Werkende Geiger -toonbank met minimale onderdele: 4 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Hier is, na my wete, die eenvoudigste funksionerende Geiger -toonbank wat u kan bou. Hierdie een gebruik 'n Russies vervaardigde SMB-20 Geiger-buis, aangedryf deur 'n hoogspanningsstapkring wat beroof is van 'n elektroniese vlieër. Dit ontdek beta -deeltjies en gammastrale, en gee 'n klik vir elke radioaktiewe deeltjie of gammastraal wat dit opspoor. Soos u in die video hierbo kan sien, klik dit elke paar sekondes van agtergrondstraling, maar word werklik lewendig wanneer bestralingsbronne soos uraanglas, toriumlanternmantels of americium -knoppies van rookmelder naby kom. Ek het hierdie toonbank gebou om my te help om radioaktiewe elemente te identifiseer wat ek nodig het om my elementversameling in te vul, en dit werk uitstekend! Die enigste werklike nadele van hierdie toonbank is dat dit nie baie hard is nie, en dat dit nie die hoeveelheid straling wat dit waarneem in tellings per minuut bereken en vertoon nie. Dit beteken dat u geen werklike datapunte kry nie, net 'n algemene idee van radioaktiwiteit gebaseer op die hoeveelheid kliks wat u hoor.

Alhoewel daar verskillende Geiger -toonbankstelle op die internet beskikbaar is, kan u u eie van vooraf bou as u die regte komponente het. Laat ons begin!

Stap 1: Geiger -tellers en -straling: hoe dit alles werk

Die Geiger-toonbank (of Geiger-Müller-toonbank) is 'n stralingsdetektor wat ontwikkel is deur Hans Geiger en Walther Müller in 1928. Vandag is byna almal bekend met die klikgeluide wat dit maak wanneer dit iets opspoor, wat dikwels as die 'geluid' van bestraling. Die hart van die toestel is die Geiger-Müller-buis, 'n silinder van metaal of glas gevul met inerte gasse wat onder lae druk gehou word. Binne die buis is twee elektrodes, waarvan die een op 'n hoogspanningspotensiaal (gewoonlik 400-600 volt) gehou word, terwyl die ander met elektriese grond verbind is. As die buis in rustende toestand is, kan geen stroom die gaping tussen die twee elektrodes binne -in die buis spring nie, en daar vloei dus geen stroom nie. As 'n radioaktiewe deeltjie egter die buis binnedring, soos 'n beta -deeltjie, ioniseer die deeltjie die gas binne -in die buis, wat dit geleidend maak en die stroom vir 'n kort rukkie tussen die elektrodes laat spring. Hierdie kort stroomstroom veroorsaak die detektorgedeelte van die stroombaan, wat 'n hoorbare 'klik' uitstraal. Meer klik beteken meer straling. Baie Geiger -tellers het ook die vermoë om die aantal kliks te tel en tellings per minuut, of CPM, te bereken en op 'n draaiknop of uitleesweergawe te vertoon.

Kom ons kyk na die werking van die Geiger -toonbank op 'n ander manier. Die belangrikste beginsel van die Geiger -teenoperasie is die Geiger -buis en hoe dit 'n hoë spanning op een elektrode opstel. Hierdie hoogspanning is soos 'n steil berghelling bedek met diep sneeu, en al wat nodig is, is 'n klein bietjie stralingsenergie (soortgelyk aan 'n skiër wat teen die helling afloop) om 'n sneeustorting aan te gaan. Die daaropvolgende lawine dra veel meer energie saam as die deeltjie self, genoeg energie om deur die res van die Geiger -teenstroombaan opgespoor te word.

Aangesien baie van ons in 'n klaskamer gesit en geleer het oor bestraling, is hier 'n kort opknapping.

Materie en die struktuur van die atoom

Alle materie bestaan uit klein deeltjies wat atome genoem word. Atome self bestaan uit nog kleiner deeltjies, naamlik protone, neutrone en elektrone. Protone en neutrone word in die middel van die atoom saamgevoeg - hierdie deel word die kern genoem. Elektrone wentel om die kern.

Protone is positief gelaaide deeltjies, elektrone is negatief gelaai, en neutrone dra geen lading nie en is dus neutraal, vandaar hul naam. In 'n neutrale toestand bevat elke atoom 'n gelyke aantal protone en elektrone. Omdat protone en elektrone gelyke maar teenoorgestelde ladings dra, gee dit die atoom 'n neutrale nettolading. As die aantal protone en elektrone in 'n atoom egter nie gelyk is nie, word die atoom 'n gelaaide deeltjie wat 'n ioon genoem word. Geiger -tellers kan ioniserende straling opspoor, 'n vorm van straling wat die vermoë het om neutrale atome in ione te omskep. Die drie verskillende soorte ioniserende straling is alfa -deeltjies, beta -deeltjies en gammastralings.

Alfa deeltjies

'N Alfa -deeltjie bestaan uit twee neutrone en twee protone wat aan mekaar gebind is, en is die ekwivalent van die kern van 'n heliumatoom. Die deeltjie word gegenereer wanneer dit eenvoudig van 'n atoomkern afbreek en vlieg. Omdat dit geen negatief gelaaide elektrone het om die positiewe lading van die twee protone uit te skakel nie, is 'n alfa -deeltjie 'n positief gelaaide deeltjie, 'n ioon genoem. Alfa -deeltjies is 'n vorm van ioniserende straling, omdat hulle die vermoë het om elektrone uit hul omgewing te steel en sodoende die atome wat hulle steel, self te omskep in ione. In hoë dosisse kan dit sellulêre skade veroorsaak. Alfa -deeltjies wat deur radioaktiewe verval gegenereer word, beweeg stadig, relatief groot, en kan weens hul lading nie maklik deur ander dinge gaan nie. Die deeltjie neem uiteindelik 'n paar elektrone uit die omgewing op en word sodoende 'n wettige heliumatoom. Dit is hoe byna al die aarde se helium geproduseer word.

Beta deeltjies

'N Betadeeltjie is óf 'n elektron óf positron. 'N Positron is soos 'n elektron, maar dit dra 'n positiewe lading. Beta-minus deeltjies (elektrone) word uitgestraal wanneer 'n neutron in 'n proton verval, en Beta-plus deeltjies (positrone) word uitgestraal wanneer 'n proton in 'n neutron verval.

Gamma -strale

Gamma strale is hoë energie fotone. Gammastrale is geleë in die elektromagnetiese spektrum, bo sigbaar en ultraviolet. Hulle het 'n hoë deurdringende krag, en hul vermoë om te ioniseer, kom uit die feit dat hulle elektrone van 'n atoom kan afslaan.

Die SMB-20-buis, wat ons vir hierdie konstruksie gaan gebruik, is 'n algemene buis wat in Rusland vervaardig is. Dit het 'n dun metaalvel wat as die negatiewe elektrode dien, terwyl 'n metaaldraad wat in die lengte deur die middel van die buis loop, dien as die positiewe elektrode. Om die buis 'n radioaktiewe deeltjie of gammastraal op te spoor, moet die deeltjie of straal eers deur die dun metaalvel van die buis dring. Alfa -deeltjies kan dit gewoonlik nie doen nie, aangesien dit gewoonlik deur die wande van die buis gestuit word. Ander Geiger -buise wat ontwerp is om hierdie deeltjies op te spoor, het dikwels 'n spesiale venster, die Alpha -venster genoem, waarmee hierdie deeltjies die buis kan binnedring. Die venster is gewoonlik gemaak van 'n baie dun laag mika, en die Geiger -buis moet baie naby die Alpha -bron wees om die deeltjies op te neem voordat dit deur die omringende lug geabsorbeer word. * Sug* So dit is genoeg oor bestraling, laat ons hierdie ding bou.

Stap 2: Versamel u gereedskap en materiaal

Benodighede benodig:

• SMB-20 Geiger Tube (beskikbaar vir ongeveer $ 20 USD op eBay)
• High Voltage DC Step-up Circuit, beroof van 'n goedkoop elektroniese vlieër. Dit is die spesifieke model wat ek gebruik het:
• Zener -diodes met 'n gesamentlike totale waarde van ongeveer 400v (vier 100v eenhede sou ideaal wees)
• Weerstande met 'n gesamentlike totale waarde van 5 Megohm (ek het vyf 1 Megohm gebruik)
• Transistor - NPN -tipe, ek het 2SC975 gebruik
• Piezo -luidsprekerelement (beroof uit 'n mikrogolfoond of raserige elektroniese speelding)
• 1 x AA battery
• AA batteryhouer
• Aan/uit -skakelaar (ek het die SPST -tydskakelaar van die elektroniese vliegwaaier gebruik)
• Skroef stukke elektriese draad af
• Stuk hout, plastiek of ander nie-geleidende materiaal om as 'n substraat te gebruik om die stroombaan op te bou

Gereedskap wat ek gebruik het:

• 'Potlood' soldeerbout
• Hars soldeer met klein deursnee vir elektriese doeleindes
• Warmlijmpistool met gepaste gomstokkies
• Draadknipper
• Draadstroppers
• Skroewedraaier (vir die afbreek van die elektroniese vlieëwatter)

Alhoewel hierdie kring rondom 'n SMB-20-buis gebou is, wat beta-deeltjies en gammastrale kan opspoor, kan dit maklik aangepas word om 'n verskeidenheid buise te gebruik. Kyk net na die spesifieke spanningsbereik en ander spesifikasies van u buis en pas die waardes van die komponente dienooreenkomstig aan. Groter buise is meer sensitief as kleiner, bloot omdat dit groter teikens is vir die deeltjies om te tref.

Geiger-buise benodig hoë spannings om te werk, dus gebruik ons die DC-opstartkring van 'n elektroniese vlieëbak om die 1,5 volt uit die battery tot ongeveer 600 volt te versterk (oorspronklik het die vlieëpluim 3 volt geloop en ongeveer 1200 volt uitgeskakel) om vlieë te rits. Begin dit met 'n hoër spanning en u sal 'n taser hê). Die SMB-20 word graag op 400V aangedryf, dus gebruik ons zenerdiodes om die spanning na die waarde te reguleer. Ek gebruik dertien 33V -zeners, maar ander kombinasies werk net so goed, soos 4 x 100V -zeners, solank die totaal van die waardes van die zeners gelyk is aan die teikenspanning, in hierdie geval 400.

Die weerstande word gebruik om die stroom tot die buis te beperk. Die SMB-20 hou van 'n anode (positiewe sy) weerstand van ongeveer 5M ohm, so ek gebruik vyf 1M ohm weerstande. Enige kombinasie van weerstande kan gebruik word solank hul waardes tot ongeveer 5M ohm optel.

Die Piezo -luidsprekerelement en die transistor bestaan uit die detektorgedeelte van die stroombaan. Die Piezo -luidsprekerelement gee die klikgeluide uit, en met die lang drade daarop kan u dit nader aan u oor hou. Ek het geluk gehad om hulle te red van dinge soos mikrogolwe, wekkers en ander dinge wat irriterende piepgeluide maak. Die een wat ek gevind het, het 'n mooi plastiekbehuizing rondom wat help om die geluid wat daaruit kom, te versterk.

Die transistor verhoog die volume van die klik. U kan die stroombaan sonder 'n transistor bou, maar die klik wat die stroombaan genereer, is nie so hard nie (daarmee bedoel ek skaars hoorbaar). Ek het 'n 2SC975 -transistor (NPN -tipe) gebruik, maar baie ander transistors sal waarskynlik werk. Die 2SC975 was letterlik net die eerste transistor wat ek uit my stapel gebergde komponente gehaal het.

In die volgende stap sal ons die elektriese vlieënwerper afbreek. Moenie bekommerd wees nie, dit is maklik.

Stap 3: Demonteer die Fly Swatter

Elektroniese vlieënde swatters kan effens verskil in die konstruksie, maar aangesien ons net agter die elektronika is, skeur dit net uitmekaar en trek die ingewande uit, lol. Die stroper op die foto's hierbo is eintlik effens anders as die een wat ek in die toonbank ingebou het, aangesien dit lyk asof die vervaardiger hul ontwerp verander het.

Begin deur die sigbare skroewe of ander bevestigingsmiddels te verwyder, en hou u oog op plakkers of dinge soos die batteryklep wat ekstra hegstukke kan verberg. As die ding nog steeds nie oopgaan nie, kan dit 'n bietjie nuuskierig wees met 'n skroewedraaier langs die nate in die plastiekliggaam van die stroper.

Sodra u dit oopgemaak het, moet u 'n draadknip gebruik om die drade by die gaasraster se maasrooster af te sny. Twee swart drade (soms ander kleure) kom van dieselfde plek op die bord, wat elkeen na een van die buitenste roosters lei. Dit is die negatiewe of "grond" drade vir die hoogspanningsuitset. Aangesien hierdie drade van dieselfde plek op die printplaat kom, en ons net een nodig het, kan ons die een op die printplaat afsny en die skrootdraad opsy sit vir later gebruik.

Daar moet een rooi draad na die binneste rooster wees, en dit is die positiewe hoogspanningsuitset.

Die ander drade wat van die printplaat kom, gaan na die batterykas, en die een met die veer aan die einde is die negatiewe verbinding. Redelik eenvoudig.

As u die kop van die stroper uitmekaar haal, miskien om die komponente vir herwinning te skei, moet u let op moontlike skerp rande op die metaalgaas.

Stap 4: Bou die stroombaan en gebruik dit

Sodra u u komponente het, moet u dit saam soldeer om die stroombaan in die diagram te vorm. Ek het alles warm vasgeplak op 'n stukkie deursigtige plastiek wat ek laat lê het. Dit sorg vir 'n stewige en betroubare stroombaan, en lyk ook redelik goed. Daar is 'n klein kans dat u uself 'n bietjie ruk kan gee deur dele van hierdie stroombaan aan te raak terwyl dit aangeskakel word, soos die verbinding op die piëzo -luidspreker, maar u kan die verbindings net met warm gom bedek as daar 'n probleem is.

Toe ek uiteindelik al die komponente gehad het wat ek nodig gehad het om die kring te bou, het ek dit in 'n middag saamgegooi. Afhangende van die waardes van komponente wat u het, kan u minder komponente gebruik as ek. U kan ook 'n kleiner Geiger -buis gebruik en die toonbank baie kompak maak. Geiger counter polshorlosie, iemand?

Nou wonder u miskien: waarvoor het ek 'n Geiger -toonbank nodig as ek niks radioaktiefs het nie? Die toonbank klik elke paar sekondes net van agtergrondstraling, wat bestaan uit kosmiese strale en so. Maar daar is 'n paar stralingsbronne waarop u die toonbank kan gebruik:

Americium van rookverklikkers

Americium is 'n mensgemaakte (nie natuurlik voorkomende) element en word gebruik in rookdetektore van die tipe ionisasie. Hierdie rookmelder is baie algemeen en u het waarskynlik 'n paar in u huis. Dit is eintlik redelik maklik om te weet of u dit doen, want almal bevat die woorde wat radioaktiewe stof Am 241 bevat wat in die plastiek gevorm is. Die americium, in die vorm van americiumdioksied, word op 'n klein metaalknoppie binne geplak, gemonteer in 'n klein omhulsel wat bekend staan as die ioniseringskamer. Die americium word gewoonlik bedek met 'n dun laag goud of ander korrosiebestande metaal. U kan die rookmelder oopmaak en die klein knoppie uithaal - dit is gewoonlik nie baie moeilik nie.

Waarom bestraling in 'n rookmelder?

Binne die detektor se ioniseringskamer sit twee metaalplate oorkant mekaar. Aan een van hulle is die americium -knoppie, wat 'n konstante stroom alfa -deeltjies uitstraal wat 'n klein lugspleet oorsteek en dan deur die ander plaat geabsorbeer word. Die lug tussen die twee plate word geïoniseerd en is dus ietwat geleidend. Dit laat 'n klein stroom tussen die plate vloei, en hierdie stroom kan waargeneem word deur die rookmelder se stroombane. As rookdeeltjies die kamer binnedring, absorbeer hulle die alfadeeltjies en breek die stroombaan, wat die alarm veroorsaak.

Ja, maar is dit gevaarlik?

Die uitgestraalde straling is relatief goedaardig, maar om veilig te wees, beveel ek die volgende aan:

• Hou die americium -knoppie op 'n veilige plek weg van kinders, verkieslik in 'n kindvaste houer
• Moet nooit aan die voorkant van die knoppie raak waarop die americium geplak is nie. As u per ongeluk die knoppie raak, was u hande

Uraanglas

Uraan is in oksiedvorm gebruik as 'n toevoeging tot glas. Die mees tipiese kleur van uraanglas is sieklik liggeel-groen, wat in die 1920's gelei het tot die bynaam 'vaseline-glas' (gebaseer op 'n vermeende ooreenkoms met die voorkoms van petroleumjellie soos dit destyds geformuleer en kommersieel verkoop is). U sal dit op vlooimarkte en antiekwinkels as 'vaseline -glas' bestempel, en u kan dit gewoonlik met die naam vra. Die hoeveelheid uraan in die glas wissel van spoorvlakke tot ongeveer 2 gewig%, hoewel sommige stukke uit die 20ste eeu met tot 25% uraan gemaak is! Die meeste uranglas is slegs effens radioaktief, en ek dink nie dit is gevaarlik om te hanteer nie.

U kan die uraaninhoud van die glas met 'n swartlig (ultravioletlig) bevestig, aangesien alle uranglas heldergroen fluoresseer, ongeag die kleur wat die glas onder normale lig verskyn (wat baie kan wissel). Hoe helderder 'n stuk gloei onder ultraviolet lig, hoe meer uraan bevat dit. Terwyl stukke uraanglas onder ultravioletlig gloei, gee dit ook hul eie lig af onder enige ligbron wat ultraviolet bevat (soos sonlig). Die hoë -energie ultraviolet golflengtes van lig tref die uraanatome en druk hul elektrone na 'n hoër energievlak. As die uraanatome terugkeer na hul normale energievlak, straal hulle lig uit in die sigbare spektrum.

Waarom uraan?

Die ontdekking en isolasie van radium in uraanerts (pitchblende) deur Marie Curie het gelei tot die ontwikkeling van uraanmynbou om die radium te onttrek, wat gebruik is om gloei-in-die-donker verf vir horlosies en vliegtuie te maak. Dit het 'n ontsaglike hoeveelheid uraan as afvalproduk gelaat, aangesien dit drie ton uraan benodig om een gram radium te onttrek.

Thorium kampeerlantern mantels

Thorium word gebruik in kamplanterlanters, in die vorm van toriumdioksied. As dit vir die eerste keer verhit word, brand die poliëster gedeelte van die mantel weg, terwyl die toriumdioksied (saam met ander bestanddele) die vorm van die mantel behou, maar 'n soort keramiek word wat gloei as dit verhit word. Thorium word nie meer vir hierdie toepassing gebruik nie, maar word in die middel van die 90's deur die meeste ondernemings gestaak en is vervang deur ander elemente wat nie radioaktief is nie. Thorium is gebruik omdat dit mantels maak wat baie helder gloei, en die helderheid pas nie heeltemal by die nuwer, nie-radioaktiewe mantels nie. Hoe weet jy of die mantel wat jy het regtig radioaktief is? Dit is waar die Geiger -toonbank inkom. Die mantels wat ek teëgekom het, maak die Geiger -toonbank gek, baie meer as uraanglas of americium -knoppies. Thorium is nie meer radioaktief as uraan of americium nie, maar daar is baie meer radioaktiewe materiaal in 'n lanternmantel as in die ander bronne. Daarom is dit regtig vreemd om soveel bestraling in 'n verbruikersproduk te ondervind. Dieselfde veiligheidsmaatreëls wat vir die americium -knoppies geld, geld ook vir die lanternmantels.

Dankie dat u almal gelees het! As u van hierdie instruksies hou, neem ek deel aan die "build a tool" -kompetisie en sal u stem baie waardeer! Ek hoor ook graag van u as u kommentaar of vrae het (of selfs wenke/voorstelle/opbouende kritiek), dus moenie bang wees om dit hieronder te laat nie.

Spesiale dank aan my vriend Lucca Rodriguez vir die opstel van die pragtige stroombaandiagram.