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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Ovo 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 zračenje koje otkrije. Kao što možete vidjeti u gornjem videu, klikće svakih nekoliko sekundi od pozadinskog zračenja, ali zaista oživljava kada se približe izvori zračenja, poput uranijumskog stakla, omotača od torijumovih fenjera ili dugmadi 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 detektuje u brojkama u minuti. To znači da ne dobivate nikakve stvarne podatke, već samo opću ideju o radioaktivnosti na osnovu količine klikova koje čujete.

Iako su na mreži dostupni različiti Geigerovi setovi brojila, možete ih sami izraditi od nule ako imate prave komponente. Hajde da počnemo!

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

Geiger-ov brojač (ili Geiger-Müller-ov brojač) je detektor zračenja koji su razvili Hans Geiger i Walther Müller 1928. Danas su gotovo svi upoznati sa zvukovima klika koji ispušta kada nešto otkrije, često smatrani "zvukom" zračenje. 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 provodljivom i dopuštajući struji da nakratko skoči između elektroda. Ovaj kratki tok 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 po minuti, odnosno CPM -a, i prikazivanja na ekranu za biranje broja ili očitavanja.

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 silazi niz padinu) da pokrene lavinu. Lavina koja slijedi nosi sa sobom mnogo više energije od same čestice, dovoljno energije da je detektira ostatak Gajgerovog 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 su zbijeni zajedno u centru atoma - ovaj dio se naziva 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 njihovo ime. 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. Geiger -ovi brojači mogu otkriti ionizirajuće zračenje, oblik zračenja koji ima sposobnost pretvaranja neutralnih atoma u ione. Tri različite vrste jonizirajućeg zračenja su alfa čestice, beta čestice i gama zraci.

Alfa čestice

Alfa čestica sastoji se od dva neutrona i dva protona povezana zajedno i ekvivalent je jezgri atoma helija. Čestica nastaje kada se jednostavno odvoji od atomskog jezgra i poleti. 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 da ukradu elektrone iz svoje okoline, te na taj način same pretvaraju atome iz iona 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 i na taj način postaje legitimni atom helija. Tako se proizvodi gotovo sav zemni 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) se emitiraju kada se proton raspadne u neutron.

Gamma Rays

Gama zraci su fotoni visoke energije. Gama zraci nalaze se u elektromagnetskom spektru, iznad vidljive svjetlosti i ultraljubičastog zračenja. Imaju veliku prodornu moć, a njihova sposobnost ionizacije dolazi od 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. Da bi cijev mogla otkriti radioaktivnu česticu ili gama zraku, ta čestica ili zraka prvo mora prodrijeti u tanku metalnu kožu cijevi. Alfa čestice to općenito ne mogu učiniti jer ih obično zaustavljaju zidovi cijevi. Druge Geigerove cijevi koje su dizajnirane za otkrivanje ovih čestica često imaju poseban prozor, nazvan Alfa prozor, koji omogućava tim česticama da uđu u cijev. Prozor je obično napravljen od vrlo tankog sloja liskuna, a Geigerova cijev mora biti vrlo blizu alfa izvora kako bi pokupila čestice prije nego ih apsorbira okolni zrak. * Uzdah* Dakle, dosta je o zračenju, prijeđimo na izgradnju ove stvari.

Korak 2: Prikupite svoje alate i materijale

Potrebne zalihe:

• SMG-20 Geiger cijev (dostupna za oko 20 USD na eBayu)
• Visokonaponski DC step-up krug, opljačkan iz jeftine elektroničke muholovke. Ovo je specifični model koji sam koristio:
• Zener diode ukupne ukupne vrijednosti 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 sa elektronskog 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 kolofona malih promjera za električne svrhe
• Pištolj za vruće ljepilo sa odgovarajućim štapićima za ljepilo
• Rezači žice
• Strojevi za skidanje žice
• Odvijač (za rušenje elektronskog zamašnjaka)

Iako je ovo kolo izgrađeno oko cijevi SMB-20, 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 određene cijevi i prema tome prilagodite vrijednosti komponenti. Veće cijevi su osjetljivije od manjih, jednostavno zato što su veće mete za udar čestica.

Gajgerove cijevi zahtijevaju visoke napone za rad, pa koristimo istosmjerno strujno kolo iz elektroničke muharice za povećanje 1,5 volti iz baterije do otprilike 600 volti (izvorno je muhač trošio 3 volta, gasivši oko 1200 volti za preskakanje muha. Pokrenite ga na višim naponima i imat ćete taser). SMB-20 voli raditi na 400V, pa koristimo zener diode za regulaciju napona na tu vrijednost. Koristim trinaest zenera od 33 V, ali i 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 kola. Element Piezo zvučnika emitira škljocanje, a dugačke žice na njemu omogućuju vam da ga držite bliže uhu. Imao sam sreću spasiti ih od stvari poput mikrovalnih pećnica, budilnika 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. Možete napraviti krug bez tranzistora, ali klikovi koje krug generira neće biti tako glasni (pri tome mislim na jedva čujne). Koristio sam 2SC975 tranzistor (tip NPN), ali bi mnogi drugi tranzistori vjerojatno radili. 2SC975 je doslovno bio samo prvi tranzistor koji sam izvukao iz gomile 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 se zapravo malo razlikuje od onog koji sam ugradio u pult, jer izgleda da je proizvođač promijenio njihov dizajn.

Počnite tako što ćete ukloniti sve vidljive vijke ili druge pričvršćivače koji ga drže zajedno, pripazite 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 vatre.

Nakon što ga otvorite, morat ćete rezati žice kako biste odrezali žice na mrežici mreže za zamku. 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 ploči, a nama je potrebna samo jedna, odvojite jednu od ploče, odložite žicu za otpad za kasniju upotrebu.

Trebala bi postojati jedna crvena žica koja vodi do unutarnje mreže, a ovo 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

Kad dobijete 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. Ovo čini čvrst i pouzdan krug, a također izgleda prilično dobro. Postoji mala šansa da se malo dirnete dodirivanjem 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 popodne. Ovisno o tome koje vrijednosti komponenti imate, mogli biste na kraju koristiti manje komponenti nego ja. Mogli biste koristiti i manju Geigerovu cijev i brojač učiniti vrlo kompaktnim. Geiger -ov ručni sat, neko?

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 kosmičkih 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 su vrlo česti i vjerojatno ih imate nekoliko u svom domu. Zapravo je prilično lako reći da li znate, jer sve 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 malo dugme - obično nije jako teško.

Zašto zračenje u detektoru dima?

Unutar ionizacijske komore detektora nalaze se dvije metalne ploče smještene jedna nasuprot drugoj. Na jedan od njih je pričvršćeno dugme americium, koje 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 provodljiv. To omogućuje protok male struje između ploča, a ta struja se 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?

Emisija zračenja je relativno benigna, ali radi sigurnosti preporučujem sljedeće:

• Držite dugme americium na sigurnom mjestu dalje od djece, po mogućnosti u nekoj vrsti spremnika za zaštitu od djece
• Nikada ne dodirujte lice dugmeta na koje je postavljen americij. Ako slučajno dodirnete lice dugmeta, operite ruke

Uranijumsko 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" (zasnovano na uočenoj sličnosti s izgledom vazelina kako je u to vrijeme formulirano i komercijalno prodano). Vidjet ćete da je na buvljacima i u antikvarijatima označena kao "vazelinsko staklo", a obično ga možete zatražiti pod tim imenom. Količina urana u staklu varira od nivoa u tragovima do oko 2% po težini, iako su neki komadi iz 20. stoljeća napravljeni sa do 25% urana! Većina uranijumskog stakla je vrlo blago radioaktivno i mislim da nije opasno za rukovanje.

Sadržaj urana u staklu možete potvrditi crnom svjetlošću (ultraljubičasto svjetlo), jer sve staklo uranijuma svijetli zeleno bez obzira na boju stakla koja se pojavljuje pri normalnom svjetlu (koje može varirati). Što svetliji komad svetli pod ultraljubičastim svetlom, to sadrži više uranijuma. Dok komadi uranijumskog stakla svijetle pod ultraljubičastim svjetlom, oni također emitiraju 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 viši energetski nivo. Kada se atomi urana vraćaju na normalnu razinu energije, emitiraju svjetlost u vidljivom spektru.

Zašto uranijum?

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

Plašt od torija za kampiranje

Torij se koristi u ogrtačima 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 aplikaciju, većina kompanija ga je ukinula sredinom devedesetih, 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 znate da li je plašt zaista radioaktivan? Tu dolazi Gajgerov brojač. Ogrtači na koje sam naišao izluđuju Geigerov brojač, mnogo više od dugmeta od uranijumskog stakla 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 se primjenjuju na americij tipke primjenjuju se i na omotače fenjera.

Hvala svima na čitanju! Ako vam se sviđa ovo uputstvo, prijavljujem se na natječaj "Build alat" i zaista bih cijenio vaš glas! Također bih volio čuti od vas ako imate komentare ili pitanja (ili čak savjete/prijedloge/konstruktivne kritike), stoga se ne bojte ostaviti ispod.

Posebno se zahvaljujem svojoj prijateljici Lucci Rodriguez što je izradila prekrasan dijagram za ovu instrukciju.