Contor Geiger de lucru cu părți minime: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Iată, din câte știu, cel mai simplu contor Geiger funcțional pe care îl puteți construi. Acesta folosește un tub SMB-20 Geiger fabricat în Rusia, acționat de un circuit de înaltă tensiune amplificat prins de un swatter electronic. Detectează particulele beta și razele gamma, emițând un clic pentru fiecare explozie de particule radioactive sau gamma pe care o detectează. După cum puteți vedea în videoclipul de mai sus, face clic la fiecare câteva secunde din radiațiile de fundal, dar prinde viață cu adevărat atunci când surse de radiații, cum ar fi sticla de uraniu, mantile cu lanterne de toriu sau butoanele de americi de la detectoarele de fum sunt apropiate. Am construit acest contor pentru a mă ajuta să identific elementele radioactive de care am nevoie pentru a completa colecția mea de elemente și funcționează excelent! Singurele dezavantaje reale ale acestui contor este că nu este foarte tare și nu calculează și nu afișează cantitatea de radiații pe care o detectează în număr pe minut. Asta înseamnă că nu primiți niciun punct de date real, ci doar o idee generală despre radioactivitate pe baza numărului de clicuri pe care le auziți.

Deși există diverse seturi de contoare Geiger disponibile pe net, vă puteți construi propriile dvs. de la zero dacă aveți componentele potrivite. Să începem!

Pasul 1: Contoare și radiații Geiger: cum funcționează totul

Contorul Geiger (sau contorul Geiger-Müller) este un detector de radiații dezvoltat de Hans Geiger și Walther Müller în 1928. Astăzi, aproape toată lumea este familiarizată cu sunetele de clic pe care le face atunci când detectează ceva, adesea considerat „sunetul” radiații. Inima dispozitivului este tubul Geiger-Müller, un cilindru metalic sau de sticlă umplut cu gaze inerte ținute sub presiune scăzută. În interiorul tubului sunt doi electrozi, dintre care unul este ținut la un potențial de înaltă tensiune (de obicei 400-600 volți) în timp ce celălalt este conectat la masă electrică. Cu tubul într-o stare de repaus, niciun curent nu este capabil să sară între spațiul dintre cei doi electrozi din interiorul tubului și, astfel, nu curge curent. Cu toate acestea, atunci când o particulă radioactivă intră în tub, cum ar fi o particulă beta, particula ionizează gazul din interiorul tubului, făcându-l conductor și permițând curentului să sară între electrozi pentru o scurtă clipă. Acest scurt flux de curent declanșează porțiunea de detector a circuitului, care emite un „clic” audibil. Mai multe clicuri înseamnă mai multă radiație. Multe contoare Geiger au, de asemenea, capacitatea de a număra numărul de clicuri și de a calcula numărul pe minut, sau CPM, și de a-l afișa pe un cadran sau pe un afișaj de citire.

Să ne uităm la funcționarea contorului Geiger într-un alt mod. Principalul cheie al operației de contorizare Geiger este tubul Geiger și modul în care configurează o tensiune înaltă pe un electrod. Această tensiune înaltă este ca o pantă abruptă de munte acoperită de zăpadă adâncă și este suficientă o cantitate mică de energie radiațională (asemănătoare cu un schior care coboară panta) pentru a declanșa o avalanșă. Avalanșa care urmează transportă cu sine mult mai multă energie decât particula în sine, suficientă energie pentru a fi detectată de restul circuitului de contor Geiger.

Din moment ce probabil a trecut ceva timp de când mulți dintre noi am stat într-o sală de clasă și am aflat despre radiații, iată o actualizare rapidă.

Materia și structura atomului

Toată materia este compusă din particule minuscule numite atomi. Atomii înșiși sunt compuși din particule chiar mai mici, și anume protoni, neutroni și electroni. Protonii și neutronii sunt grupați împreună în centrul atomului - această parte se numește nucleu. Electronii orbitează nucleul.

Protonii sunt particule încărcate pozitiv, electronii sunt încărcați negativ, iar neutronii nu sunt încărcați și, prin urmare, sunt neutri, de unde și numele lor. Într-o stare neutră, fiecare atom conține un număr egal de protoni și electroni. Deoarece protonii și electronii poartă sarcini egale, dar opuse, aceasta conferă atomului o sarcină netă neutră. Cu toate acestea, atunci când numărul de protoni și electroni dintr-un atom nu este egal, atomul devine o particulă încărcată numită ion. Contoarele Geiger sunt capabile să detecteze radiațiile ionizante, o formă de radiație care are capacitatea de a transforma atomii neutri în ioni. Cele trei tipuri diferite de radiații ionizante sunt particulele alfa, particulele beta și razele gamma.

Particule alfa

O particulă alfa este formată din doi neutroni și doi protoni legați între ei și este echivalentul nucleului unui atom de heliu. Particula este generată atunci când pur și simplu se desprinde dintr-un nucleu atomic și zboară. Deoarece nu are electroni încărcați negativ pentru a anula sarcina pozitivă a celor doi protoni, o particulă alfa este o particulă încărcată pozitiv, numită ion. Particulele alfa sunt o formă de radiații ionizante, deoarece au capacitatea de a fura electroni din mediul înconjurător și transformând astfel atomii din care fură în ioni. În doze mari, acest lucru poate provoca leziuni celulare. Particulele alfa generate de dezintegrarea radioactivă se mișcă lent, au dimensiuni relativ mari și, din cauza încărcării lor, nu pot trece cu ușurință prin alte lucruri. Particula captează în cele din urmă câțiva electroni din mediul înconjurător și, astfel, devine un atom legitim de heliu. Așa se produce aproape tot heliul terestru.

Particule beta

O particulă beta este fie un electron, fie pozitron. Un pozitron este ca un electron, dar poartă o sarcină pozitivă. Particulele beta-minus (electroni) sunt emise atunci când un neutron se descompune într-un proton, iar particulele Beta-plus (pozitroni) sunt emise atunci când un proton se descompune într-un neutron.

Raze gamma

Razele gamma sunt fotoni cu energie mare. Razele gamma sunt situate în spectrul electromagnetic, dincolo de lumina vizibilă și ultraviolete. Au o putere de penetrare ridicată, iar capacitatea lor de ionizare provine din faptul că pot scoate electroni dintr-un atom.

Tubul SMB-20, pe care îl vom folosi pentru această construcție, este un tub comun fabricat în Rusia. Are o piele subțire de metal care acționează ca electrod negativ, în timp ce un fir metalic care trece longitudinal prin centrul tubului servește ca electrod pozitiv. Pentru ca tubul să detecteze o particulă radioactivă sau o rază gamma, acea particulă sau rază trebuie să pătrundă mai întâi în pielea subțire de metal a tubului. Particulele alfa sunt în general incapabile să facă acest lucru, deoarece sunt de obicei oprite de pereții tubului. Alte tuburi Geiger care sunt proiectate pentru a detecta aceste particule au adesea o fereastră specială, numită fereastră Alpha, care permite acestor particule să pătrundă în tub. Fereastra este de obicei realizată dintr-un strat foarte subțire de mică, iar tubul Geiger trebuie să fie foarte aproape de sursa Alpha pentru a prelua particulele înainte ca acestea să fie absorbite de aerul înconjurător. * Suspin * Deci, este suficient despre radiații, să începem să construim acest lucru.

Pasul 2: Strângeți-vă instrumentele și materialele

Consumabile necesare:

• SMB-20 Geiger Tube (disponibil pentru aproximativ 20 USD pe eBay)
• Circuit intensificat de înaltă tensiune DC, jefuit de la un swatter electronic ieftin. Acesta este modelul specific pe care l-am folosit:
• Diodele Zener cu o valoare totală combinată de aproximativ 400v (patru dintre cele 100v ar fi ideale)
• Rezistoare cu o valoare totală combinată de 5 Megohm (am folosit cinci 1 Megohm)
• Tranzistor - tip NPN, am folosit 2SC975
• Element de difuzor piezo (jefuit de la un cuptor cu microunde sau jucărie electronică zgomotoasă)
• 1 x baterie AA
• Suport baterie AA
• Comutator pornire / oprire (am folosit comutatorul momentan SPST de la flyswatterul electronic)
• Resturi de bucăți de sârmă electrică
• Bucată de resturi de lemn, plastic sau alt material neconductiv de utilizat ca substrat pentru construirea circuitului

Instrumente pe care le-am folosit:

• Fier de lipit „creion”
• Lipire cu miez de colofoniu cu diametru mic în scopuri electrice
• Pistol de lipit fierbinte cu lipici corespunzătoare
• Freze de sârmă
• Decapanti de sârmă
• Șurubelniță (pentru demolarea moscatului electronic)

În timp ce acest circuit este construit în jurul unui tub SMB-20, care este capabil să detecteze particulele beta și razele gamma, poate fi ușor adaptat pentru a utiliza o varietate de tuburi. Verificați doar intervalul de tensiune de funcționare și alte specificații ale tubului dvs. particular și reglați valorile componentelor în consecință. Tuburile mai mari sunt mai sensibile decât cele mai mici, pur și simplu pentru că sunt ținte mai mari pentru ca particulele să lovească.

Tuburile Geiger necesită tensiuni ridicate pentru a funcționa, așa că folosim circuitul DC step-up de la un swatter electronic pentru a crește 1,5 volți de la baterie până la aproximativ 600 de volți (inițial, swatter-ul de zbor acoperea 3 volți, scoțând aproximativ 1200v pentru zapping muște. Rulați-l la tensiuni mai mari și ați avea un taser). SMB-20 îi place să fie condus la 400V, așa că folosim diode zener pentru a regla tensiunea la acea valoare. Folosesc treisprezece zeneri de 33V, dar alte combinații ar funcționa la fel de bine, cum ar fi zenerii de 4 x 100V, atâta timp cât totalul valorilor zenerilor este egal cu tensiunea țintă, în acest caz 400.

Rezistoarele sunt folosite pentru a limita curentul la tub. SMB-20 îi place un rezistor cu anod (partea pozitivă) de aproximativ 5M ohm, așa că folosesc cinci rezistențe de 1M ohm. Orice combinație de rezistențe poate fi utilizată atât timp cât valorile lor se ridică la aproximativ 5M ohm.

Elementul difuzor piezo și tranzistorul cuprind porțiunea detector a circuitului. Elementul difuzor piezo emite zgomote de clic, iar firele lungi de pe acesta vă permit să îl țineți mai aproape de ureche. Am avut noroc salvându-i de lucruri precum microundele, ceasurile cu alarmă și alte lucruri care fac zgomote enervante. Cel pe care l-am găsit are o carcasă de plastic frumoasă în jurul său, care ajută la amplificarea sunetului care vine de la el.

Tranzistorul mărește volumul clicurilor. Puteți construi circuitul fără un tranzistor, dar clicurile generate de circuit nu vor fi la fel de puternice (prin asta mă refer abia la auz). Am folosit un tranzistor 2SC975 (tip NPN), dar probabil ar funcționa mulți alți tranzistori. 2SC975 a fost literalmente doar primul tranzistor pe care l-am scos din teancul meu de componente recuperate.

În pasul următor vom face o dărâmare a zgomotului electric. Nu vă faceți griji, este ușor.

Pasul 3: Dezasamblați Fly Swatter

Swatters-urile electronice pot diferi ușor în ceea ce privește construcția, dar din moment ce suntem doar după electronica din interior, pur și simplu rupeți-o și scoateți tripa afară lol. Swatter din imaginile de mai sus este de fapt ușor diferit de cel pe care l-am încorporat în tejghea, deoarece se pare că producătorul și-a schimbat designul.

Începeți prin îndepărtarea oricăror șuruburi vizibile sau alte elemente de fixare care îl țin împreună, ținând ochii în afară pentru autocolante sau lucruri precum capacul bateriei care ar putea ascunde elemente de fixare suplimentare. Dacă lucrul încă nu se deschide, ar putea fi nevoie de o curățare cu o șurubelniță de-a lungul cusăturilor din corpul de plastic al swatter-ului.

Odată ce îl deschideți, va trebui să utilizați un tăietor de sârmă pentru a tăia firele de pe rețeaua de plasă a zapperului. Două fire negre (uneori alte culori) provin din același loc de pe tablă, fiecare ducând la una dintre grilele exterioare. Acestea sunt firele negative sau „împământate” pentru ieșirea de înaltă tensiune. Deoarece aceste fire provin din același loc de pe placa de circuit și avem nevoie doar de unul, mergeți mai departe și scoateți unul de pe placa de circuit, punând firul de fier vechi deoparte pentru o utilizare ulterioară.

Ar trebui să existe un fir roșu care să ducă la rețeaua interioară, iar aceasta este ieșirea pozitivă de înaltă tensiune.

Celelalte fire care vin de pe placa de circuit merg la cutia bateriei, iar cea cu arc la capăt este conexiunea negativă. Destul de simplu.

Dacă îndepărtați capul swatterului, poate pentru a separa componentele pentru reciclare, aveți grijă la eventualele margini ascuțite ale ochiului metalic.

Pasul 4: Construiește circuitul și folosește-l

Odată ce aveți componentele, va trebui să le lipiți împreună pentru a forma circuitul prezentat în diagramă. Am lipit totul la cald de o bucată de plastic transparent pe care o aveam așezată în jur. Acest lucru creează un circuit robust și fiabil și, de asemenea, arată destul de bine. Există o mică șansă de a vă oferi un pic de zap din atingerea unor părți ale acestui circuit în timp ce acesta este energizat, cum ar fi conexiunea pe difuzorul piezo, dar puteți acoperi conexiunile doar cu adeziv fierbinte dacă există o problemă.

Odată ce am avut în sfârșit toate componentele de care aveam nevoie pentru a construi circuitul, l-am aruncat împreună într-o după-amiază. În funcție de ce valori ai componentelor pe care le ai, ai putea ajunge să folosești mai puține componente decât am făcut-o eu. De asemenea, puteți utiliza un tub Geiger mai mic și puteți face contorul foarte compact. Ceas de mână Geiger, cineva?

Acum s-ar putea să vă întrebați, pentru ce am nevoie de un contor Geiger dacă nu am nimic radioactiv pentru a-l indica? Contorul va face clic la fiecare câteva secunde doar din radiația de fundal, care este compusă din raze cosmice și altele. Dar, există câteva surse de radiații pe care le puteți găsi pentru a utiliza contorul:

Americium din detectoarele de fum

Americiul este un element creat de om (care nu apare în mod natural) și este utilizat în detectoarele de fum de tip ionizare. Aceste detectoare de fum sunt foarte frecvente și probabil că aveți câțiva acasă. Este de fapt destul de ușor de văzut dacă da, pentru că toate au cuvintele conțin substanță radioactivă Am 241 turnată în plastic. Americiul, sub formă de dioxid de americium, este placat pe un mic buton metalic din interior, montat într-o mică incintă cunoscută sub numele de cameră de ionizare. Americiul este de obicei placat cu un strat subțire de aur sau alt metal rezistent la coroziune. Puteți deschide detectorul de fum și scoate butonul mic - de obicei nu este foarte greu.

De ce radiațiile dintr-un detector de fum?

În interiorul camerei de ionizare a detectorului, există două plăci metalice așezate una față de cealaltă. La unul dintre ele este atașat butonul americium, care emite un flux constant de particule alfa care traversează un mic spațiu de aer și sunt apoi absorbite de cealaltă placă. Aerul dintre cele două plăci devine ionizat și, prin urmare, este oarecum conductiv. Acest lucru permite să curgă un curent mic între plăci, iar acest curent poate fi detectat de circuitele detectorului de fum. Când particulele de fum pătrund în cameră, acestea absorb particulele alfa și rup circuitul, declanșând alarma.

Da, dar este periculos?

Radiația emisă este relativ benignă, dar pentru a fi sigur recomand următoarele:

• Păstrați butonul de americium într-un loc sigur, departe de copii, de preferință într-un recipient rezistent la copii
• Nu atingeți niciodată fața butonului pe care este placat americiul. Dacă atingeți accidental fața butonului, spălați-vă pe mâini

Sticlă de uraniu

Uraniul a fost folosit sub formă de oxid, ca aditiv la sticlă. Cea mai tipică culoare a sticlei de uraniu este verde-gălbuie palid, care în anii 1920 a dus la porecla de „sticlă vaselină” (bazată pe o asemănare percepută cu apariția jeleului de petrol așa cum a fost formulată și comercializată în acel moment). O veți vedea etichetată ca „sticlă cu vaselină” în piețele de vechituri și în magazinele de antichități și, de obicei, o puteți solicita cu acest nume. Cantitatea de uraniu din sticlă variază de la niveluri urme la aproximativ 2% din greutate, deși unele piese din secolul al XX-lea au fost realizate cu până la 25% uraniu! Majoritatea sticlei de uraniu este doar foarte puțin radioactivă și nu cred că este deloc periculoasă de manipulat.

Puteți confirma conținutul de uraniu al sticlei cu o lumină neagră (lumină ultravioletă), întrucât toate sticlele de uraniu fluoresc verde strălucitor, indiferent de culoarea în care sticla apare sub lumină normală (care poate varia foarte mult). Cu cât o piesă strălucește sub lumina ultravioletă, cu atât conține mai mult uraniu. În timp ce bucăți de sticlă de uraniu strălucesc sub lumina ultravioletă, ele degajă și ele propria lor lumină sub orice sursă de lumină care conține ultraviolete (cum ar fi lumina soarelui). Lungimile de undă ultraviolete cu energie ridicată ale luminii lovesc atomii de uraniu, împingând electronii lor într-un nivel de energie mai ridicat. Când atomii de uraniu revin la nivelul lor normal de energie, ei emit lumină în spectrul vizibil.

De ce uraniu?

Descoperirea și izolarea radiului în minereul de uraniu (pitchblendă) de Marie Curie a declanșat dezvoltarea mineritului de uraniu pentru extragerea radiului, care a fost folosit pentru a face vopsele strălucitoare în întuneric pentru cadranele de ceas și aeronave. Acest lucru a lăsat o cantitate prodigioasă de uraniu ca deșeu, deoarece este nevoie de trei tone de uraniu pentru a extrage un gram de radiu.

Mantii pentru lanterne de camping toriu

Toriu este utilizat în mantale de lanterne de camping, sub formă de dioxid de toriu. Când este încălzit pentru prima dată, partea din poliester a mantalei arde, în timp ce dioxidul de toriu (împreună cu alte ingrediente) păstrează forma mantalei, dar devine un fel de ceramică care strălucește atunci când este încălzită. Toriu nu mai este utilizat pentru această aplicație, fiind întrerupt de majoritatea companiilor la mijlocul anilor '90 și a fost înlocuit cu alte elemente care nu sunt radioactive. Toriu a fost folosit pentru că produce mantele care strălucesc foarte puternic, iar această strălucire nu este pe măsură potrivită cu mantile mai noi, non-radioactive. De unde știi dacă mantaua pe care o ai este într-adevăr radioactivă? Aici intervine ghișeul Geiger. Mantele pe care le-am întâlnit înnebunesc ghișeul Geiger, mult mai mult decât butoanele din sticlă de uraniu sau americium. Nu este atât de mult ca toriul să fie mai radioactiv decât uraniul sau americiul, dar există mult mai mult material radioactiv în mantaua felinarului decât în acele alte surse. De aceea este cu adevărat ciudat să întâlnești atât de multe radiații într-un produs de larg consum. Aceleași măsuri de siguranță care se aplică butoanelor de americi se aplică și mantalelor felinarelor.

Vă mulțumim pentru lectură, tuturor! Dacă vă place acest lucru instructabil, îl introduc în concursul „Construiți un instrument” și aș aprecia cu adevărat votul dvs.! Mi-ar plăcea, de asemenea, să aud de la dumneavoastră dacă aveți comentarii sau întrebări (sau chiar sfaturi / sugestii / critici constructive), așa că nu vă fie teamă să le lăsați pe cele de mai jos.

Mulțumiri speciale prietenului meu Lucca Rodriguez pentru că a făcut frumoasa schemă de circuit pentru acest lucru instructabil.