriausiai jų turite namuose. Tiesą sakant, tai gana lengva pasakyti, nes juose visuose žodžiuose yra radioaktyviosios medžiagos Am 241, suformuota į plastiką. Americiumas amerikio dioksido pavidalu yra padengtas ant mažos metalinės sagos, sumontuotos mažame gaubte, žinomame kaip jonizacijos kamera. Paprastai amerikiumas yra padengtas plonu aukso ar kito korozijai atsparaus metalo sluoksniu. Galite atidaryti dūmų detektorių ir išimti mažą mygtuką - paprastai tai nėra labai sunku.

Kodėl radiacija dūmų detektoriuje?

Detektoriaus jonizacijos kameros viduje yra dvi metalinės plokštės, sėdinčios viena priešais kitą. Prie vieno iš jų pritvirtintas mygtukas „americium“, kuris skleidžia nuolatinį alfa dalelių srautą, kertantį nedidelį oro tarpą, o po to absorbuojamas kitos plokštelės. Oras tarp dviejų plokščių tampa jonizuotas ir todėl yra šiek tiek laidus. Tai leidžia tarp plokščių tekėti nedidelę srovę, o šią srovę galima aptikti dūmų detektoriaus grandinėje. Kai dūmų dalelės patenka į kamerą, jos sugeria alfa daleles ir nutraukia grandinę, sukeldamos aliarmą.

Taip, bet ar tai pavojinga?

Skleidžiama spinduliuotė yra gana gerybinė, tačiau, kad būtų saugu, rekomenduoju:

• Laikykite „Americium“mygtuką saugioje vietoje, atokiau nuo vaikų, pageidautina tam tikrame vaikų neatidaromame inde
• Niekada nelieskite mygtuko, ant kurio uždėtas amerikiumas, veido. Jei netyčia paliečiate mygtuko veidą, nusiplaukite rankas

Urano stiklas

Uranas buvo naudojamas oksido pavidalu kaip stiklo priedas. Būdingiausia urano stiklo spalva yra blyškiai blyškiai gelsvai žalia, dėl kurios praėjusio amžiaus 2 dešimtmetyje atsirado slapyvardis „vazelino stiklas“(remiantis suvoktu panašumu į tuo metu suformuotą ir komerciškai parduodamą vazeliną). Blusų turguose ir antikvarinėse parduotuvėse pamatysite jį pažymėtą kaip „vazelino stiklas“, ir paprastai galite to paprašyti tokiu pavadinimu. Urano kiekis stiklinėje svyruoja nuo pėdsakų iki maždaug 2% masės, nors kai kurie XX a. Gabalai buvo pagaminti iki 25% urano! Dauguma urano stiklo yra tik labai silpnai radioaktyvūs, ir nemanau, kad su juo elgtis yra pavojinga.

Stiklo urano kiekį galite patvirtinti juodąja šviesa (ultravioletine šviesa), nes visas urano stiklas fluorescuoja ryškiai žaliai, neatsižvelgiant į stiklo spalvą esant įprastai šviesai (kuri gali labai skirtis). Kuo ryškesnis gabalas šviečia ultravioletinėje šviesoje, tuo daugiau jame yra urano. Nors urano stiklo gabalai švyti ultravioletinėje šviesoje, jie taip pat skleidžia savo šviesą esant bet kokiam šviesos šaltiniui, kuriame yra ultravioletinių spindulių (pvz., Saulės spindulių). Didelės energijos ultravioletiniai šviesos bangos ilgiai atsitrenkia į urano atomus, stumdami jų elektronus į aukštesnį energijos lygį. Kai urano atomai grįžta į normalų energijos lygį, jie skleidžia šviesą matomame spektre.

Kodėl uranas?

Radžio atradimas ir izoliavimas Marie Curie urano rūdoje (pitchblende) paskatino urano gavybą radžiui išgauti, kuris buvo naudojamas tamsoje švytintiems laikrodžių ir lėktuvų ciferblatų dažams gaminti. Dėl to liko didžiulis urano kiekis kaip atliekos, nes vienam gramui radžio išgauti reikia trijų tonų urano.

Torio kempingo žibintų mantijos

Toris naudojamas stovyklavimo žibintų mantijose, torio dioksido pavidalu. Pirmą kartą kaitinant, poliesterio skraistės dalis išdega, o torio dioksidas (kartu su kitais ingredientais) išlaiko mantijos formą, tačiau tampa savotiška keramika, kuri kaitina. Toris šiai programai nebenaudojamas, 90-ųjų viduryje dauguma įmonių jį nutraukė, o jį pakeitė kiti elementai, kurie nėra radioaktyvūs. Toris buvo naudojamas, nes dėl to mantijos švytės labai ryškiai, o šis ryškumas ne visai atitinka naujesnes, ne radioaktyviąsias mantijas. Kaip žinoti, ar jūsų turėta mantija tikrai yra radioaktyvi? Būtent čia ateina „Geiger“skaitiklis. Manevringos mantijos varo „Geiger“skaitiklį iš proto, daug labiau nei urano stiklas ar amerikietiški mygtukai. Toris yra ne toks radioaktyvus nei uranas ar amerikas, tačiau žibinto mantijoje yra daug daugiau radioaktyviųjų medžiagų nei tuose kituose šaltiniuose. Štai kodėl tikrai keista susidurti su tiek daug radiacijos vartojimo prekėje. Tos pačios saugos priemonės, taikomos americium sagoms, taikomos ir žibintų mantijoms.

Dėkojame visiems, kad skaitote! Jei jums patinka ši pamoka, aš dalyvauju konkurse „Sukurkite įrankį“ir būčiau labai dėkingas už jūsų balsą! Taip pat norėčiau išgirsti, jei turite komentarų ar klausimų (ar net patarimų/pasiūlymų/konstruktyvios kritikos), todėl nebijokite palikti žemiau pateiktų.

Ypatingas ačiū mano draugei Lucca Rodriguez už tai, kad sudarė gražią šios schemos schemą.