Kazalo:
- 1. korak: Geigerjevi števci in sevanje: kako vse deluje
- Korak: Zberite orodja in materiale
- 3. korak: Razstavite muharja
- 4. korak: Zgradite vezje in ga uporabite
Video: Delovni Geigerjev števec W/ minimalni deli: 4 koraki (s slikami)
2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02
Po mojem mnenju je najpreprosteje delujoč Geigerjev števec, ki ga lahko zgradite. Ta uporablja rusko izdelano Geigerjevo cev SMB-20, ki jo poganja visokonapetostno povečevalno vezje, oropano iz elektronskega muholovca. Zazna beta delce in gama žarke ter odda klik za vsak radioaktivni delček ali gama žarek, ki ga zazna. Kot lahko vidite v zgornjem videoposnetku, klikne vsakih nekaj sekund zaradi sevanja v ozadju, vendar resnično oživi, ko se približajo viri sevanja, kot so uranovo steklo, plašči iz luči iz torija ali gumbi iz americija iz detektorjev dima. Ta števec sem zgradil, da mi pomaga prepoznati radioaktivne elemente, ki jih potrebujem za izpolnitev zbirke elementov, in odlično deluje! Edina resna pomanjkljivost tega števca je, da ni zelo glasen in ne izračuna in ne prikaže količine sevanja, ki ga zazna, v štetjih na minuto. To pomeni, da ne dobite nobenih dejanskih podatkovnih točk, le splošno predstavo o radioaktivnosti, ki temelji na količini klikov, ki jih slišite.
Čeprav so na spletu na voljo različni kompleti števcev Geiger, jih lahko sestavite sami iz nič, če imate prave komponente. Začnimo!
1. korak: Geigerjevi števci in sevanje: kako vse deluje
Geigerjev števec (ali Geiger-Müllerjev števec) je detektor sevanja, ki sta ga razvila Hans Geiger in Walther Müller leta 1928. Danes skoraj vsi poznajo klikajoče zvoke, ki jih odda, ko nekaj zazna, kar pogosto velja za "zvok" sevanje. Srce naprave je cev Geiger-Müller, kovinski ali stekleni valj, napolnjen z inertnimi plini, ki se zadržujejo pod nizkim tlakom. V notranjosti cevi sta dve elektrodi, od katerih je ena pritrjena na visokonapetostni potencial (običajno 400-600 voltov), druga pa je priključena na električno ozemljitev. Ko je cev v stanju mirovanja, noben tok ne more preskočiti vrzeli med dvema elektrodama znotraj cevi, zato tok ne teče. Ko pa radioaktivni delci vstopijo v cev, kot je delček beta, delci ionizirajo plin v cevi, zaradi česar je prevoden in omogoča, da tok za kratek trenutek skoči med elektrode. Ta kratek tok toka sproži detektorski del vezja, ki odda zvočni "klik". Več klikov pomeni več sevanja. Številni Geigerjevi števci imajo tudi možnost šteti število klikov in izračunati število na minuto ali CPM ter ga prikazati na številčnici ali zaslonu za odčitavanje.
Poglejmo delovanje Geigerjevega števca drugače. Ključni princip delovanja Geigerjevega števca je Geigerjeva cev in način, kako na eno elektrodo nastavi visoko napetost. Ta visoka napetost je kot strmo gorsko pobočje, prekrito z globokim snegom, in vse, kar potrebuje, je majhen del energije sevanja (podobno kot smučar, ki se spušča po klancu navzdol), da sproži plaz. Sledeči plaz nosi s seboj veliko več energije kot sam delček, dovolj energije, da jo zazna preostali del Geigerjevega števca.
Ker je verjetno minilo že kar nekaj časa, odkar smo mnogi sedeli v učilnici in se učili o sevanju, je tu hitra osvežitev.
Snov in struktura atoma
Vsa snov je sestavljena iz drobnih delcev, imenovanih atomi. Atomi so sestavljeni iz še manjših delcev, in sicer protonov, nevtronov in elektronov. Protoni in nevtroni so združeni v središču atoma - ta del se imenuje jedro. Elektroni krožijo okoli jedra.
Protoni so pozitivno nabiti delci, elektroni so negativno nabiti, nevtroni pa ne nosijo naboja in so zato nevtralni, od tod tudi njihovo ime. V nevtralnem stanju vsak atom vsebuje enako število protonov in elektronov. Ker imajo protoni in elektroni enake, a nasprotne naboje, to daje atomu nevtralen neto naboj. Ko pa število protonov in elektronov v atomu ni enako, postane atom nabit delček, imenovan ion. Geigerjevi števci lahko zaznajo ionizirajoče sevanje, obliko sevanja, ki lahko pretvori nevtralne atome v ione. Tri različne vrste ionizirajočega sevanja so alfa delci, beta delci in gama žarki.
Alfa delci
Delček alfa je sestavljen iz dveh nevtronov in dveh protonov, povezanih skupaj, in je enakovreden jedru atoma helija. Delci nastanejo, ko se preprosto odcepijo od atomskega jedra in odletijo. Ker nima negativno nabitih elektronov, ki bi izničili pozitiven naboj dveh protonov, je delček alfa pozitivno nabit delček, imenovan ion. Alfa delci so oblika ionizirajočega sevanja, ker imajo možnost, da iz svoje okolice ukradejo elektrone in pri tem sami pretvorijo atome, ki jih kradejo, v ione. V velikih odmerkih lahko to povzroči celično poškodbo. Alfa delci, ki nastanejo pri radioaktivnem razpadu, se počasi premikajo, sorazmerno velike velikosti in zaradi naboja ne morejo zlahka prehajati skozi druge stvari. Delci sčasoma poberejo nekaj elektronov iz okolja in s tem postanejo zakonit atom helija. Tako nastane skoraj ves zemeljski helij.
Delci beta
Delci beta so bodisi elektron bodisi pozitron. Pozitron je kot elektron, vendar nosi pozitiven naboj. Beta-minus delci (elektroni) se oddajajo, ko nevtron razpade na proton, delci Beta-plus (pozitroni) pa, ko proton razpade na nevtron.
Gama žarki
Gama žarki so fotoni z visoko energijo. Gama žarki se nahajajo v elektromagnetnem spektru, zunaj vidne svetlobe in ultravijoličnega sevanja. Imajo visoko prodorno moč, njihova sposobnost ionizacije pa izhaja iz dejstva, da lahko odbijejo elektrone z atoma.
Cev SMB-20, ki jo bomo uporabljali za to gradnjo, je običajna cev ruske proizvodnje. Ima tanko kovinsko kožo, ki deluje kot negativna elektroda, medtem ko kovinska žica, ki poteka vzdolž središča cevi, služi kot pozitivna elektroda. Da bi cev zaznala radioaktivne delce ali gama žarke, mora ta delček ali žarek najprej prodreti skozi tanko kovinsko kožo cevi. Alfa delci tega na splošno ne zmorejo, saj jih običajno ustavijo stene cevi. Druge Geigerjeve cevi, ki so namenjene zaznavanju teh delcev, imajo pogosto posebno okno, imenovano okno Alpha, ki tem delcem omogoča vstop v cev. Okno je običajno narejeno iz zelo tanke plasti sljude, Geigerjeva cev pa mora biti zelo blizu vira Alpha, da lahko pobere delce, preden jih absorbira okoliški zrak. * Vzdihni* Torej dovolj o sevanju, pojdimo k izgradnji te stvari.
Korak: Zberite orodja in materiale
Potrebne zaloge:
- Geigerjeva cev SMB-20 (na eBayu je na voljo za približno 20 USD)
- Visokonapetostno DC step-up vezje, oropano iz poceni elektronskega muholovca. To je poseben model, ki sem ga uporabil:
- Zener diode s skupno vrednostjo okoli 400 V (idealne bi bile štiri 100 V)
- Upori s skupno vrednostjo 5 megamov (uporabil sem pet 1 megohm)
- Tranzistor - tip NPN, uporabil sem 2SC975
- Element zvočnika Piezo (oropan iz mikrovalovne pečice ali hrupne elektronske igrače)
- 1 x AA baterija
- Držalo za baterije AA
- Stikalo za vklop/izklop (uporabil sem kratko stikalo SPST iz elektronskega muharja)
- Odrežite kose električne žice
- Kos odpadnega lesa, plastike ali drugega neprevodnega materiala za uporabo kot podlago za gradnjo vezja
Orodja, ki sem jih uporabil:
- Spajkalnik "svinčnik"
- Spajkalna jedra majhnega premera za električne namene
- Pištola za vroče lepilo z ustreznimi lepilnimi palicami
- Rezalniki žice
- Odstranjevalci žice
- Izvijač (za rušenje elektronske muharice)
Čeprav je to vezje zgrajeno okoli cevi SMB-20, ki lahko zazna beta delce in gama žarke, ga je mogoče enostavno prilagoditi za uporabo različnih cevi. Preverite določeno območje delovne napetosti in druge specifikacije vaše posebne cevi ter ustrezno prilagodite vrednosti komponent. Večje cevi so občutljivejše od manjših, preprosto zato, ker so večje tarče, na katere lahko delci zadenejo.
Geigerjeve cevi za delovanje potrebujejo visoke napetosti, zato uporabljamo DC-stopnjevalno vezje elektronskega muharja za povečanje 1,5 voltov iz akumulatorja do približno 600 voltov (prvotno je muhar odtekel 3 volte, kar je povzročilo približno 1200 voltov) za pobiranje muh. Zaženite ga na višjih napetostih in imeli boste taser). SMB-20 se rad poganja pri 400V, zato z zener diodami uravnavamo napetost do te vrednosti. Uporabljam trinajst 33V zenerjev, vendar bi druge kombinacije delovale prav tako, na primer 4 x 100V zenere, dokler je skupna vrednost zenerov enaka ciljni napetosti, v tem primeru 400.
Upori se uporabljajo za omejevanje toka v cevi. SMB-20 ima rad anodni (pozitivni strani) upor približno 5M ohma, zato uporabljam pet uporov 1M ohm. Uporabite lahko katero koli kombinacijo uporov, če njihove vrednosti segajo do približno 5M ohmov.
Element zvočnika Piezo in tranzistor sestavljata detektorski del vezja. Element zvočnika Piezo oddaja klike, dolge žice na njem pa vam omogočajo, da ga držite bližje ušesu. Imel sem srečo, da sem jih rešil iz stvari, kot so mikrovalovne pečice, budilke in druge stvari, ki povzročajo nadležne piske. Ta, ki sem ga našel, ima lepo plastično ohišje okoli sebe, ki pomaga ojačati zvok, ki prihaja iz njega.
Tranzistor poveča količino klikov. Vezje lahko sestavite brez tranzistorja, vendar kliki, ki jih ustvari vezje, ne bodo tako glasni (s tem mislim komaj slišno). Uporabil sem tranzistor 2SC975 (tip NPN), vendar bi verjetno delovali številni drugi tranzistorji. 2SC975 je bil dobesedno le prvi tranzistor, ki sem ga izvlekel iz kupa rešenih komponent.
V naslednjem koraku bomo rušili električno muharico. Ne skrbite, enostavno je.
3. korak: Razstavite muharja
Elektronski muholovci se lahko nekoliko razlikujejo po konstrukciji, a ker v notranjosti iščemo le elektroniko, jo samo raztrgajte in potegnite drobovino lol. Swatter na zgornjih slikah je pravzaprav nekoliko drugačen od tistega, ki sem ga vgradil v pult, saj se zdi, da je proizvajalec spremenil njihovo zasnovo.
Začnite tako, da odstranite vse vidne vijake ali druge pritrdilne elemente, ki jih držijo skupaj, pri tem pazite na nalepke ali stvari, kot je pokrov baterije, ki bi lahko prikril dodatne pritrdilne elemente. Če se stvar še vedno ne odpre, bo morda trajalo nekaj lupljenja z izvijačem vzdolž šivov v plastičnem ohišju vabilca.
Ko ga odprete, boste morali z rezalniki za žice odrezati žice na mrežici mrežice muhe. Dve črni žici (včasih druge barve) izhajata z istega mesta na plošči, vsaka vodi do ene od zunanjih mrež. To so negativne ali "ozemljitvene" žice za visokonapetostni izhod. Ker te žice prihajajo z istega mesta na tiskanem vezju in potrebujemo le eno, pojdite naprej in odrežite eno na vezju, pri čemer odložite žico za kasnejšo uporabo.
Do notranje mreže mora voditi ena rdeča žica, to pa je pozitivni visokonapetostni izhod.
Druge žice, ki prihajajo iz vezja, gredo v škatlo za baterije, tista z vzmetjo na koncu pa je negativna povezava. Precej preprosto.
Če razstavite glavo motorja, morda za ločitev sestavnih delov za recikliranje, bodite pozorni na morebitne ostre robove na kovinski mreži.
4. korak: Zgradite vezje in ga uporabite
Ko sestavite komponente, jih boste morali spajati skupaj, da tvorijo vezje, prikazano na diagramu. Vse sem vroče zlepil na kos prozorne plastike, ki sem jo imel naokoli. Zaradi tega je trdno in zanesljivo vezje, prav tako pa izgleda precej dobro. Obstaja majhna možnost, da bi se med dotikom delov tega vezja, ko je ta pod napetostjo, dotaknili, kot je povezava na piezo zvočniku, vendar lahko povezave le pokrijete z vročim lepilom, če pride do težave.
Ko sem končno dobil vse potrebne komponente za izdelavo vezja, sem ga popoldne sestavil skupaj. Odvisno od vrednosti komponent, ki jih imate, bi lahko na koncu uporabili manj komponent kot jaz. Uporabite lahko tudi manjšo Geigerjevo cev in števec naredite zelo kompakten. Geigerjeva ročna ura, kdo?
Zdaj se morda sprašujete, za kaj potrebujem Geigerjev števec, če nimam nič radioaktivnega, na kar bi ga lahko usmeril? Števec bo vsakih nekaj sekund kliknil samo zaradi sevanja ozadja, ki je sestavljeno iz kozmičnih žarkov in podobnega. Vendar pa obstaja nekaj virov sevanja, na katerih lahko uporabite svoj števec:
Americij iz detektorjev dima
Americij je element, ki ga je ustvaril človek (ni naravno prisoten) in se uporablja v ionizacijskih detektorjih dima. Ti detektorji dima so zelo pogosti in verjetno jih imate nekaj doma. Pravzaprav je zelo enostavno ugotoviti, ali to počnete, ker imajo vse besede, ki vsebujejo radioaktivno snov Am 241, oblikovano v plastiko. Americij v obliki americij dioksida je nanesen na majhen kovinski gumb v notranjosti, nameščen v majhnem ohišju, znanem kot ionizacijska komora. Americij je običajno prekrit s tanko plastjo zlata ali druge korozijsko odporne kovine. Odprete lahko detektor dima in vzamete mali gumb - ponavadi ni zelo težko.
Zakaj sevanje v detektorju dima?
Znotraj ionizacijske komore detektorja sta dve kovinski plošči, ki sta postavljeni nasproti drug drugemu. Enemu od njih je pritrjen gumb americij, ki oddaja stalen tok delcev alfa, ki prečkajo majhno zračno režo in jih nato absorbira druga plošča. Zrak med obema ploščama postane ioniziran in je zato nekoliko prevoden. To omogoča, da med ploščami teče majhen tok, ki ga lahko zaznamo po vezju detektorja dima. Ko delci dima vstopijo v komoro, absorbirajo delce alfa in prekinejo vezje ter sprožijo alarm.
Ja, ampak ali je nevarno?
Oddano sevanje je relativno benigno, vendar zaradi varnosti priporočam naslednje:
- Gumb americium hranite na varnem mestu stran od otrok, po možnosti v kakšni otroški posodi
- Nikoli se ne dotikajte površine gumba, na katerega je prevlečen americij. Če se slučajno dotaknete obraza gumba, si umijte roke
Uranovo steklo
Uran je bil v oksidni obliki uporabljen kot dodatek steklu. Najbolj značilna barva uranovega stekla je boleče bledo rumenkasto-zelena, kar je v dvajsetih letih prejšnjega stoletja povzročilo vzdevek "vazelinsko steklo" (na podlagi zaznane podobnosti z videzom vazelina, kot je bil takrat oblikovan in komercialno prodan). Na bolšjih tržnicah in v trgovinah s starinami ga boste videli označenega kot "vazelinsko steklo", običajno pa ga lahko zahtevate s tem imenom. Količina urana v steklu se giblje od ravni sledi do približno 2 mas.%, Čeprav so bili nekateri kosi 20. stoletja narejeni z do 25% urana! Večina uranovega stekla je le zelo rahlo radioaktivno in mislim, da z njim sploh ni nevarno ravnati.
Vsebnost urana v steklu lahko potrdite s črno svetlobo (ultravijolično svetlobo), saj vse uranovo steklo fluorescira svetlo zeleno, ne glede na barvo, ki se pojavi pri normalni svetlobi (ki se lahko zelo razlikuje). Čim svetlejši kos sveti pod ultravijolično svetlobo, več urana vsebuje. Medtem ko kosi uranovega stekla svetijo pod ultravijolično svetlobo, oddajajo tudi lastno svetlobo pod katerim koli svetlobnim virom, ki vsebuje ultravijolično (kot je sončna svetloba). Visokoenergetska ultravijolična valovna dolžina svetlobe udari atome urana in potisne njihove elektrone na višjo raven energije. Ko se atomi urana vrnejo na normalno raven energije, oddajajo svetlobo v vidnem spektru.
Zakaj uran?
Odkritje in izolacija radija v uranovi rudi (pitchblende) Marie Curie je spodbudilo razvoj pridobivanja urana za pridobivanje radija, ki je bil uporabljen za izdelavo sijočih temnih barv za ure in letalske številčnice. To je pustilo ogromno količino urana kot odpadnega produkta, saj so potrebne tri tone urana za ekstrakcijo enega grama radija.
Thorium plašči za luči za kampiranje
Torij se uporablja v plaščih za kampiranje v obliki torij dioksida. Pri prvem segrevanju poliestrski del plašča izgori, medtem ko torij dioksid (skupaj z drugimi sestavinami) ohrani obliko plašča, vendar postane nekakšna keramika, ki sveti pri segrevanju. Torij se za to aplikacijo ne uporablja več, večina podjetij ga je sredi devetdesetih let ukinila, nadomestili pa so ga drugi elementi, ki niso radioaktivni. Torij je bil uporabljen, ker naredi plašče, ki svetijo zelo močno, in tem svetlostim se ne ujemajo novejši, neradioaktivni plašči. Kako veste, ali je plašč res radioaktiven? Tam pride Geigerjev števec. Plašči, na katere sem naletel, zmešajo Geigerjev števec, veliko bolj kot gumbi iz uranovega stekla ali americija. Ne gre toliko za to, da je torij bolj radioaktiven kot uran ali americij, ampak je v plašču luči veliko več radioaktivnega materiala kot v teh drugih virih. Zato je res čudno naleteti na toliko sevanja v potrošniškem izdelku. Enaki varnostni ukrepi, ki veljajo za gumbe iz americija, veljajo tudi za plašče luči.
Hvala, ker ste prebrali! Če vam je ta pouk všeč, se ga prijavljam v natečaj "Build a tool" in bi bil zelo hvaležen za vaš glas! Prav tako bi vas rad slišal, če imate pripombe ali vprašanja (ali celo nasvete/predloge/konstruktivno kritiko), zato se ne bojte pustiti teh spodaj.
Posebna zahvala moji prijateljici Lucci Rodriguez za izdelavo čudovitega vezja za to navodilo.
Priporočena:
Naredi sam Geigerjev števec z ESP8266 in zaslonom na dotik: 4 koraki (s slikami)
DIY Geigerjev števec z ESP8266 in zaslonom na dotik: UPDATE: NOVA IN IZBOLJŠENA RAZLIČICA Z WIFI -jem IN DRUGIMI DODATNIMI LASTNOSTI TUKAJ sem zasnoval in izdelal Geigerjev števec - napravo, ki lahko zazna ionizirajoče sevanje in opozori svojega uporabnika na nevarne ravni sevanja v okolju z vsemi preveč znan klik ne
Nov in izboljšan Geigerjev števec - zdaj z WiFi!: 4 koraki (s slikami)
Nov in izboljšan Geigerjev števec - Zdaj z WiFi !: To je posodobljena različica mojega Geigerjevega števca iz tega Instructable. Bil je precej priljubljen in prejel sem veliko povratnih informacij od ljudi, ki jih zanima gradnja, zato je tukaj nadaljevanje: GC-20. Geigerjev števec, dozimeter in sevanje m
PKE Meter Geigerjev števec: 7 korakov (s slikami)
PKE Meter Geigerjev števec: Že dolgo sem hotel zgraditi Geigerjev števec, ki bi dopolnil mojo oblačno komoro s Peltierjevim hlajenjem. (Upam, da lastništvo Geigerjevega števca ni res zelo koristno, vendar imam rad stare ruske cevi in mislil sem, da bo
Delovni hitrostni merilnik hitrosti avtomobila: 4 koraki (s slikami)
Delovni RC avtomobilski merilnik hitrosti: To je kratek projekt, ki sem ga ustvaril kot del večje konstrukcije RC lahkega Land Roverja. Odločil sem se, da mi je všeč, da imam na armaturni plošči delujoč merilnik hitrosti, vendar sem vedel, da ga servo ne bo prerezal. Obstajala je le ena razumna možnost: d
Arduino DIIG Geigerjev števec: 12 korakov (s slikami)
Arduino DIY Geigerjev števec: Naročili ste torej Geigerjev števec DIY in ga želite povezati s svojim Arduinom. Pojdite na splet in poskušajte podvojiti, kako so drugi povezali svoj Geigerjev števec z Arduinom, da bi ugotovili, da je kaj narobe. Čeprav se zdi, da je vaš Geigerjev števec