Retro "Rayotron" nattlys (del 1): 16 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Introduksjon

I desember 1956 annonserte Atomic Laboratories Rayotron som den "første lavkostnadselektrostatiske generatoren og partikkelakseleratoren" for naturfaglærere og hobbyister [1]. Rayotron var en superstor gummibelte-ladet Van de Graaff (VdG) generator i stand til å kaste 500 000 volt gnister fra metallterminalen. VdG-er er elektro-mekaniske eksempler på blanding av gummisåle sko over et teppe og deretter berøre et jordet metallgjenstand. person fra føttene, var mikroamputladningen ikke en risiko for en frisk person ifølge produsenten.

Den negativt ladede terminalen til Rayotron frastøtte negative elektroner langs lengden på et forseglet glassrør under et hardt vakuum til et mål som ligger ved basen. Kollisjonen mellom denne strømførende partikkelstrålen og målet gjorde det mulig for brukerne å utføre forskjellige fysikkeksperimenter (og også avsløre ubeskyttede personer i nærheten av farlige røntgendusjer [1]). Etter hvert avbrøt Atomic Laboratories produksjonen på grunn av sikkerhetsproblemer.

Jeg designet dette nattlyset som en hyllest til et glemt stykke pedagogisk teknologi fra midten av århundret. I motsetning til den originale enheten, avgir ikke denne halvskala modellen farlig stråling og vil ikke ødelegge dagen din ved å etterlate deg en spøkelsesaktig grønn etterglød:>). Rayotrons partikkelstråle av modellen er modellert med et miniatyr kaldt katodelys (CCL).

Trinn 1: Prosjektoversikt

I. Grunnleggende bruk

Jeg byttet ut det støyende beltet og den motoriserte rullemekanismen som ble brukt i den originale enheten, med en stille, negativ ionegenerator som ble markedsført for hjemmebruk. En strømforsyning gir lavspenning DC for ionisatoren; som driver CCL. Lampen var aksialt montert i en plastsylinder som støttet en utslippskule. CCL og støttestrukturen ble festet til toppanelet på konsollen.

II. Instrumentpanelmontering

Konsollens instrumentpanel var en av få komponenter som endret utseende under produksjonen av Rayotron. Bilder og beskrivelser fra forskjellige kilder som dokumenterer disse modifikasjonene guidet paneldesign; bilder viser tidlige og senere Rayotron -modeller. Jeg brukte en 50-mikroampeter fra midten av århundret for å vise ionisatorutgang, samt en vintage kontrollknapp og vippebrytere i kombinasjon med indikatorlamper. Måleren og kontrollknappen ble berget fra kassert forbrukerelektronikk.

(Morsomt faktum: En produktsikkerhetsetikett på enhetens base advarte mot røntgenutslipp under drift. Som en ekstra forholdsregel foreslo produsenten å innelukke Rayotron i en bunker konstruert av betongrør for å beskytte operatør og tilskuere mot stråleforgiftning [2] !)

III. Kartongkonsollmontering

Konsollen ble MacGyvered ved å omformulere papp hentet fra en bunke med 3-ringpermer som ble kjøpt på et lokalt verksted. Instrumentpanelet og plaststøttesøylen toppet av terminalen ble montert på konsollen. En tidligere versjon brukte faux metal trim på panelet for et fargeklatt, noe som fikk prosjektet til å virke for moderne IMHO; så bestemte meg for et retro, loslitt, elegant utseende for å gi inntrykk av alder.

Fysiske dimensjoner er ikke kritiske, så mål prosjektet etter behov. Ved slutten av denne instruksjonsboken vil du ha en billig kilde til høyspenning DC (HVDC) for enkle, elektrostatiske demoer samt et rad nattlys uten problemer med dødelig strålingforgiftning som ødelegger dagen din (dårlig ordspill, men jeg kunne ikke ikke motstå:>). Til slutt, bruk sunn fornuft med ionisatoren. Unngå overraskelser - koble fra strømmen før du arbeider med HV -ledninger.

Trinn 2: Deler og verktøy

Jeg reduserte byggekostnadene ved å resirkulere brukte eller kastede varer når det var mulig. Noen komponenter kan improviseres. For eksempel lager en 8 oz brusdrikk en billig utladningsterminal.

(Morsomt faktum: Midt-århundrets modell inneholdt en sfærisk utladningsterminal. En mer illevarslende terminal som lignet en stigende soppsky dukket opp i en oppdatert modell fra 1960-tallet [1, 2].

Nødvendige elektroniske komponenter identifiseres i hvert trinn. Diverse ting som trengs for konstruksjon er: pappark fra tre-ringpermer; kretskort; klar og blå tape; tilkobling/ montering av maskinvare; cyanoakrylat (CA) lim; isolert prosjektledning; blyant; klemme klipp; vinkelmåler; Hersker; sandpapir; saks (eller kommersiell papirklipper); spray maling; og Elmers X-treme School Lim samt forskjellige håndverktøy; en elektrisk drill med diverse biter og en loddeblyant.

Trinn 3: Elektronikk: Ionizer og strømforsyning (mod eller kjøp en)

Jeg fant en vintage Radio Shack Micronta rom -ionisator på et rot -salg for $ 1,50. Ionisatoren manglet den originale strømforsyningen, så jeg hacket en DC -kilde fra en bærbar B & W -TV (husker du dem?).

Jeg åpnet saken og byttet ut den originale 12 VDC @ 1 amp transformatoren med en annen transformator på grunn av den rustne tilstanden. Advarsel: Hvis du gjør dette, må du kontrollere at komponentene er klassifisert for den nye transformatoren, eller du vil lage likeretterkretsen! Jeg monterte den nye transformatoren og den originale likeretteren på et kretskort og loddet komponentene sammen. Jeg la denne forsamlingen til side for senere instillasjon når konsollkonstruksjonen var fullført.

Ingen bekymringer hvis du ikke vil gjøre en tidkrevende ombygging. En mye bedre løsning er å bruke en kommersiell strømforsyning. Jeg fant en 12 VDC, 4 amp adapter på et garasjesalg som tilhørte en bærbar datamaskin og brukte den med ionisatoren uten problemer (se trinn 14).

Trinn 4: Konsollmontering: Layout, klipp ut og tilpass instrumentpanelet

Mesteparten av innsatsen for dette prosjektet gikk med til å designe, produsere og fullføre pappkonsollen. Hopp over følgende trinn for å spare tid og bare bruk en vanlig skokasse. For de sanne DIY -krigerne der ute: bli opptatt med å bygge!

Fjern plastdekselet fra permer for å få papp for instrument og andre konsollpaneler. Layoutmåler, kontrollknapp, to brytere og to signallamper på en papplist med passende lengde, bredde og dobbel tykkelse. Jeg plasserte brytere og lys i et rektangulært arrangement. Klipp eller bor hull i passende størrelse for å montere hver komponent. Jeg spredte et tynt lag med lim rundt og inne i hvert hull og slipte deretter med fint papir, noe som bidro til å opprettholde formen på siden når limet herdet.

En tidlig versjon av prosjektet inkluderte en reklamebrosjyre for Discover Platinum Card for å gi panelet en faux metallfinish. Jeg trimmet brosjyren og så boret/kuttet ut monteringshull. Jeg forlot en kant på omtrent 5 mm for å skape en kontrasteffekt da panelet ble spraymalt i en lys farge. En urskive ble lagt til for å dekke det meste av logoen. (Til slutt sprayet jeg på hele instrumentpanelet og kastet brosjyren fordi det lett ble dinglet.) Legg panel og komponenter til side til senere.

(Morsomt faktum: Originale bruksanvisninger er i den permanente samlingen til National Institutes of Health Museum Library i Bethesda, MD [3].)

Trinn 5: Konsollmontering: Tegn, klipp, juster og legg sammen m/hjørnespar

Bestem størrelsen på konsollen gitt dimensjoner på instrumentpanelet. La det være tilstrekkelig plass til montering av strømforsyning og ionisator. Vurder også ønsket høyde på støttesøylen og diameteren på utslippskulen; skalakonsoll tilsvarende.

Jeg tegnet en oversikt for hvert panel på papp og klippet dem deretter ut. Sidepanelene har en skråning på 23 grader nedover fra den horisontale aksen, for å forbedre synligheten av måleren, kontrollknappen og signallysklyngen. Jeg kuttet et lite sparkepanel med dobbel tykkelse som skal settes inn på kabinettets forside for ekstra støtte av instrumentpanelet. (Jeg valgte å bruke dobbel tykkelse for alle paneler bortsett fra toppanel for kabinett av bedre kvalitet.)

Etter at panelene er kuttet, plasser dem på en flat overflate; sjekk om kanter og hjørner er jevne. Lim side, spark, rygg og bunnpaneler sammen for dobbel tykkelse. Klips på plass. Slip ujevne kanter på en flat overflate med med/fint papir. Monter paneler midlertidig med klemmeklemmer og 2,5 cm hjørnesperre til en konsoll. Plasser instrumentpanelet på konsollen. Kontroller firkantede hjørner og spyle kanter. Som vist på ett bilde, brukte jeg blå tape til å holde konsollen sammen - BIG MISTAKE! Ikke gjør dette! Kantene justerte nesten aldri skikkelig, og hele konsollen kollapset alltid når instrumentpanelet ble satt på plass. Lim alle panelene sammen unntatt topp- og instrumentpaneler. Fest med klips og seler til limet tørker.

Konstruksjonstips nr. 1: Bruk en papirskærer av kommersiell kvalitet tilgjengelig på FedEx eller Staples for rene, rene kanter! (Mal også konsollen på dette tidspunktet for å unngå å fjerne maskinvaren senere for å fullføre prosjektet.)

Trinn 6: Konsollmontering: Limpanel; Fest instrumentpanelet

Til og med kanter med en slipeblokk og med/fint papir om nødvendig. For ekstra strukturell integritet, bor et hull på midtpunktet på side- og bakpanelene for å imøtekomme skruer med runde hoder på rundt 8-32 x 1/2 tommer med flate skiver og seler som vil sikre bunnpanelet; bor også et hull i de nedre hjørnene på hvert av disse panelene for å imøtekomme en seler. Belegg hullsiden med lim ved å sette inn og snu en blyantspiss flere ganger før limet stivner; sand rundt hullet til det er glatt..

Finn instrumentpanelet. Fest hengsler til innsiden, nedre venstre og høyre hjørne med #8-32 x 1/2 tommers maskinskruer og flate skiver. Plasser og juster panelet på konsollen. Skru hengslene på innsiden av sparkepanelet. Instrumentpanelet skal hvile jevnt mot skråningen på hvert sidepanel. Håndtak skruer; sandpanelkanter til de er i flukt med sidepanelene. Advarsel: instrumentpanelet er ikke designet for å bevege seg mer enn flere grader på grunn av konsollens konfigurasjon! Tilgang til innsiden av konsollen er via toppanelet; se neste trinn.

Konstruksjonstips nr. 2: Bor over hull i størrelsen i de øvre hjørnene på sparkepanelet for å tillate små hengseljusteringer

Trinn 7: Konsollmontering: Forbered topplate og juster med instrumentpanel

Merk: Dette trinnet krever konsentrasjon og hyppige hvilepauser!

Klipp hakk i øvre venstre og høyre hjørne av bakpanelet for å imøtekomme hengsler; plasser dem slik at de er på nivå med høyden på rygg og sidepaneler. Merk, bor og klargjør skruehull. Monter passende hengsler på utsiden av bakpanelet. Kontroller at toppanelets forkant er i flukt med øvre kant av instrumentpanelet når den er lukket. Vær forsiktig når du sliper enten horisontale eller skrå kanter på det ene eller begge sidepanelene etter behov for å sikre jevn passform mellom topp og instrumentpanel. For mye sliping vil føre til hull mellom panelene! Fest topppanelet godt med gummibånd slik at panelet forblir på plass. Fjern instrumentpanelet for å få tilgang til hengsler. Nå inn i konsollen og merk skruehull for toppanelet.

Konstruksjonstips nr. 3: Avfasning på innsiden av instrumentpanelet med sandpapir for å forbedre passformen med toppanelet

Jeg brukte to kafferørepinner mellom hvert hengsel og toppanelet som avstandsstykker for å redusere binding under åpning og lukking. Pinnene ble kuttet i størrelse, limt, stablet sammen og klippet til undersiden av panelet før det ble boret hull. Etterpå limte jeg et stykke kryssfiner på undersiden av panelet for å gi ekstra støtte for montering av strålerør i et senere trinn.

Smør lim langs frontkanten på toppanelet og øvre kant på instrumentpanelet; gni lim inn i papp for å styrke kanter og hjørner på panelene. La panelene tørke; Slip deretter alle kanter og hjørner med fint papir.

Trinn 8: Konsollmontering: Monter Catch & Strike Plate; Fest føttene

ID midtpunkt på forkant av toppanelet. Sentrer og monter en magnetisk lås med to #4-40 runde maskinskruer, flate og låsende skiver. Et stykke skraptre skrudd fast på utsiden av toppanelet tjente som et praktisk håndtak for å åpne konsollen. ID midtpunkt på øvre kant av instrumentpanelet. Senter og monter slagplaten ved hjelp av maskinskruer. Husk å bore store monteringshull og forberede med lim. Fang og plate vil kreve justeringer for riktig passform. Bekreft justeringen av toppanelet; installer deretter hengselmonteringsskruer og skiver.

Jeg brukte fire treskrap fra en kunstforsyningsbutikk som føtter; hvert stykke hadde et forhåndsboret 3/16 "hull. Jeg malte hvert stykke før jeg limte en trepinne inn i hvert. Jeg boret et 3/16" hull i hvert hjørne av bunnpanelet. Dowels holdt føttene på plass midlertidig. BTW, ikke lim biter før konsollen er malt.

Trinn 9: Beam Tube Assembly: Støtte kolonne og utladningssfære

Til å begynne med kuttet jeg av bunnene fra to medisinflasker som ble kastet, og tapet dem blått fra ende til ende for å lage en støttesøyle. Kolonnen ble festet ved å boltet en hetteglassdeksel til konsolldekselet som vist. Bummer … den mørke plasten dempet den innvendige belysningen og tapen var visuelt distraherende.

Her er en løsning: kjøp et klart akrylrør fra en søppelbøtte i en maskinvare- eller plastforretning. Jeg fant et tungt plastrør med samme ytterdiameter som inngangshull i en hul aluminiumskule (8 cm diameter, kjøpt på et Teslathon -arrangement). BTW, hvis du ikke har en utslippskule, bruk en metallverden fra dollarbutikken eller til og med en aluminiumsbrus. Klipp ut et inngangshull for støttesøylen med metallklips. BTW, lagre hetteglasset som brukes til å feste kolonnen til lokket på konsollen.

Trinn 10: Montering av bjelkerør: Skjær og slip emner for sentreringsringer

Skjær åtte emner fra et enkelt pappark som er lik ytre diameter på røret. Jeg boret senterhull i hvert emne for å få plass til en 6 cm, #6-32 maskinskrue; plassert emner på skruen; klemte dem fast med en låseskive og låsemutter, og stakk dem deretter inn i en elektrisk drill. Jeg malte emner med kurs, deretter middels sandpapir til hele forsamlingen gled lett gjennom røret.

Trinn 11: Beam Tube Assembly: Prep Centering Rings

Fjern ferdige emner fra maskinskruen. Du trenger to, 1/4 tommers nylonskrueisolatorer (P/N: B-IN-14S/4; Små deler). Ream senterhull for å tilpasse isolatordiameter. Lag to sentreringsringer ved å lime og deretter stable fire ringer sammen. Klem ringene til limet tørker. Jeg brukte en 1-1/2 x 1/4 tommers bolt og to, 3 cm lange flatskiver i metall som klemmer. Lagre disse delene fordi de vil bli gjenbrukt. Bestem om du vil male låseringer. Sett inn en isolator i hver ringstabel.

Forbered to hetter hentet fra tannkremrør ved å bore et 1/4 tommers hull gjennom toppene for å lage festekegler for CCL -ene. Mal kjegler om ønskelig. Finn en gummigummi som passer inn i brønnen på hetten. Hull bør ha tilstrekkelig diameter til å akseptere lampen din (P/N: 239610; Jameco). Bruk hetteglasset fra tidligere trinn for kolonnebase. Plasser en flat skive inne i hetteglasslokket som et anker, og legg deretter en låsering på skiven. Fest hetteglasset, skiven og ringen til lokket med en bolt som brukes til å feste ringene. Plasser midlertidig en kjegle over bolthodet og isolatorleppen. Fest enheten til lokket med mutter. Den øvre kjeglesammenstillingen er nesten identisk med den nedre kjeglen; men ikke skru sammen deler. Hold brikkene sammen med blå tape til du er klar til å lime.

Plasseringskolonne på hetteglasset. Slipp lampen ned i kolonnen og bekreft at den glir ned i hullet på nedre kjegle og fysisk berører bolthodet. Sett den øvre enheten (hullet vendt ned) i kolonnen. Lampen skal passere gjennom hullet, men ikke stikke utover ringens overflate. Klipp støttesøylen til riktig lengde eller bruk flere skiver som avstandsstykker for å heve lampen. Når du har oppnådd riktig høyde, lim og fest den gjenværende flatskiven til toppen av den øvre låseringsenheten. Fjern lampen.

Konstruksjonstips nr. 4: Øk belysningen ved å fjerne gummihylser og sett inn en ekstra lampe direkte i kjeglholderne

Trinn 12: Installasjon: Beam Tube & Support Column; Instrumentpanel

Utladningsterminalen hviler på en støttering. Konstruer en fra skrapplast. Lag valgfrie elektronstråle fokuseringsringer ved å kutte segmenter av et plaststrå og skyve dem over lampen (fjern dem, som jeg gjorde, hvis de forårsaker for mye lysreduksjon når lampen testes).

Bruk en metallbolt for å feste hetteglasslokket (fra trinn 9) til lokket på konsollen. Sett inn strålerøret i hetten. Jeg satte inn måleren, kontrollknappen, veksler og signallys. I de riktige hullene på instrumentpanelet for å få en følelse av hvordan prosjektet ville se ut.

Trinn 13: Installasjon: Modifisert DC -forsyning, ioniserings- og panelkomponenter

Bolt den modifiserte strømforsyningen og ionisatoren til basen på konsollen. Hard wire disse to samlingene sammen med måler, veksler, indikatorlys og sikring. BTW, strømkontrollknappen i midten av instrumentpanelet er til pynt; det er ikke-funksjonelt-dette problemet blir rettet i den kommende Rayotron-renoveringen.

Trinn 14: Installasjon: Kommersiell DC -forsyning

Hvis du bruker en kommersiell strømkilde (sterkt anbefalt!), Bruk borrelåsstrimler for å feste enheten til konsollens base, deretter ionisator med hard tråd og instrumentpanel.

Trinn 15: Etterbehandling: Malingskonsoll og monter Gnd -elektrode

Hvis du ikke malte konsollen i trinn 5: fjern tilkoblingsmaskinvare, skill instrumentpanelet fra konsollen og håndtaket fra toppanelet. Jeg brukte disse fargene for å fullføre prosjektet:

Hovedkonsollpaneler - Glans Mandel

Lokk og instrumentpaneler - metallisk sølv

Lokkhåndtak - Kobber

Jeg monterte en teleskopisk TV -antenne på toppanelet med en klemme. Antennen, når den var koblet til ionisatorens bakre retur, fungerte som utladningselektrode.

Slå på prosjektet, og forleng deretter antennen etter behov til du kan trekke kontinuerlige 1 mm utladninger fra terminalen. Juster gnistgapet med et ikke-ledende objekt, for eksempel en plastpenn, til CCL gir en kontinuerlig glød. Måleren skal vise 15 - 20 mikroampere. Ditt Rayotron Night Light -prosjekt er nå fullført!

Trinn 16: Kilder

1. Baez AV. Rayotron (en høyspentgenerator og røntgenkilde). Amerikansk J fysikk. 1957; 25: 499-501. Tilgang fra:

2. Miller E. Rapport om tester for røntgenemisjon fra en Rayotron elektrostatisk generator og partikkelakselerator. Rocksville, MD: US Dept Health, Education & Welfare. 1970. Tilgang fra:

3. Bruksanvisning for Rayotron. Atomic Laboratories, LLC. 1956. Tilgang fra: