Puna kundër Geiger W/ Pjesë minimale: 4 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Këtu është, për dijeninë time, sporteli më i thjeshtë Geiger që mund të ndërtoni. Ky përdor një tub SMB-20 Geiger të prodhuar nga Rusia, i drejtuar nga një qark ngritës i tensionit të lartë i grabitur nga një grumbull elektronik i mizave. Ai zbulon grimcat beta dhe rrezet gama, duke lëshuar një klikim për çdo grimcë radioaktive ose rreze gama që zbulon. Siç mund ta shihni në videon e mësipërme, ajo klikon çdo disa sekonda nga rrezatimi në sfond, por me të vërtetë vjen në jetë kur burimet e rrezatimit të tilla si xhami uraniumi, mantelët e fenerit të toriumit ose butonat americium nga detektorët e tymit afrohen. Unë e ndërtova këtë sportel për të më ndihmuar të identifikoj elementët radioaktivë që më duhen për të mbushur koleksionin tim të elementeve, dhe funksionon shkëlqyeshëm! E vetmja pengesë e vërtetë e këtij numëruesi është se nuk është shumë e zhurmshme dhe nuk llogarit dhe shfaq sasinë e rrezatimit që zbulon në numërime në minutë. Kjo do të thotë që ju nuk merrni ndonjë pikë aktuale të të dhënave, vetëm një ide të përgjithshme të radioaktivitetit bazuar në sasinë e klikimeve që dëgjoni.

Ndërsa ekzistojnë komplete të ndryshme kundër counter Geiger të disponueshëm në rrjet, ju mund të krijoni tuajin nga e para nëse keni përbërësit e duhur. Le të fillojmë!

Hapi 1: Numëruesit Geiger dhe Rrezatimi: Si funksionon gjithçka

Numëruesi Geiger (ose numëruesi Geiger-Müller) është një detektor rrezatimi i zhvilluar nga Hans Geiger dhe Walther Müller në 1928. Sot, pothuajse të gjithë janë të njohur me tingujt e klikimit që bën kur zbulon diçka, shpesh të konsideruar si "tingulli" i rrezatimi. Zemra e pajisjes është tubi Geiger-Müller, një cilindër metalik ose qelqi i mbushur me gaze inerte të mbajtura nën presion të ulët. Brenda tubit janë dy elektroda, njëra prej të cilave mbahet në një potencial të tensionit të lartë (zakonisht 400-600 volt) ndërsa tjetra është e lidhur me tokën elektrike. Me tubin në gjendje pushimi, asnjë rrymë nuk është në gjendje të kapërcejë hendekun midis dy elektrodave brenda tubit, dhe kështu nuk rrjedh rrymë. Sidoqoftë, kur një grimcë radioaktive hyn në tub, siç është një grimcë beta, grimca jonizon gazin brenda tubit, duke e bërë atë përçues dhe duke lejuar që rryma të hidhet midis elektrodave për një çast të shkurtër. Ky rrjedhë e shkurtër e rrymës shkakton pjesën e detektorit të qarkut, i cili lëshon një "klik" të dëgjueshëm. Më shumë klikime do të thotë më shumë rrezatim. Shumë sportele Geiger gjithashtu kanë një aftësi për të numëruar numrin e klikimeve dhe llogaritjen e numërimeve në minutë, ose CPM, dhe ta shfaqin atë në një ekran të thirrjes ose leximit.

Le ta shikojmë funksionimin e sportelit Geiger në një mënyrë tjetër. Parimi kryesor i funksionimit të sportelit Geiger është tubi Geiger, dhe si krijon një tension të lartë në një elektrodë. Ky tension i lartë është si një shpat i pjerrët malor i mbuluar me borë të thellë, dhe gjithçka që duhet është një grimcë e vogël energjie rrezatimi (e ngjashme me një skiator që zbret në shpat) për të ngritur një ortek. Orteku që pason mbart me vete shumë më tepër energji sesa vetë grimca, energji e mjaftueshme për t'u zbuluar nga pjesa tjetër e qarkut të numëruesit Geiger.

Meqenëse ka shumë kohë që shumë prej nesh ulen në një klasë dhe mësuan rreth rrezatimit, këtu është një rifreskim i shpejtë.

Materia dhe Struktura e Atomit

E gjithë lënda përbëhet nga grimca të vogla të quajtura atome. Vetë atomet përbëhen nga grimca edhe më të vogla, përkatësisht protone, neutrone dhe elektrone. Protonet dhe neutronet janë grumbulluar së bashku në qendër të atomit - kjo pjesë quhet bërthamë. Elektronet rrotullohen rreth bërthamës.

Protonet janë grimca të ngarkuara pozitivisht, elektronet janë ngarkuar negativisht, dhe neutronet nuk mbajnë asnjë ngarkesë dhe për këtë arsye janë neutrale, prandaj edhe emri i tyre. Në një gjendje neutrale, çdo atom përmban një numër të barabartë të protoneve dhe elektroneve. Për shkak se protonet dhe elektronet mbartin ngarkesa të barabarta por të kundërta, kjo i jep atomit një ngarkesë neutrale neutrale. Sidoqoftë, kur numri i protoneve dhe elektroneve në një atom nuk është i barabartë, atomi bëhet një grimcë e ngarkuar e quajtur një jon. Numëruesit Geiger janë në gjendje të zbulojnë rrezatimin jonizues, një formë rrezatimi që ka aftësinë të transformojë atomet neutrale në jone. Tre llojet e ndryshme të rrezatimit jonizues janë grimcat Alfa, grimcat Beta dhe rrezet Gama.

Grimcat Alfa

Një grimcë alfa përbëhet nga dy neutrone dhe dy protone të lidhur së bashku, dhe është ekuivalenti i bërthamës së një atomi heliumi. Grimca krijohet kur ajo thjesht shkëputet nga një bërthamë atomike dhe fluturon. Për shkak se nuk ka asnjë elektron të ngarkuar negativisht për të anuluar ngarkesën pozitive të dy protoneve, një grimcë alfa është një grimcë e ngarkuar pozitivisht, e quajtur një jon. Grimcat alfa janë një formë e rrezatimit jonizues, sepse ato kanë aftësinë për të vjedhur elektrone nga mjedisi i tyre, dhe duke bërë kështu duke i shndërruar atomet nga të cilat vjedhin në jone vetë. Në doza të larta, kjo mund të shkaktojë dëme qelizore. Grimcat alfa të krijuara nga prishja radioaktive lëvizin ngadalë, me madhësi relativisht të madhe, dhe për shkak të ngarkesës së tyre nuk mund të kalojnë lehtë nëpër gjëra të tjera. Grimca përfundimisht merr disa elektrone nga mjedisi, dhe duke vepruar kështu bëhet një atom i ligjshëm i heliumit. Kështu prodhohet pothuajse i gjithë heliumi i tokës.

Grimcat Beta

Një grimcë beta është ose një elektron ose pozitron. Një pozitron është si një elektron, por mbart një ngarkesë pozitive. Grimcat beta-minus (elektronet) lëshohen kur një neutron zbërthehet në një proton, dhe grimcat Beta-plus (pozitrone) emetohen kur një proton kalbet në një neutron.

Rrezet e Gamës

Rrezet gama janë fotone me energji të lartë. Rrezet gama janë të vendosura në spektrin elektromagnetik, përtej dritës së dukshme dhe ultravjollcë. Ata kanë fuqi të madhe depërtuese dhe aftësia e tyre për të jonizuar vjen nga fakti se ata mund të rrëzojnë elektronet nga një atom.

Tubi SMB-20, të cilin do ta përdorim për këtë ndërtim, është një tub i zakonshëm i prodhuar nga Rusia. Ajo ka një lëkurë të hollë metalike që vepron si elektrodë negative, ndërsa një tel metalik që kalon përgjatë qendrës së tubit shërben si elektrodë pozitive. Në mënyrë që tubi të zbulojë një grimcë radioaktive ose rreze gama, ajo grimcë ose rreze së pari duhet të depërtojë në lëkurën e hollë metalike të tubit. Grimcat alfa në përgjithësi nuk janë në gjendje ta bëjnë këtë, pasi ato zakonisht ndalohen nga muret e tubit. Tubat e tjerë Geiger që janë krijuar për të zbuluar këto grimca shpesh kanë një dritare të veçantë, të quajtur dritarja Alfa, që lejon që këto grimca të hyjnë në tub. Dritarja është bërë zakonisht nga një shtresë shumë e hollë e mikë, dhe tubi Geiger duhet të jetë shumë afër burimit Alfa në mënyrë që të grimcat të grumbullohen para se të absorbohen nga ajri përreth. * Psherëtimë* Pra, kjo është e mjaftueshme për rrezatimin, le të fillojmë të ndërtojmë këtë gjë.

Hapi 2: Mblidhni mjetet dhe materialet tuaja

Furnizimet e nevojshme:

• SMB-20 Geiger Tube (në dispozicion për rreth 20 dollarë në eBay)
• Qarku i Rritjes së Tensionit të Lartë DC, i grabitur nga një grumbull elektronik i lirë i mizave. Ky është modeli specifik që kam përdorur:
• Diodat Zener me një vlerë totale të kombinuar prej rreth 400v (katër ato 100v do të ishin ideale)
• Rezistentët me një vlerë totale të kombinuar prej 5 Megohm (kam përdorur pesë 1 Megohm)
• Transistor - lloji NPN, kam përdorur 2SC975
• Elementi Piezo Speaker (i grabitur nga një mikrovalë ose një lodër elektronike e zhurmshme)
• 1 x bateri AA
• Mbajtës baterie AA
• Çelësi i ndezjes/fikjes (kam përdorur çelësin momental SPST nga fluturuesi elektronik)
• Copëzoni copa teli elektrik
• Copë druri të mbeturinave, plastike ose materiale të tjera jo përçuese për t'u përdorur si një substrat për të ndërtuar qarkun

Mjetet që kam përdorur:

• "Laps" hekur bashkues
• Lidhës me diametër të vogël me kolofon për qëllime elektrike
• Armë me Ngjitës të nxehtë me shkopinj zam të përshtatshëm
• Preres telash
• Zhveshëset e telave
• Kaçavidë (për prishjen e fluturuesit elektronik)

Ndërsa ky qark është ndërtuar rreth një tubi SMB-20, i cili është në gjendje të zbulojë grimcat beta dhe rrezet gama, ai lehtë mund të përshtatet për të përdorur një sërë tubash. Thjesht kontrolloni gamën e veçantë të tensionit të funksionimit dhe specifikimet e tjera të tubit tuaj të veçantë dhe rregulloni vlerat e përbërësve në përputhje me rrethanat. Tubat më të mëdhenj janë më të ndjeshëm se ato më të vegjël, thjesht sepse janë objektiva më të mëdhenj për grimcat që do të goditen.

Tubat Geiger kërkojnë tensione të larta për të punuar, kështu që ne po përdorim qarkun e rritjes DC nga një spërkatës elektronik për të rritur 1.5 volt nga bateria deri në rreth 600 volt (fillimisht shpërthimi i mizës ra nga 3 volt, duke nxjerrë rreth 1200v për zapping mizat. Drejtojeni atë në tensione më të larta dhe do të kishit një taser). SMB-20 pëlqen të drejtohet në 400V, kështu që ne përdorim diodat zener për të rregulluar tensionin në atë vlerë. Unë jam duke përdorur trembëdhjetë zener 33V, por kombinime të tjera do të funksiononin po aq mirë, siç janë zenerët 4 x 100V, për aq kohë sa vlera totale e zenerëve është e barabartë me tensionin e synuar, në këtë rast 400.

Rezistencat përdoren për të kufizuar rrymën në tub. SMB-20 i pëlqen një rezistencë anode (ana pozitive) prej rreth 5M Ohm, kështu që unë jam duke përdorur pesë rezistorë 1M Ohm. Çdo kombinim i rezistorëve mund të përdoret për sa kohë që vlerat e tyre shtohen deri në rreth 5M Ohm.

Elementi i altoparlantit Piezo dhe transistori përbëjnë pjesën e detektorit të qarkut. Elementi i altoparlantit Piezo lëshon zhurmat e klikimit dhe telat e gjata në të ju lejojnë ta mbani atë më afër veshit tuaj. Kam pasur fat të mirë duke i shpëtuar nga gjëra të tilla si mikrovalë, orë alarmi dhe gjëra të tjera që bëjnë zhurma beepi të bezdisshme. Ajo që gjeta ka një strehë të bukur plastike rreth saj e cila ndihmon në përforcimin e zërit që vjen prej saj.

Transistori rrit volumin e klikimeve. Ju mund ta ndërtoni qarkun pa një tranzistor, por klikimet që gjeneron qarku nuk do të jenë aq të larta (me këtë dua të them mezi të dëgjueshme). Kam përdorur një transistor 2SC975 (lloji NPN), por shumë transistorë të tjerë ndoshta do të funksiononin. 2SC975 ishte fjalë për fjalë vetëm transistori i parë që nxora nga grumbulli im i përbërësve të shpëtuar.

Në hapin tjetër, ne do të bëjmë një shkatërrim të fluturuesit elektrik. Mos u shqetëso është e lehtë.

Hapi 3: Çmontoni Fly Swatter

Flakët elektronikë të mizave mund të ndryshojnë pak në ndërtim, por meqenëse ne jemi vetëm pas elektronikës brenda, thjesht copëtojeni atë dhe nxirrni zorrët jashtë lol. Tipi në fotografitë e mësipërme është në fakt paksa i ndryshëm nga ai që kam ndërtuar në banak, pasi duket se prodhuesi ndryshoi modelin e tyre.

Filloni duke hequr çdo vidë të dukshme ose fiksues të tjerë që e mbajnë atë së bashku, duke mbajtur syrin tuaj për afishe ose gjëra të tilla si mbulesa e baterisë që mund të fshehin fiksues shtesë. Nëse gjëja ende nuk hapet, mund të zgjasë pak me një kaçavidë përgjatë qepjeve në trupin plastik të copëzës.

Pasi ta hapni atë, do t'ju duhet të përdorni një prerës teli për të prerë telat në rrjetën e rrjetës së fluturimit. Dy tela të zeza (ndonjëherë ngjyra të tjera) vijnë nga i njëjti vend në tabelë, secila prej tyre çon në një nga rrjetat e jashtme. Këto janë telat negative, ose "tokëzues" për daljen e tensionit të lartë. Meqenëse këto tela vijnë nga i njëjti vend në tabelën e qarkut, dhe ne kemi nevojë vetëm për një, shkoni përpara dhe kapeni njërën prej tyre në tabelën e qarkut, duke e lënë telin e skrapit mënjanë për përdorim të mëvonshëm.

Duhet të ketë një tel të kuq që të çon në rrjetin e brendshëm, dhe ky është dalja pozitive e tensionit të lartë.

Telat e tjerë që vijnë nga tabela e qarkut shkojnë në kutinë e baterisë, dhe ajo me sustën në fund është lidhja negative. Mjaft e thjeshtë.

Nëse e ndani kokën e copëzës, ndoshta për të ndarë përbërësit për riciklim, kini kujdes për skajet e mundshme të mprehta në rrjetën metalike.

Hapi 4: Ndërtoni qarkun dhe përdorni atë

Pasi të keni përbërësit tuaj, do t'ju duhet t'i bashkoni ato për të formuar qarkun e treguar në diagram. Unë ngjita gjithçka nxehtësisht në një copë plastike të qartë që kisha shtruar përreth. Kjo krijon një qark të fortë dhe të besueshëm, dhe gjithashtu duket mjaft mirë. Ekziston një shans i vogël që ju mund t'i jepni vetes një zap të vogël nga prekja e pjesëve të këtij qarku ndërsa është me energji, si lidhja në altoparlantin piezo, por thjesht mund t'i mbuloni lidhjet me zam të nxehtë nëse ka ndonjë problem.

Pasi më në fund kisha të gjithë përbërësit që më duheshin për të ndërtuar qarkun, e hodha së bashku në një pasdite. Në varësi të vlerave të komponentëve që keni, mund të përfundoni duke përdorur më pak përbërës sesa unë. Ju gjithashtu mund të përdorni një tub më të vogël Geiger dhe ta bëni sportelin shumë kompakt. Orë dore kundër Geiger, dikush?

Tani mund të pyesni veten, për çfarë më duhet një sportel Geiger nëse nuk kam asgjë radioaktive për ta treguar? Numëruesi do të klikojë çdo disa sekonda vetëm nga rrezatimi i sfondit, i cili përbëhet nga rrezet kozmike dhe të tjera. Por, ka disa burime rrezatimi që mund të gjeni për të përdorur sportelin tuaj në:

Americium nga detektorët e tymit

Americium është një element i krijuar nga njeriu (jo i natyrshëm) dhe përdoret në detektorët e tymit të tipit jonizues. Këta detektorë tymi janë shumë të zakonshëm dhe ju ndoshta keni disa në shtëpinë tuaj. Actuallyshtë në fakt mjaft e lehtë të thuash nëse e bën, sepse të gjitha kanë fjalët që përmbajnë substancë radioaktive Am 241 të derdhur në plastikë. Amerikiumi, në formën e dioksidit americium, është i veshur me një buton të vogël metalik brenda, të montuar në një rrethim të vogël të njohur si dhoma e jonizimit. Amerikiumi është i veshur zakonisht me një shtresë të hollë ari ose metali tjetër rezistent ndaj korrozionit. Ju mund të hapni detektorin e tymit dhe të hiqni butonin e vogël - zakonisht nuk është shumë e vështirë.

Pse rrezatimi në një detektor tymi?

Brenda dhomës së jonizimit të detektorit, ka dy pllaka metalike të ulura përballë njëra -tjetrës. I bashkangjitur njërit prej tyre është butoni americium, i cili po lëshon një rrjedhë konstante të grimcave alfa që kalojnë një hendek të vogël ajri dhe më pas absorbohen nga pllaka tjetër. Ajri midis dy pllakave jonizohet dhe për këtë arsye është disi përçues. Kjo lejon që një rrymë e vogël të rrjedhë midis pllakave, dhe kjo rrymë mund të ndihet nga qarku i detektorit të tymit. Kur grimcat e tymit hyjnë në dhomë, ato thithin grimcat alfa dhe prishin qarkun, duke shkaktuar alarmin.

Po, por a është e rrezikshme?

Rrezatimi i emetuar është relativisht i mirë, por për të qenë i sigurt rekomandoj sa vijon:

• Mbani butonin americium në një vend të sigurt larg fëmijëve, mundësisht në një enë të papërshkueshme nga fëmijët të një lloji
• Asnjëherë mos prekni faqen e butonit në të cilin është veshur americium. Nëse prekni aksidentalisht faqen e butonit, lani duart

Gotë uraniumi

Urani është përdorur, në formë oksidi, si një shtesë në xhami. Ngjyra më tipike e xhamit të uraniumit është e verdhë-jeshile e zbehtë, e cila në vitet 1920 çoi në pseudonimin "xhami vazelinë" (bazuar në një ngjashmëri të perceptuar me pamjen e vazelisë të formuar dhe të shitur komercialisht në atë kohë). Do ta shihni të etiketuar si "gotë vazeline" në tregjet e pleshtave dhe dyqanet antike, dhe zakonisht mund ta kërkoni me atë emër. Sasia e uraniumit në gotë ndryshon nga nivelet e gjurmëve në rreth 2% të peshës, edhe pse disa pjesë të shekullit të 20-të janë bërë me uranium deri në 25%! Shumica e xhamit të uraniumit është shumë pak radioaktiv dhe nuk mendoj se është aspak e rrezikshme për tu përdorur.

Ju mund të konfirmoni përmbajtjen e uraniumit në gotë me një dritë të zezë (dritë ultravjollcë), pasi e gjithë xhami i uraniumit ndriçon me ngjyrë të gjelbër të ndritshme pavarësisht nga ngjyra që xhami shfaqet nën dritën normale (e cila mund të ndryshojë shumë). Sa më e ndritshme të ndizet një copë nën dritën ultravjollcë, aq më shumë uranium përmban. Ndërsa copat e xhamit të uraniumit shkëlqejnë nën dritën ultravjollcë, ato gjithashtu lëshojnë dritën e tyre nën çdo burim drite që përmban ultravjollcë (si rrezet e diellit). Gjatësia e valës ultraviolet e energjisë me dritë godet atomet e uraniumit, duke i shtyrë elektronet e tyre në një nivel më të lartë energjie. Kur atomet e uraniumit kthehen në nivelin e tyre normal të energjisë, ata lëshojnë dritë në spektrin e dukshëm.

Pse uranium?

Zbulimi dhe izolimi i radiumit në mineralin e uraniumit (pitchblende) nga Marie Curie nxiti zhvillimin e minierave të uraniumit për të nxjerrë radiumin, i cili u përdor për të bërë ngjyra të ndezura në errësirë për orët dhe numrat e avionëve. Kjo la një sasi të madhe të uraniumit si një produkt mbeturinash, pasi duhen tre tonë uranium për të nxjerrë një gram radium.

Mantelet e fenerëve të kampeve Thorium

Thorium përdoret në mantelin e fenerëve të kampeve, në formën e dioksidit të toriumit. Kur nxehet për herë të parë, pjesa poliestër e mantelit digjet, ndërsa dioksidi i toriumit (së bashku me përbërësit e tjerë) ruan formën e mantelit, por bëhet një lloj qeramike që shkëlqen kur nxehet. Thorium nuk përdoret më për këtë aplikacion, duke u ndërprerë nga shumica e kompanive në mesin e viteve '90 dhe është zëvendësuar me elementë të tjerë që nuk janë radioaktivë. Thoriumi u përdor sepse i bën mantelët që shkëlqejnë shumë dhe kjo shkëlqim nuk përputhet fare me mantelët më të rinj, jo-radioaktivë. Si e dini nëse manteli që keni është vërtet radioaktiv? Aty vjen sporteli Geiger. Mantelët që kam hasur e çmendin sportelin Geiger, shumë më tepër sesa gotat e uraniumit ose butonat americium. Nuk është aq shumë se toriumi është më radioaktiv se uraniumi ose americiumi, por ka shumë më tepër material radioaktiv në një mantel fener sesa në ato burime të tjera. Kjo është arsyeja pse është vërtet e çuditshme të hasësh kaq shumë rrezatim në një produkt të konsumit. Të njëjtat masa paraprake të sigurisë që zbatohen për butonat americium vlejnë edhe për mantelin e fenerit.

Faleminderit për leximin, të gjithë! Nëse ju pëlqen kjo e udhëzueshme, unë po e marr atë në konkursin "ndërto një mjet" dhe do ta vlerësoja vërtet votën tuaj! Unë gjithashtu do të doja të dëgjoja nga ju nëse keni komente ose pyetje (apo edhe këshilla/sugjerime/kritika konstruktive), kështu që mos kini frikë t'i lini ato më poshtë.

Falënderime të veçanta për shoqen time Lucca Rodriguez që bëri diagramin e bukur qarkor për këtë të udhëzueshëm.