Työskentelevä Geiger -laskuri/ vähimmäisosat: 4 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Tässä on tietääkseni yksinkertaisin toimiva Geiger -laskuri, jonka voit rakentaa. Tämä käyttää venäläistä SMB-20 Geiger -putkea, jota ohjaa korkeajännitteinen tehostinpiiri, joka on ryöstetty elektroniselta kärpäslippaajalta. Se havaitsee beetahiukkaset ja gammasäteet ja antaa napsautuksen jokaisesta havaitsemastaan radioaktiivisesta hiukkasesta tai gammasäteilystä. Kuten yllä olevasta videosta näet, se napsahtaa muutaman sekunnin välein taustasäteilystä, mutta herää todella eloon, kun säteilylähteet, kuten uraanilasi, toriumlyhtyvaipat tai savunilmaisimien amerikkapainikkeet, tuodaan lähelle. Rakensin tämän laskurin auttamaan minua tunnistamaan radioaktiiviset elementit, jotka minun on täytettävä elementtikokoelmaani, ja se toimii hyvin! Tämän laskurin ainoa todellinen haittapuoli on, että se ei ole kovin kova, eikä se laske ja näytä havaitsemansa säteilymäärää minuutteina. Tämä tarkoittaa, että et saa mitään todellisia datapisteitä, vain yleisen käsityksen radioaktiivisuudesta kuulemiesi napsautusten määrän perusteella.

Vaikka verkosta on saatavana erilaisia Geiger -laskurisarjoja, voit rakentaa oman tyhjästä, jos sinulla on oikeat komponentit. Aloitetaan!

Vaihe 1: Geiger -laskurit ja säteily: miten kaikki toimii

Geiger-laskuri (tai Geiger-Müller-laskuri) on Hans Geigerin ja Walther Müllerin vuonna 1928 kehittämä säteilyilmaisin. Nykyään lähes kaikki tuntevat napsahdusäänet, joita se antaa havaitessaan jotain, jota usein pidetään "äänenä". säteilyä. Laitteen sydän on Geiger-Müller-putki, metalli- tai lasisylinteri, joka on täytetty inertteillä kaasuilla, joita pidetään alhaisessa paineessa. Putken sisällä on kaksi elektrodia, joista toista pidetään suurjännitepotentiaalissa (yleensä 400-600 volttia), kun taas toinen on kytketty sähkömaadoitukseen. Kun putki on lepotilassa, mikään virta ei pysty hyppäämään putken sisällä olevien kahden elektrodin välistä rakoa, joten virta ei virtaa. Kuitenkin, kun radioaktiivinen hiukkanen, kuten beetapartikkeli, tulee putkeen, hiukkanen ionisoi kaasun putken sisällä, mikä tekee siitä johtavan ja antaa virran hypätä elektrodien väliin hetkeksi. Tämä lyhyt virtavirta laukaisee piirin ilmaisinosan, josta kuuluu "napsahdus". Lisää napsautuksia tarkoittaa enemmän säteilyä. Monilla Geiger -laskureilla on myös kyky laskea napsautusten määrä ja laskea laskuja minuutissa tai tuhannen näyttökerran hinta ja näyttää se valinta- tai lukunäytöllä.

Katsotaanpa Geiger -laskurin toimintaa toisella tavalla. Geiger -laskurin toiminnan pääperiaate on Geiger -putki ja kuinka se asettaa korkean jännitteen yhdelle elektrodille. Tämä korkea jännite on kuin jyrkkä vuorenrinne, joka on peitetty syvässä lumessa, ja kaikki, mitä tarvitset, on pieni säteilyenergia (samanlainen kuin rinteessä laskeva hiihtäjä) käynnistääkseen lumivyöryn. Seuraava lumivyöry kuljettaa mukanaan paljon enemmän energiaa kuin itse hiukkanen, tarpeeksi energiaa muun Geiger -laskuripiirin havaitsemiseksi.

Koska monet meistä ovat luultavasti jo jonkin aikaa istuneet luokkahuoneessa ja oppineet säteilystä, tässä on nopea päivitys.

Asia ja atomin rakenne

Kaikki aine koostuu pienistä hiukkasista, joita kutsutaan atomeiksi. Atomit koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, nimittäin protoneista, neutroneista ja elektroneista. Protonit ja neutronit ovat kasautuneet yhteen atomin keskelle - tätä osaa kutsutaan ytimeksi. Elektronit kiertävät ydintä.

Protonit ovat positiivisesti varautuneita hiukkasia, elektronit ovat negatiivisesti varautuneita, ja neutronit eivät kanna varausta ja ovat siksi neutraaleja, joten niiden nimi. Neutraalissa tilassa jokainen atomi sisältää saman määrän protoneja ja elektroneja. Koska protoneilla ja elektroneilla on yhtä suuret, mutta vastakkaiset varaukset, tämä antaa atomille neutraalin nettovarauksen. Kuitenkin, kun atomien protonien ja elektronien lukumäärä ei ole sama, atomista tulee varautunut hiukkanen, jota kutsutaan ioniksi. Geiger -laskurit pystyvät havaitsemaan ionisoivan säteilyn, säteilymuodon, jolla on kyky muuttaa neutraalit atomit ioneiksi. Kolme erilaista ionisoivaa säteilyä ovat alfa-, beeta- ja gammasäteet.

Alfahiukkaset

Alfahiukkanen koostuu kahdesta neutronista ja kahdesta yhteen sidotusta protonista, ja se vastaa heliumatomin ydintä. Hiukkanen syntyy, kun se yksinkertaisesti irtoaa ytimestä ja lentää. Koska alfa -hiukkasessa ei ole negatiivisesti varautuneita elektroneja kahden protonin positiivisen varauksen poistamiseksi, se on positiivisesti varautunut hiukkanen, jota kutsutaan ioniksi. Alfahiukkaset ovat eräänlainen ionisoiva säteily, koska niillä on kyky varastaa elektroneja ympäristöstään ja muuttaa näin varastetut atomit ioneiksi itse. Suurina annoksina tämä voi aiheuttaa soluvaurioita. Radioaktiivisen hajoamisen aiheuttamat alfahiukkaset ovat hitaasti liikkuvia, kooltaan suhteellisen suuria eivätkä varauksensa vuoksi pääse helposti muiden asioiden läpi. Hiukkanen poimii lopulta muutamia elektroneja ympäristöstä ja siitä tulee laillinen heliumatomi. Näin syntyy lähes kaikki maapallon helium.

Beetahiukkaset

Beetapartikkeli on joko elektroni tai positroni. Positroni on kuin elektroni, mutta sillä on positiivinen varaus. Beeta-miinushiukkasia (elektroneja) syntyy, kun neutroni hajoaa protoniksi, ja beeta-plus-hiukkasia (positroneja), kun protoni hajoaa neutroniksi.

Gammasäteet

Gammasäteet ovat suuren energian fotoneja. Gammasäteet sijaitsevat sähkömagneettisessa spektrissä, näkyvän valon ja ultraviolettisäteilyn ulkopuolella. Niillä on suuri läpäisevä voima, ja niiden kyky ionisoida johtuu siitä, että he voivat lyödä elektronit irti atomista.

SMB-20-putki, jota käytämme tähän rakenteeseen, on yleinen venäläinen putki. Siinä on ohut metallikuori, joka toimii negatiivisena elektrodina, kun taas metallilanka, joka kulkee pituussuunnassa putken keskustan läpi, toimii positiivisena elektrodina. Jotta putki havaitsisi radioaktiivisen hiukkasen tai gammasäteen, kyseisen hiukkasen tai säteen on ensin läpäistävä putken ohut metallikuori. Alfahiukkaset eivät yleensä pysty tähän, koska ne yleensä pysäyttävät putken seinät. Muissa Geiger -putkissa, jotka on suunniteltu havaitsemaan nämä hiukkaset, on usein erityinen ikkuna, nimeltään alfa -ikkuna, jonka avulla nämä hiukkaset pääsevät putkeen. Ikkuna on yleensä valmistettu erittäin ohuesta kiiltokerroksesta, ja Geiger -putken on oltava hyvin lähellä alfa -lähdettä, jotta hiukkaset voidaan ottaa vastaan ennen kuin ympäröivä ilma imee ne. * Huokaus* Joten säteilystä riittää, rakennetaan tämä asia.

Vaihe 2: Kerää työkalut ja materiaalit

Tarvittavat tarvikkeet:

• SMB-20 Geiger Tube (saatavana noin 20 dollaria USD eBayssa)
• Korkeajännitteinen DC-tehopiiri, joka on ryöstetty halvasta elektronisesta kärpäslippaimesta. Tätä mallia käytin:
• Zener -diodit, joiden yhteenlaskettu arvo on noin 400 V (neljä 100 V: n diodia olisi ihanteellinen)
• Vastukset, joiden yhteenlaskettu arvo on 5 Megohmia (käytin viittä 1 Megohmia)
• Transistori - NPN -tyyppi, käytin 2SC975
• Pietsokaiutinelementti (ryöstetty mikroaaltouunista tai meluisasta elektronisesta lelusta)
• 1 x AA -paristo
• AA -paristopidike
• On/off -kytkin (käytin SPST -hetkellistä kytkintä elektronisesta flyswatterista)
• Katkaise sähköjohdon palaset
• Pala romua, muovia tai muuta johtamatonta materiaalia käytettäväksi alustana piirin rakentamiseen

Työkalut joita käytin:

• "Lyijykynä" juotin
• Pieni halkaisijainen hartsisydänjuotos sähkökäyttöön
• Kuuma liimapistooli sopivilla liimapuikoilla
• Lankaleikkurit
• Langanpoistimet
• Ruuvimeisseli (elektronisen kärpässuodattimen purkamiseen)

Vaikka tämä piiri on rakennettu SMB-20-putken ympärille, joka pystyy havaitsemaan beetahiukkasia ja gammasäteitä, se voidaan helposti sovittaa käyttämään erilaisia putkia. Tarkista vain putkisi käyttöjännitealue ja muut tekniset tiedot ja säädä komponenttien arvot sen mukaan. Suuremmat putket ovat herkempiä kuin pienemmät yksinkertaisesti siksi, että ne ovat suurempia kohteita hiukkasten osumiseen.

Geiger-putket vaativat korkeita jännitteitä toimiakseen, joten käytämme sähköisen kärpäslukijan DC-tehostinpiiriä akun 1,5 voltin lisäämiseen noin 600 volttiin (alun perin kärpäslätkä juoksi 3 volttia, noin 1200 volttia) Suorita se korkeammilla jännitteillä ja sinulla on taser). SMB-20 haluaa ajaa 400 V: n jännitteellä, joten käytämme zener-diodeja jännitteen säätämiseen tähän arvoon. Käytän kolmetoista 33 V: n zeneria, mutta muut yhdistelmät toimisivat yhtä hyvin, kuten 4 x 100 V: n zenerit, kunhan zenerien arvojen summa on tavoitejännite, tässä tapauksessa 400.

Vastuksia käytetään rajoittamaan virtaa putkeen. SMB-20 pitää anodivastuksesta (positiivinen puoli) noin 5 M ohmia, joten käytän viittä 1 M ohmin vastusta. Mitä tahansa vastuksen yhdistelmää voidaan käyttää, kunhan niiden arvot ovat yhteensä noin 5 M ohmia.

Piezo -kaiutinelementti ja transistori muodostavat piirin ilmaisinosan. Pietsokaiutin -elementti lähettää napsahdusäänet, ja sen pitkät johdot mahdollistavat sen pitämisen lähempänä korvaa. Minulla on ollut onnea pelastaa heidät esimerkiksi mikroaalloista, herätyskelloista ja muista asioista, jotka aiheuttavat ärsyttäviä piippausääniä. Löysin yhden, jonka ympärillä on mukava muovikotelo, joka auttaa vahvistamaan siitä tulevaa ääntä.

Transistori lisää napsautusten määrää. Voit rakentaa piirin ilman transistoria, mutta piirin tuottamat napsautukset eivät ole yhtä kovia (tarkoitan tällä tuskin kuultavaa). Käytin 2SC975 -transistoria (NPN -tyyppi), mutta monet muut transistorit todennäköisesti toimisivat. 2SC975 oli kirjaimellisesti vain ensimmäinen transistori, jonka vedin pois pelastettujen komponenttien kasasta.

Seuraavassa vaiheessa puretaan sähköinen lentovesi. Älä huoli, se on helppoa.

Vaihe 3: Pura Fly Swatter

Elektroniset kärpäsylinterit voivat rakenteeltaan hieman poiketa toisistaan, mutta koska olemme vasta sisällä olevan elektroniikan perässä, repäise se vain erilleen ja vedä suolet lol. Yllä olevissa kuvissa oleva swatter on itse asiassa hieman erilainen kuin se, jonka olen laskuriin rakentanut, koska näyttää siltä, että valmistaja muutti muotoiluaan.

Aloita irrottamalla kaikki näkyvät ruuvit tai muut kiinnikkeet, jotka pitävät sitä yhdessä. Jos asia ei edelleenkään aukea, se saattaa vaatia hieman uteliaisuutta ruuvitaltalla murskaimen muovirungon saumoja pitkin.

Kun olet avannut sen, sinun on käytettävä lankaleikkureita katkaistaksesi johdot kärpäskärjen verkkoverkosta. Kaksi mustaa johtoa (joskus muita värejä) on peräisin samasta paikasta pöydällä, joista jokainen johtaa yhteen ulkoverkosta. Nämä ovat suurjännitelähdön negatiivisia tai "maadoitettuja" johtoja. Koska nämä johdot tulevat samasta paikasta piirilevyllä ja tarvitsemme vain yhden, mene eteenpäin ja katkaise yksi piirilevystä ja aseta romurauta sivuun myöhempää käyttöä varten.

Sisäverkkoon pitäisi johtaa yksi punainen johto, ja tämä on positiivinen suurjännitelähtö.

Muut piirilevystä tulevat johdot menevät akkukoteloon, ja jousi, jonka päässä on jousi, on negatiivinen liitäntä. Melko yksinkertainen.

Jos irrotat katkaisimen pään, ehkä erottamaan osat kierrätystä varten, varo metalliverkon mahdollisia teräviä reunoja.

Vaihe 4: Rakenna piiri ja käytä sitä

Kun olet saanut komponentit, sinun on juotettava ne yhteen muodostaaksesi piirros kaaviossa. Liimasin kaiken kuumaksi kirkkaaseen muovikappaleeseen. Tämä tekee tukevasta ja luotettavasta piiristä ja näyttää myös hyvältä. On pieni mahdollisuus, että voit antaa itsellesi pienen zapin koskettamalla tämän piirin osia, kun se on jännitteinen, kuten pietsokaiuttimen liitäntä, mutta voit vain peittää liitännät kuumalla liimalla, jos on ongelma.

Kun minulla oli vihdoin kaikki piirin rakentamiseen tarvittavat komponentit, heitin sen yhteen iltapäivällä. Riippuen siitä, mitä komponenttien arvoja sinulla on, voit käyttää vähemmän komponentteja kuin minä. Voit myös käyttää pienempää Geiger -putkea ja tehdä laskurista erittäin kompakti. Geigerin rannekello, kukaan?

Nyt saatat ihmetellä, mihin tarvitsen Geiger -laskurin, jos minulla ei ole mitään radioaktiivista osoittamaan sitä? Laskuri napsahtaa muutaman sekunnin välein vain taustasäteilystä, joka koostuu kosmisista säteistä ja vastaavista. Mutta on olemassa muutamia säteilylähteitä, joita voit käyttää laskurin käyttämiseen:

Americium savunilmaisimista

Americium on ihmisen tekemä (ei luonnossa esiintyvä) elementti, ja sitä käytetään ionisaatiotyyppisissä savuilmaisimissa. Nämä savuilmaisimet ovat hyvin yleisiä, ja niitä on todennäköisesti kotonasi. On itse asiassa melko helppo kertoa, jos teet, koska niissä kaikissa on sanat, jotka sisältävät muoviin valettua radioaktiivista ainetta Am 241. Americium, amerikiumdioksidin muodossa, on päällystetty pienelle metallipainikkeelle, joka on asennettu pieneen koteloon, joka tunnetaan ionisaatiokammiona. Americium on yleensä päällystetty ohuella kerroksella kultaa tai muuta korroosiota kestävää metallia. Voit avata savuilmaisimen ja ottaa pienen napin ulos - se ei yleensä ole kovin vaikeaa.

Miksi säteily savunilmaisimessa?

Ilmaisimen ionisaatiokammion sisällä on kaksi metallilevyä, jotka istuvat vastakkain. Yhdessä niistä on americium -painike, joka lähettää jatkuvaa alfahiukkasten virtaa, joka ylittää pienen ilmavälin ja sitten toinen levy absorboi sen. Kahden levyn välinen ilma ionisoituu ja on siksi jonkin verran johtavaa. Tämä mahdollistaa pienen virran kulkemisen levyjen välillä, ja tämä virta voidaan havaita savuilmaisimen piiristä. Kun savuhiukkaset tulevat kammioon, ne absorboivat alfahiukkaset ja katkaisevat piirin, mikä laukaisee hälytyksen.

Joo, mutta onko se vaarallista?

Säteilevä säteily on suhteellisen hyvänlaatuista, mutta turvallisuuden vuoksi suosittelen seuraavaa:

• Pidä americium -painike turvallisessa paikassa poissa lasten ulottuvilta, mieluiten jonkinlaisessa lapsiturvassa
• Älä koskaan kosketa sen painikkeen pintaa, johon americium on päällystetty. Jos kosket vahingossa painikkeen kasvoja, pese kädet

Uraanilasi

Uraania on käytetty oksidimuodossa lasin lisäaineena. Tyypillisin uraanilasin väri on sairaan vaalean kellertävänvihreä, mikä johti 1920-luvulla lempinimeksi "vaseliinilasi" (perustuen havaittuun samankaltaisuuteen vazeliinin ulkonäön kanssa sellaisenaan muotoiltuina ja kaupallisesti myytyinä). Näet sen merkitty "vaseliinilasiksi" kirpputoreilla ja antiikkiliikkeissä, ja voit yleensä pyytää sitä tällä nimellä. Uraanin määrä lasissa vaihtelee hivenmääristä noin 2 painoprosenttiin, vaikka jotkut 1900-luvun kappaleet valmistettiin jopa 25 painoprosenttia uraania! Suurin osa uraanilasista on vain vähän radioaktiivista, eikä se ole mielestäni ollenkaan vaarallista käsitellä.

Voit vahvistaa lasin uraanipitoisuuden mustalla valolla (ultraviolettivalolla), koska kaikki uraanilasit loistavat kirkkaan vihreänä riippumatta siitä, minkä värinen lasi näyttää normaalivalossa (joka voi vaihdella suuresti). Mitä kirkkaampi pala hehkuu ultraviolettivalossa, sitä enemmän se sisältää uraania. Vaikka uraanilasin palaset hehkuvat ultraviolettivalossa, ne antavat myös omaa valoaan minkä tahansa ultraviolettia sisältävän valonlähteen alla (kuten auringonvalo). Korkean energian ultraviolettivalon aallonpituudet osuvat uraaniatomeihin ja työntävät niiden elektronit korkeammalle energiatasolle. Kun uraaniatomit palaavat normaalille energiatasolleen, ne lähettävät valoa näkyvälle spektrille.

Miksi uraani?

Radiumin löytäminen ja eristäminen Marie Curien uraanimalmista (pitchblende) käynnisti uraanin louhinnan kehityksen radiumin uuttamiseksi, jota käytettiin pimeässä hohtavien maalien valmistamiseen kelloille ja lentokoneiden kelloille. Tämä jätti suuren määrän uraania jätetuotteeksi, koska yhden gramman radiumin uuttaminen vaatii kolme tonnia uraania.

Thorium -retkeilylyhtyvaipat

Toriumia käytetään telttalyhtyvaipoissa toriumdioksidin muodossa. Kuumennettaessa ensimmäistä kertaa vaipan polyesteriosa palaa pois, kun taas toriumdioksidi (yhdessä muiden ainesosien kanssa) säilyttää vaipan muodon, mutta siitä tulee eräänlainen keraaminen, joka hehkuu kuumennettaessa. Toriumia ei enää käytetä tähän sovellukseen, koska useimmat yritykset lopettivat sen 90-luvun puolivälissä, ja se on korvattu muilla alkuaineilla, jotka eivät ole radioaktiivisia. Toriumia käytettiin, koska se tekee vaipoista, jotka hehkuvat erittäin kirkkaasti, ja että kirkkaus ei ole aivan sama kuin uudemmat, ei-radioaktiiviset vaipat. Mistä tietää, onko vaippa todella radioaktiivinen? Siellä Geiger -laskuri tulee sisään. Vaipat, joihin olen törmännyt, ajavat Geiger -laskurin hulluksi, paljon enemmän kuin uraanilasi- tai amerikka -painikkeet. Torium ei ole niin paljon radioaktiivisempi kuin uraani tai amerikka, mutta lyhtyvaipassa on paljon enemmän radioaktiivista materiaalia kuin muissa lähteissä. Siksi on todella outoa kohdata niin paljon säteilyä kuluttajatuotteessa. Samat turvaohjeet kuin americium -painikkeilla pätevät myös lyhtyvaippoihin.

Kiitos kaikille lukemisesta! Jos pidät tästä ohjeesta, osallistun sen "rakenna työkalu" -kilpailuun ja arvostan todella äänestäsi! Haluaisin myös kuulla sinusta, jos sinulla on kommentteja tai kysymyksiä (tai jopa vinkkejä/ehdotuksia/rakentavaa kritiikkiä), joten älä pelkää jättää alla olevia.

Erityiset kiitokset ystävälleni Lucca Rodriguezille tämän opastettavan kauniin piirikaavion tekemisestä.