Working Geiger Counter W/ Minimal Parts: 4 Steps (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Her er, så vidt jeg vet, den enkleste fungerende Geiger -telleren du kan bygge. Denne bruker et russiskprodusert SMB-20 Geiger-rør, drevet av en høyspent trinn-opp krets som er frarøvet fra en elektronisk fluesmatter. Den oppdager betapartikler og gammastråler og sender et klikk for hver radioaktive partikkel eller gammastrålesprengning den oppdager. Som du kan se i videoen ovenfor, klikker den hvert få sekund fra bakgrunnsstråling, men blir virkelig levende når strålekilder som uranglass, thoriumlyktemantler eller americium -knapper fra røykvarslere bringes nær. Jeg bygde denne telleren for å hjelpe meg med å identifisere radioaktive elementer som jeg trenger for å fylle ut elementsamlingen min, og det fungerer bra! De eneste virkelige ulempene med denne telleren er at den ikke er veldig høy, og at den ikke beregner og viser mengden stråling den oppdager i tellinger per minutt. Det betyr at du ikke får noen faktiske datapunkter, bare en generell ide om radioaktivitet basert på mengden klikk du hører.

Selv om det finnes forskjellige Geiger counter -sett på nettet, kan du bygge dine egne fra bunnen av hvis du har de riktige komponentene. La oss komme i gang!

Trinn 1: Geiger -tellere og stråling: Hvordan det hele fungerer

Geigertelleren (eller Geiger-Müller-telleren) er en strålingsdetektor utviklet av Hans Geiger og Walther Müller i 1928. I dag er omtrent alle kjent med klikkelydene den lager når den oppdager noe, ofte sett på som "lyden" av stråling. Hjertet i enheten er Geiger-Müller-røret, en metall- eller glassylinder fylt med inerte gasser holdt under lavt trykk. Inne i røret er to elektroder, hvorav den ene holdes på et høyspenningspotensial (vanligvis 400-600 volt) mens den andre er koblet til elektrisk jord. Når røret er i hviletilstand, er det ingen strøm som er i stand til å hoppe mellom gapet mellom de to elektrodene inne i røret, og det strømmer derfor ingen strøm. Men når en radioaktiv partikkel kommer inn i røret, for eksempel en beta -partikkel, ioniserer partikkelen gassen inne i røret, noe som gjør den ledende og lar strøm hoppe mellom elektrodene et kort øyeblikk. Denne korte strømmen utløser detektordelen av kretsen, som avgir et hørbart "klikk". Flere klikk betyr mer stråling. Mange Geiger -tellere har også muligheten til å telle antall klikk og beregne tellinger per minutt, eller CPM, og vise den på en oppringnings- eller avlesningsdisplay.

La oss se på driften av Geiger -telleren på en annen måte. Hovedprinsippet for Geiger -motoperasjon er Geiger -røret, og hvordan det setter opp en høyspenning på en elektrode. Denne høyspenningen er som en bratt fjellskråning dekket av dyp snø, og alt som trengs er en liten bit av strålingsenergi (beslektet med en skiløper som går nedover skråningen) for å sette i gang et skred. Det påfølgende skredet bærer med seg mye mer energi enn selve partikkelen, nok energi til å bli oppdaget av resten av Geiger -motkretsen.

Siden det sannsynligvis er en stund siden mange av oss satt i et klasserom og lærte om stråling, her er en rask oppfriskning.

Materie og atomets struktur

All materie består av små partikler som kalles atomer. Atomer selv består av enda mindre partikler, nemlig protoner, nøytroner og elektroner. Protoner og nøytroner klumpes sammen i midten av atomet - denne delen kalles kjernen. Elektroner går i bane rundt kjernen.

Protoner er positivt ladede partikler, elektroner er negativt ladet, og nøytroner bærer ingen ladning og er derfor nøytrale, derav navnet. I en nøytral tilstand inneholder hvert atom like mange protoner og elektroner. Fordi protoner og elektroner bærer like, men motsatte ladninger, gir dette atomet en nøytral netto ladning. Imidlertid, når antallet protoner og elektroner i et atom ikke er likt, blir atomet en ladet partikkel som kalles et ion. Geiger -tellere er i stand til å oppdage ioniserende stråling, en form for stråling som har evnen til å transformere nøytrale atomer til ioner. De tre forskjellige typer ioniserende stråling er alfapartikler, betapartikler og gammastråler.

Alfa partikler

En alfapartikkel består av to nøytroner og to protoner som er bundet sammen, og tilsvarer kjernen til et heliumatom. Partikkelen genereres når den rett og slett bryter av en atomkjerne og flyr. Fordi den ikke har noen negativt ladede elektroner for å avbryte den positive ladningen til de to protonene, er en alfapartikkel en positivt ladet partikkel, kalt et ion. Alfa -partikler er en form for ioniserende stråling, fordi de har evnen til å stjele elektroner fra omgivelsene, og ved å omdanne atomene de stjeler fra til ioner selv. I høye doser kan dette forårsake cellulær skade. Alfa -partikler generert av radioaktivt forfall beveger seg sakte, relativt store i størrelse, og kan på grunn av ladningen ikke lett passere gjennom andre ting. Partikkelen plukker til slutt opp noen få elektroner fra miljøet, og blir derved et legitimt heliumatom. Slik produseres nesten hele jordens helium.

Betapartikler

En betapartikkel er enten et elektron eller positron. Et positron er som et elektron, men det bærer en positiv ladning. Beta-minus partikler (elektroner) sendes ut når et nøytron henfaller til et proton, og Beta-pluss partikler (positroner) sendes ut når et proton forfaller til et nøytron.

Gammastråler

Gammastråler er fotoner med høy energi. Gammastråler befinner seg i det elektromagnetiske spekteret, utover synlig lys og ultrafiolett. De har høy penetrasjonskraft, og deres evne til å ionisere kommer fra det faktum at de kan slå elektroner av et atom.

SMB-20-røret, som vi skal bruke til denne bygningen, er et vanlig rør laget av russisk. Den har en tynn metallhud som fungerer som den negative elektroden, mens en metalltråd som går på langs gjennom midten av røret fungerer som den positive elektroden. For at røret skal oppdage en radioaktiv partikkel eller gammastråle, må partikkelen eller strålen først trenge inn i den tynne metallhuden på røret. Alfa -partikler klarer vanligvis ikke dette, ettersom de vanligvis blir stoppet av rørveggene. Andre Geiger -rør som er designet for å oppdage disse partiklene har ofte et spesielt vindu, kalt Alpha -vinduet, som lar disse partiklene komme inn i røret. Vinduet er vanligvis laget av et veldig tynt lag glimmer, og Geiger -røret må være veldig nær Alpha -kilden for å kunne fange opp partiklene før de absorberes av luften rundt. * Sukk* Så det er nok om stråling, la oss begynne å bygge denne tingen.

Trinn 2: Samle verktøy og materialer

Nødvendig rekvisita:

• SMB-20 Geiger Tube (tilgjengelig for rundt $ 20 USD på eBay)
• High Voltage DC Step-up Circuit, frastjålet fra en billig elektronisk fluesmatter. Dette er den spesifikke modellen jeg brukte:
• Zener -dioder med en samlet totalverdi på rundt 400v (fire 100v -er ville være ideelle)
• Motstander med en samlet verdi på 5 megohm (jeg brukte fem 1 megohm)
• Transistor - NPN -type, jeg brukte 2SC975
• Piezo -høyttalerelement (ranet fra en mikrobølgeovn eller støyende elektronisk leketøy)
• 1 x AA -batteri
• AA batteriholder
• På/av -bryter (jeg brukte SPST momentary switch fra den elektroniske flyswatteren)
• Skrap biter av elektrisk ledning
• Del av tre, plast eller annet ikke-ledende materiale som skal brukes som et underlag for å bygge kretsen på

Verktøy jeg brukte:

• "Blyant" loddejern
• Harpiks-kjernelodder med liten diameter for elektriske formål
• Varm limpistol med passende limpinner
• Avbitertang
• Wire strippere
• Skrutrekker (for riving av elektronisk flyswatter)

Selv om denne kretsen er bygget rundt et SMB-20-rør, som er i stand til å oppdage betapartikler og gammastråler, kan den lett tilpasses å bruke en rekke rør. Bare sjekk det spesifikke driftsspenningsområdet og andre spesifikasjoner for ditt spesielle rør og juster verdiene til komponentene deretter. Større rør er mer følsomme enn mindre, rett og slett fordi de er større mål for partiklene å treffe.

Geiger-rør krever høye spenninger for å fungere, så vi bruker DC-trinn-opp-kretsen fra en elektronisk fluesmatter for å øke 1,5 volt fra batteriet opp til omtrent 600 volt (opprinnelig fluesmatteren løp av 3 volt og la ut ca 1200v for zapping av fluer. Kjør den på høyere spenninger, så får du en taser). SMB-20 liker å bli drevet på 400V, så vi bruker zenerdioder til å regulere spenningen til den verdien. Jeg bruker tretten 33V zenere, men andre kombinasjoner vil fungere like bra, for eksempel 4 x 100V zenere, så lenge summen av verdiene til zenerne er lik målspenningen, i dette tilfellet 400.

Motstandene brukes til å begrense strømmen til røret. SMB-20 liker en anode (positiv side) motstand på omtrent 5M ohm, så jeg bruker fem 1M ohm motstander. En hvilken som helst kombinasjon av motstander kan brukes så lenge verdiene blir opptil 5M ohm.

Piezo -høyttalerelementet og transistoren består av detektordelen av kretsen. Piezo -høyttalerelementet sender ut klikkelyder, og de lange ledningene på den lar deg holde den nærmere øret. Jeg har hatt lykke til med å redde dem fra ting som mikrobølger, vekkerklokker og andre ting som gir irriterende pipelyder. Den jeg fant har et fint plasthus rundt seg som hjelper til med å forsterke lyden som kommer fra den.

Transistoren øker volumet på klikkene. Du kan bygge kretsen uten en transistor, men klikkene som kretsen genererer vil ikke være like høye (med det mener jeg knapt hørbar). Jeg brukte en 2SC975 transistor (NPN -type), men mange andre transistorer ville sannsynligvis fungere. 2SC975 var bokstavelig talt bare den første transistoren jeg dro ut av haugen med bergede komponenter.

I neste trinn skal vi rive ned den elektriske flyswatteren. Ikke bekymre deg, det er lett.

Trinn 3: Demonter Fly Swatter

Elektroniske flueflyttere kan variere noe i konstruksjonen, men siden vi bare er ute etter elektronikken inne, er det bare å rive den fra hverandre og trekke tarmen ut lol. Swatteren på bildene ovenfor er faktisk litt annerledes enn den jeg bygde inn i disken, da det ser ut til at produsenten endret design.

Start med å fjerne synlige skruer eller andre fester som holder det sammen, og hold øye med klistremerker eller ting som batteridekselet som kan skjule flere fester. Hvis tingen fremdeles ikke åpnes, kan det ta litt nysgjerrighet med en skrutrekker langs sømmene i swatterens plastlegeme.

Når du har åpnet den, må du bruke en trådkutter for å kutte ledningene ved flyzapperens mesh -rutenett. To svarte ledninger (noen ganger andre farger) stammer fra samme sted på brettet, hver til en av de ytre rutenettet. Dette er de negative eller "jordede" ledningene for høyspenningsutgangen. Siden disse ledningene kommer fra samme sted på kretskortet, og vi bare trenger en, kan du kutte en av på kretskortet og sette skraptråden til side for senere bruk.

Det skal være en rød ledning som fører til det indre nettet, og dette er den positive høyspenningsutgangen.

De andre ledningene som kommer fra kretskortet går til batteriboksen, og den med fjæren på enden er den negative forbindelsen. Ganske enkelt.

Hvis du tar fra hverandre hodet på swatteren, kanskje for å skille komponentene for resirkulering, må du passe på mulige skarpe kanter på metallnettet.

Trinn 4: Konstruer kretsen, og bruk den

Når du har komponentene dine, må du lodde dem sammen for å danne kretsen vist i diagrammet. Jeg varmlimte alt til et stykke klar plast jeg hadde liggende. Dette gir en solid og pålitelig krets, og ser også ganske bra ut. Det er en liten sjanse for at du kan gi deg selv en liten glipp av å berøre deler av denne kretsen mens den er aktivert, som tilkoblingen på piezo -høyttaleren, men du kan bare dekke tilkoblingene med varmt lim hvis det er et problem.

Når jeg endelig hadde alle komponentene jeg trengte for å bygge kretsen, kastet jeg den sammen på en ettermiddag. Avhengig av hvilke verdier av komponenter du har, kan du ende opp med å bruke færre komponenter enn jeg gjorde. Du kan også bruke et mindre Geiger -rør, og gjøre disken veldig kompakt. Geiger counter armbåndsur, noen?

Nå lurer du kanskje på: Hva trenger jeg en Geiger -teller for hvis jeg ikke har noe radioaktivt å peke på? Telleren klikker med få sekunders mellomrom bare fra bakgrunnsstråling, som består av kosmiske stråler og slikt. Men det er noen få strålekilder du kan finne for å bruke telleren din på:

Americium fra røykvarslere

Americium er et menneskeskapt (ikke naturlig forekommende) element, og brukes i røykdetektorer av ioniseringstype. Disse røykvarslerne er veldig vanlige, og du har sannsynligvis noen få hjemme. Det er faktisk ganske lett å si om du gjør det, for de har alle ordene som inneholder radioaktivt stoff Am 241 støpt inn i plasten. Americium, i form av americium dioxide, er belagt på en liten metallknapp inni, montert i et lite kabinett kjent som ioniseringskammeret. Americium er vanligvis belagt med et tynt lag med gull eller annet korrosjonsbestandig metall. Du kan åpne røykvarsleren og ta den lille knappen ut - det er vanligvis ikke veldig vanskelig.

Hvorfor stråling i en røykvarsler?

Inne i detektorens ioniseringskammer er det to metallplater som sitter overfor hverandre. Festet til en av dem er americium -knappen, som sender ut en konstant strøm av alfapartikler som krysser et lite luftgap og deretter absorberes av den andre platen. Luften mellom de to platene blir ionisert og er derfor noe ledende. Dette gjør at en liten strøm kan strømme mellom platene, og denne strømmen kan føles av røykdetektorens kretser. Når røykpartikler kommer inn i kammeret, absorberer de alfapartiklene og bryter kretsen og utløser alarmen.

Ja, men er det farlig?

Strålingen som sendes ut er relativt godartet, men for å være trygg anbefaler jeg følgende:

• Hold americium -knappen på et trygt sted borte fra barn, helst i en barnesikret beholder av noe slag
• Berør aldri ansiktet på knappen som americium er belagt med. Hvis du ved et uhell berører ansiktet på knappen, må du vaske hendene

Uran glass

Uran har blitt brukt, i oksidform, som tilsetningsstoff til glass. Den mest typiske fargen på uranglass er sykelig blekgulgrønn, som på 1920-tallet førte til kallenavnet "vaselinglass" (basert på en opplevd likhet med utseendet på vaselin som formulert og kommersielt solgt på den tiden). Du vil se det merket som "vaselinglass" på loppemarkeder og antikvitetsbutikker, og du kan vanligvis be om det med det navnet. Mengden uran i glasset varierer fra spornivåer til omtrent 2 vekt%, selv om noen stykker fra 1900-tallet ble laget med opptil 25% uran! De fleste uranglass er bare svært lite radioaktive, og jeg tror ikke det er farlig i det hele tatt å håndtere.

Du kan bekrefte uraninnholdet i glasset med svart lys (ultrafiolett lys), ettersom alt uranglass fluorescerer lysegrønt uavhengig av fargen på glasset under normalt lys (som kan variere mye). Jo lysere et stykke lyser under ultrafiolett lys, jo mer uran inneholder det. Mens biter av uranglass lyser under ultrafiolett lys, avgir de også sitt eget lys under enhver lyskilde som inneholder ultrafiolett (som sollys). De høyenergiske ultrafiolette bølgelengdene av lys treffer uranatomene og skyver elektronene til et høyere energinivå. Når uranatomene går tilbake til sitt normale energinivå, avgir de lys i det synlige spekteret.

Hvorfor uran?

Oppdagelsen og isoleringen av radium i uranmalm (pitchblende) av Marie Curie satte gang i utviklingen av gruvedrift av uran for å trekke ut radium, som ble brukt til å lage glød-i-mørket maling for ur og urskive. Dette etterlot en enorm mengde uran som et avfallsprodukt, siden det tar tre tonn uran å utvinne ett gram radium.

Thorium campinglyktemantler

Thorium brukes i campinglyktemantler, i form av toriumdioksid. Ved oppvarming for første gang brenner polyesterdelen av mantelen bort, mens toriumdioksid (sammen med andre ingredienser) beholder formen på mantelen, men blir til en slags keramikk som lyser ved oppvarming. Thorium brukes ikke lenger til denne applikasjonen, og ble avviklet av de fleste selskaper på midten av 90-tallet, og har blitt erstattet av andre elementer som ikke er radioaktive. Thorium ble brukt fordi det lager mantler som lyser veldig sterkt, og at lysstyrken ikke stemmer overens med de nyere, ikke-radioaktive mantlene. Hvordan vet du om mantelen du har er virkelig radioaktiv? Det er her Geiger -telleren kommer inn. Mantlene som jeg har støtt på gjør Geiger -telleren gal, mye mer enn uranglass eller americium -knapper. Det er ikke så mye at thorium er mer radioaktivt enn uran eller americium, men det er mye mer radioaktivt materiale i en lyktemantel enn i de andre kildene. Derfor er det virkelig rart å støte på så mye stråling i et forbrukerprodukt. De samme sikkerhetstiltakene som gjelder for americium -knappene gjelder også for lyktemantlene.

Takk for at du leser, alle sammen! Hvis du liker dette instruerbare, deltar jeg i konkurransen "bygg et verktøy", og setter stor pris på din stemme! Jeg vil også gjerne høre fra deg hvis du har kommentarer eller spørsmål (eller til og med tips/forslag/konstruktiv kritikk), så ikke vær redd for å la dem stå nedenfor.

Spesiell takk til min venn Lucca Rodriguez for å lage det vakre kretsdiagrammet for dette instruerbare.