Bekerja Geiger Counter W / Minimal Parts: 4 Steps (with Pictures)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Inilah pengetahuan saya, kaunter Geiger berfungsi paling mudah yang boleh anda bina. Yang satu ini menggunakan tiub SMB-20 Geiger buatan Rusia, didorong oleh litar peningkatan voltan tinggi yang dirompak dari pemukul lalat elektronik. Ia mengesan zarah beta dan sinar gamma, memancarkan satu klik untuk setiap zarah radioaktif atau pecah sinar gamma yang dikesannya. Seperti yang anda lihat dalam video di atas, ia mengklik setiap beberapa saat dari sinaran latar, tetapi benar-benar menjadi kenyataan apabila sumber radiasi seperti kaca uranium, mantel lentera thorium, atau butang americium dari alat pengesan asap didekat. Saya membina kaunter ini untuk membantu saya mengenal pasti unsur radioaktif yang saya perlukan untuk mengisi koleksi elemen saya, dan ia berfungsi dengan baik! Satu-satunya kelemahan sebenar kaunter ini ialah tidak terlalu kuat, dan tidak menghitung dan memaparkan jumlah radiasi yang dikesannya dalam hitungan minit. Ini bermakna bahawa anda tidak mendapat titik data sebenar, hanya idea umum mengenai radioaktif berdasarkan jumlah klik yang anda dengar.

Walaupun terdapat pelbagai alat kaunter Geiger yang tersedia di jaring, anda boleh membuat sendiri dari awal jika anda mempunyai komponen yang betul. Mari kita mulakan!

Langkah 1: Pembilang dan Sinaran Geiger: Bagaimana Semuanya Berfungsi

Kaunter Geiger (atau kaunter Geiger-Müller) adalah alat pengesan radiasi yang dikembangkan oleh Hans Geiger dan Walther Müller pada tahun 1928. Hari ini, hampir semua orang biasa dengan bunyi mengklik yang dihasilkannya ketika mengesan sesuatu, yang sering dianggap sebagai "suara" sinaran. Inti peranti adalah tiub Geiger-Müller, silinder logam atau kaca yang diisi dengan gas lengai yang dipegang di bawah tekanan rendah. Di dalam tiub terdapat dua elektrod, salah satunya dipegang pada voltan tinggi yang berpotensi (biasanya 400-600 volt) sementara yang lain disambungkan ke tanah elektrik. Dengan tiub dalam keadaan rehat, arus tidak dapat melonjak jurang antara dua elektrod di dalam tiub, dan sehingga tidak ada arus yang mengalir. Walau bagaimanapun, apabila zarah radioaktif memasuki tiub, seperti zarah beta, zarah itu mengionkan gas di dalam tiub, menjadikannya konduktif dan membiarkan arus melompat di antara elektrod untuk seketika. Aliran arus singkat ini mencetuskan bahagian pengesan litar, yang memancarkan "klik" yang dapat didengar. Lebih banyak klik bermaksud lebih banyak sinaran. Banyak kaunter Geiger juga memiliki kemampuan untuk menghitung jumlah klik dan menghitung jumlah per minit, atau BPS, dan menampilkannya pada paparan dail atau bacaan.

Mari lihat operasi kaunter Geiger dengan cara lain. Prinsip utama operasi kaunter Geiger adalah tabung Geiger, dan bagaimana ia menetapkan voltan tinggi pada satu elektrod. Voltan tinggi ini seperti lereng gunung curam yang diliputi salji dalam, dan yang diperlukan hanyalah sedikit tenaga radiasi (serupa dengan pemain ski yang menuruni lereng) untuk melepaskan longsoran. Longsoran salji berikutnya membawa lebih banyak tenaga daripada zarah itu sendiri, tenaga yang cukup untuk dikesan oleh litar kaunter Geiger yang lain.

Oleh kerana mungkin sudah lama sejak banyak daripada kita duduk di kelas dan belajar mengenai radiasi, berikut adalah penyegaran ringkas.

Perkara dan Struktur Atom

Semua bahan terdiri daripada zarah-zarah kecil yang disebut atom. Atom sendiri terdiri daripada zarah yang lebih kecil, iaitu proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron digabungkan bersama di tengah atom - bahagian ini disebut inti. Elektron mengorbit nukleus.

Proton adalah zarah bermuatan positif, elektron bercas negatif, dan neutron tidak dikenakan cas dan oleh itu neutral, maka namanya. Dalam keadaan neutral, setiap atom mengandungi bilangan proton dan elektron yang sama. Kerana proton dan elektron membawa cas yang sama tetapi bertentangan, ini memberikan atom cas netral. Namun, apabila bilangan proton dan elektron dalam atom tidak sama, atom menjadi zarah bermuatan yang disebut ion. Pembilang geiger dapat mengesan sinaran pengion, bentuk radiasi yang mempunyai keupayaan untuk mengubah atom neutral menjadi ion. Tiga jenis sinaran pengion adalah zarah Alpha, zarah Beta, dan sinar Gamma.

Zarah Alpha

Zarah alfa terdiri daripada dua neutron dan dua proton yang terikat bersama, dan adalah setara dengan inti atom helium. Zarah itu dihasilkan apabila ia hanya melepaskan inti atom dan terbang. Kerana tidak mempunyai elektron bermuatan negatif untuk membatalkan muatan positif kedua proton, zarah alfa adalah zarah bermuatan positif, yang disebut ion. Zarah alfa adalah bentuk radiasi pengion, kerana mereka mempunyai kemampuan untuk mencuri elektron dari persekitarannya, dan dengan itu mengubah atom yang mereka curi menjadi ion sendiri. Dalam dos yang tinggi, ini boleh menyebabkan kerosakan sel. Zarah alfa yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif bergerak perlahan, saiznya agak besar, dan kerana casnya tidak dapat melalui benda lain dengan mudah. Zarah tersebut akhirnya mengambil beberapa elektron dari persekitaran, dan dengan itu menjadi atom helium yang sah. Ini adalah bagaimana hampir semua helium bumi dihasilkan.

Zarah Beta

Zarah beta adalah elektron atau positron. Positron seperti elektron, tetapi membawa muatan positif. Partikel beta-minus (elektron) dipancarkan ketika neutron terurai menjadi proton, dan zarah Beta-plus (positron) dipancarkan ketika proton merosot menjadi neutron.

Sinaran Gamma

Sinar gamma adalah foton bertenaga tinggi. Sinar gamma terletak di spektrum elektromagnetik, melebihi cahaya yang dapat dilihat dan ultraviolet. Mereka mempunyai daya penembusan yang tinggi, dan kemampuan mereka untuk mengion berasal dari fakta bahawa mereka dapat menjatuhkan elektron dari atom.

Tiub SMB-20, yang akan kita gunakan untuk pembinaan ini, adalah tiub buatan Rusia yang biasa. Ia mempunyai kulit logam nipis yang bertindak sebagai elektrod negatif, sementara wayar logam yang mengalir memanjang ke tengah tiub berfungsi sebagai elektrod positif. Agar tiub dapat mengesan zarah radioaktif atau sinar gamma, zarah atau sinar itu terlebih dahulu mesti menembusi kulit logam nipis tiub. Zarah alfa umumnya tidak dapat melakukan ini, kerana biasanya dihentikan oleh dinding tiub. Tiub Geiger lain yang dirancang untuk mengesan zarah-zarah ini sering mempunyai tetingkap khas, yang disebut tetingkap Alpha, yang membolehkan zarah-zarah ini memasuki tiub. Tingkap biasanya dibuat dari lapisan mika yang sangat nipis, dan tiub Geiger mestilah sangat dekat dengan sumber Alpha untuk mengambil zarah-zarah sebelum diserap oleh udara di sekitarnya. * Sigh * Jadi itu cukup mengenai radiasi, mari kita membina perkara ini.

Langkah 2: Kumpulkan Alat & Bahan Anda

Bekalan diperlukan:

• SMB-20 Geiger Tube (tersedia sekitar $ 20 USD di eBay)
• Litar Tegangan DC Voltan Tinggi, dirompak dari swatter terbang elektronik yang murah. Ini adalah model khusus yang saya gunakan:
• Zener Diodes dengan nilai gabungan keseluruhan sekitar 400v (empat 100v akan menjadi ideal)
• Perintang dengan nilai gabungan 5 Megohm (saya menggunakan lima 1 Megohm)
• Transistor - jenis NPN, saya menggunakan 2SC975
• Elemen Pembesar Suara Piezo (dirompak dari alat ketuhar gelombang mikro atau mainan elektronik yang bising)
• 1 x bateri AA
• Pemegang bateri AA
• Suis hidup / mati (saya menggunakan suis sesaat SPST dari elektronik flyswatter)
• Memotong kepingan wayar elektrik
• Sepotong kayu sekerap, plastik, atau bahan bukan konduktif lain untuk digunakan sebagai substrat untuk membina litar

Alat yang saya gunakan:

• Pateri "Pensil"
• Pateri teras rosin berdiameter kecil untuk tujuan elektrik
• Hot Glue gun dengan gam yang sesuai
• Pemotong wayar
• Pelucut wayar
• Pemutar skru (untuk merobohkan mesin terbang elektronik)

Walaupun litar ini dibina di sekitar tiub SMB-20, yang dapat mengesan partikel beta dan sinar gamma, ia dapat disesuaikan dengan mudah menggunakan pelbagai tiub. Cukup periksa julat voltan operasi tertentu dan spesifikasi lain dari tabung tertentu anda dan sesuaikan nilai komponen dengan sewajarnya. Tiub yang lebih besar lebih sensitif daripada yang lebih kecil, hanya kerana ia adalah sasaran yang lebih besar untuk zarah memukul.

Tiub Geiger memerlukan voltan tinggi untuk berfungsi, jadi kami menggunakan rangkaian peningkatan DC dari swatter lalat elektronik untuk meningkatkan 1.5 volt dari bateri hingga sekitar 600 volt (awalnya swatter terbang meletus 3 volt, mengeluarkan sekitar 1200v untuk zapping lalat. Jalankan pada voltan yang lebih tinggi dan anda akan mempunyai taser). SMB-20 suka dipacu pada 400V, jadi kami menggunakan diod zener untuk mengatur voltan ke nilai tersebut. Saya menggunakan tiga belas zeners 33V, tetapi kombinasi lain akan berfungsi dengan baik, seperti zener 4 x 100V, selagi jumlah nilai zener sama dengan voltan sasaran, dalam kes ini 400.

Perintang digunakan untuk menghadkan arus ke tiub. SMB-20 menyukai perintang anod (sisi positif) kira-kira 5M ohm, jadi saya menggunakan lima perintang ohm 1M. Sebarang gabungan perintang boleh digunakan selagi nilainya bertambah hingga sekitar 5M ohm.

Elemen pembesar suara Piezo dan transistor merangkumi bahagian pengesan litar. Elemen pembesar suara Piezo memancarkan bunyi klik, dan wayar panjang di atasnya membolehkan anda memegangnya lebih dekat ke telinga anda. Saya bernasib baik menyelamatkannya dari perkara seperti gelombang mikro, jam penggera, dan perkara lain yang membuat bunyi bip yang menjengkelkan. Yang saya dapati mempunyai perumahan plastik yang bagus di sekelilingnya yang membantu memperkuatkan suara yang berasal daripadanya.

Transistor meningkatkan jumlah klik. Anda boleh membina litar tanpa transistor, tetapi klik yang dihasilkan litar tidak akan sekuat (maksud saya hampir tidak dapat didengar). Saya menggunakan transistor 2SC975 (jenis NPN), tetapi banyak transistor lain mungkin berfungsi. 2SC975 secara harfiah hanyalah transistor pertama yang saya tarik keluar dari timbunan komponen saya yang selamat.

Pada langkah seterusnya, kita akan meruntuhkan gelombang elektrik elektrik. Jangan bimbang itu mudah.

Langkah 3: Bongkar Fly Swatter

Swatters lalat elektronik mungkin sedikit berbeza dari segi pembinaan, tetapi kerana kita hanya menggunakan elektronik di dalamnya, hancurkannya dan tarik keluar lol. Sapu pada gambar di atas sebenarnya sedikit berbeza daripada yang saya pasangkan ke kaunter, kerana nampaknya pengeluar mengubah reka bentuk mereka.

Mulailah dengan melepaskan sekrup yang kelihatan atau pengikat lain yang memegangnya bersama-sama, memerhatikan pelekat atau perkara seperti penutup bateri yang mungkin menyembunyikan pengikat tambahan. Sekiranya barang itu masih belum dibuka, mungkin perlu dicuri dengan pemutar skru di sepanjang jahitan di badan plastik swatter.

Sebaik sahaja anda membukanya, anda perlu menggunakan pemotong wayar untuk memotong wayar di grid mesh fly zapper. Dua wayar hitam (kadang-kadang warna lain) berasal dari tempat yang sama di papan, masing-masing membawa ke salah satu grid luar. Ini adalah wayar negatif, atau "ground" untuk output voltan tinggi. Oleh kerana wayar ini berasal dari tempat yang sama di papan litar, dan kita hanya memerlukannya, teruskan dan lepaskan satu di papan litar, pasangkan wayar sekerap untuk digunakan kemudian.

Harus ada satu wayar merah yang menuju ke grid dalam, dan ini adalah output voltan tinggi positif.

Kabel lain yang datang dari papan litar masuk ke kotak bateri, dan yang dengan spring di hujungnya adalah sambungan negatif. Cukup sederhana.

Sekiranya anda melepaskan kepala pemukul, mungkin untuk memisahkan komponen untuk dikitar semula, berhati-hati untuk kemungkinan tepi tajam pada mesh logam.

Langkah 4: Bina Litar, dan Gunakan

Sebaik sahaja anda mempunyai komponen anda, anda harus menyatukannya bersama-sama untuk membentuk litar yang ditunjukkan dalam rajah. Saya melekatkan segalanya pada sekeping plastik jernih yang saya letakkan. Ini menjadikan litar yang kukuh dan boleh dipercayai, dan juga kelihatan cantik. Ada kemungkinan kecil anda dapat melepaskan diri dari sedikit dari menyentuh bahagian litar ini semasa ia diaktifkan, seperti sambungan pada pembesar suara piezo, tetapi anda hanya boleh menutup sambungan dengan lem panas jika ada masalah.

Setelah akhirnya saya mempunyai semua komponen yang saya perlukan untuk membina litar, saya menyatukannya pada sebelah petang. Bergantung pada nilai komponen yang anda ada, anda mungkin menggunakan komponen yang lebih sedikit daripada yang saya ada. Anda juga boleh menggunakan tabung Geiger yang lebih kecil, dan membuat kaunter sangat padat. Jam tangan kaunter Geiger, ada yang?

Sekarang anda mungkin tertanya-tanya, apa yang saya perlukan kaunter Geiger jika saya tidak mempunyai radioaktif untuk menunjukkannya? Pembilang akan mengklik setiap beberapa saat hanya dari sinaran latar, yang terdiri daripada sinar kosmik dan semacamnya. Tetapi, terdapat beberapa sumber radiasi yang anda dapati menggunakan kaunter anda di:

Americium dari pengesan asap

Americium adalah unsur buatan manusia (tidak berlaku secara semula jadi), dan digunakan dalam pengesan asap jenis pengionan. Alat pengesan asap ini sangat biasa dan anda mungkin mempunyai sedikit di rumah anda. Sebenarnya sangat mudah untuk mengetahui jika anda melakukannya, kerana semuanya mempunyai perkataan mengandungi bahan radioaktif Am 241 yang dibentuk ke dalam plastik. The americium, dalam bentuk americium dioksida, dilapisi pada butang logam kecil di dalamnya, dipasang di kandang kecil yang dikenali sebagai ruang pengionan. Amerika biasanya dilapisi dengan lapisan emas nipis atau logam tahan kakisan yang lain. Anda boleh membuka alat pengesan asap dan mengeluarkan butang kecil - biasanya tidak terlalu sukar.

Mengapa sinaran dalam alat pengesan asap?

Di dalam ruang pengionan pengesan, terdapat dua plat logam yang duduk bertentangan antara satu sama lain. Terpasang pada salah satu daripadanya adalah butang americium, yang memancarkan aliran zarah alfa berterusan yang melintasi jurang udara kecil dan kemudian diserap oleh plat lain. Udara di antara kedua-dua plat menjadi terionisasi dan oleh itu agak konduktif. Ini membolehkan arus kecil mengalir di antara plat, dan arus ini dapat dirasakan oleh litar pengesan asap. Apabila zarah asap memasuki ruang, mereka menyerap zarah alfa dan memutuskan litar, memicu penggera.

Ya, tetapi adakah ia berbahaya?

Sinaran yang dipancarkan agak jinak, tetapi untuk selamat saya cadangkan yang berikut:

• Jauhkan butang americium di tempat yang selamat jauh dari kanak-kanak, lebih baik dalam bekas jenis kanak-kanak
• Jangan sesekali menyentuh muka butang yang dilapisi amerika. Sekiranya anda menyentuh muka butang secara tidak sengaja, basuh tangan anda

Gelas uranium

Uranium telah digunakan, dalam bentuk oksida, sebagai bahan tambahan kaca. Warna gelas uranium yang paling khas adalah hijau kekuningan pucat, yang pada tahun 1920-an menyebabkan julukan "kaca vaselin" (berdasarkan kemiripan dengan penampilan jeli petroleum seperti yang diformulasikan dan dijual secara komersial pada waktu itu). Anda akan melihatnya dilabel sebagai "Kaca Vaseline" di pasar loak dan kedai antik, dan biasanya anda boleh memintanya dengan nama itu. Jumlah uranium dalam gelas bervariasi dari tahap jejak hingga sekitar 2% berat, walaupun beberapa potongan abad ke-20 dibuat dengan uranium hingga 25%! Sebilangan besar gelas uranium hanya sedikit radioaktif, dan saya rasa tidak berbahaya jika dikendalikan.

Anda boleh mengesahkan kandungan uranium kaca dengan lampu hitam (sinar ultraviolet), kerana semua kaca uranium berpendar hijau terang tanpa mengira warna kaca muncul di bawah cahaya biasa (yang boleh berbeza-beza). Semakin terang sekeping cahaya di bawah sinar ultraviolet, semakin banyak uranium yang terkandung di dalamnya. Walaupun potongan kaca uranium bersinar di bawah sinar ultraviolet, mereka juga mengeluarkan cahaya mereka sendiri di bawah sumber cahaya yang mengandungi ultraviolet (seperti cahaya matahari). Panjang gelombang cahaya ultraviolet tenaga tinggi menyerang atom uranium, mendorong elektron mereka ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Apabila atom uranium kembali ke tahap tenaga normal mereka, mereka memancarkan cahaya dalam spektrum yang dapat dilihat.

Mengapa uranium?

Penemuan dan pengasingan radium dalam bijih uranium (pitchblende) oleh Marie Curie memicu pengembangan perlombongan uranium untuk mengekstrak radium, yang digunakan untuk membuat cat glow-in-the-dark untuk jam dan panggil pesawat. Ini menjadikan kuantiti uranium yang besar sebagai produk buangan, kerana memerlukan tiga tan uranium untuk mengeluarkan satu gram radium.

Mantel tanglung berkhemah Thorium

Thorium digunakan dalam mantel tanglung berkhemah, dalam bentuk thorium dioksida. Apabila dipanaskan untuk kali pertama, bahagian poliester mantel terbakar, sementara torium dioksida (bersama dengan bahan lain) mengekalkan bentuk mantel tetapi menjadi sejenis seramik yang bersinar ketika dipanaskan. Thorium tidak lagi digunakan untuk aplikasi ini, dihentikan oleh kebanyakan syarikat pada pertengahan tahun 90an, dan telah digantikan oleh elemen lain yang tidak radioaktif. Thorium digunakan kerana ia membuat mantel yang bersinar sangat terang, dan kecerahan itu tidak sepadan dengan mantel yang baru dan bukan radioaktif. Bagaimana anda tahu jika mantel yang anda miliki benar-benar radioaktif? Di situlah kaunter Geiger masuk. Mantel yang saya temui mendorong kaunter Geiger menjadi gila, lebih-lebih lagi daripada butang kaca uranium atau americium. Torium tidak lebih banyak radioaktif daripada uranium atau americium, tetapi terdapat lebih banyak bahan radioaktif dalam mantel tanglung daripada sumber lain. Itulah sebabnya sangat pelik apabila terdapat banyak sinaran dalam produk pengguna. Langkah berjaga-jaga keselamatan yang sama yang berlaku pada butang americium juga berlaku pada mantel tanglung.

Terima kasih kerana membaca, semua orang! Sekiranya anda menyukai arahan ini, saya akan memasukkannya ke dalam pertandingan "bina alat" dan akan sangat menghargai suara anda! Saya juga ingin mendengar daripada anda jika anda mempunyai komen atau pertanyaan (atau bahkan petua / cadangan / kritikan membina), jadi jangan takut untuk meninggalkan yang berikut.

Terima kasih khas kepada rakan saya Lucca Rodriguez kerana membuat gambarajah litar yang indah untuk ini.