کار Geiger Counter W/ حداقل قطعات: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

در اینجا ، به دانش من ، ساده ترین پیشخوان گایگر کاربردی است که می توانید بسازید. این لوله از یک لوله SMB-20 Geiger ساخت روسیه استفاده می کند که توسط یک مدار تقویت کننده ولتاژ بالا رانده شده و از یک قطعه الکترونیکی پرواز می کند. این ذرات بتا و پرتوهای گاما را تشخیص می دهد و برای هر ذره رادیواکتیو یا انفجار اشعه گاما یک کلیک از خود منتشر می کند. همانطور که در فیلم بالا مشاهده می کنید ، هر چند ثانیه یکبار از تابش پس زمینه کلیک می کند ، اما هنگامی که منابع تابشی مانند شیشه اورانیوم ، مانتوهای فانوس توریم یا دکمه های آمریکایی از آشکارسازهای دود نزدیک می شوند ، زنده می شود. من این شمارنده را برای کمک به من در شناسایی عناصر رادیواکتیو که برای پر کردن مجموعه عناصر خود نیاز دارم ، ساختم و بسیار عالی کار می کند! تنها اشکال واقعی این شمارنده این است که صدای آن زیاد نیست و میزان تابش تشخیص داده شده را بر حسب شمارش در دقیقه محاسبه و نمایش نمی دهد. این بدان معناست که شما هیچ نقطه داده واقعی دریافت نمی کنید ، فقط یک ایده کلی از رادیواکتیویته بر اساس تعداد کلیک هایی که می شنوید.

در حالی که کیت های شمارنده گایگر مختلف در شبکه موجود است ، اما اگر اجزای مناسب را داشته باشید ، می توانید خود را از ابتدا بسازید. بیایید شروع کنیم!

مرحله 1: شمارنده های گایگر و تابش: چگونه همه اینها کار می کنند

شمارنده گایگر (یا شمارنده گایگر-مولر) یک آشکارساز تشعشع است که توسط هانس گایگر و والتر مولر در سال 1928 ایجاد شد. امروزه تقریباً همه با صداهای کلیک که هنگام تشخیص چیزی که اغلب به عنوان "صدا" در نظر گرفته می شود ، آشنا هستند. تابش - تشعشع. قلب دستگاه لوله گایگر مولر است ، یک استوانه فلزی یا شیشه ای پر از گازهای بی اثر تحت فشار کم نگه داشته شده است. در داخل لوله دو الکترود وجود دارد که یکی از آنها در پتانسیل ولتاژ بالا (معمولاً 400-600 ولت) نگه داشته می شود در حالی که دیگری به زمین الکتریکی متصل است. با لوله در حالت استراحت ، هیچ جریانی نمی تواند از شکاف بین دو الکترود داخل لوله پرش کند و بنابراین جریانی جریان نمی یابد. با این حال ، هنگامی که یک ذره رادیواکتیو وارد لوله می شود ، مانند یک ذره بتا ، این ذره گاز داخل لوله را یونیزه می کند و باعث رسانایی آن می شود و اجازه می دهد جریان برای یک لحظه کوتاه بین الکترودها پرش کند. این جریان مختصر جریان ، بخش آشکارساز مدار را فعال می کند ، که یک "کلیک" قابل شنیدن را منتشر می کند. کلیک بیشتر به معنای تشعشع بیشتر است. بسیاری از شمارنده های گایگر همچنین توانایی شمارش تعداد کلیک و شمارش تعداد در دقیقه یا CPM را دارند و آن را در صفحه شماره گیری یا بازخوانی نمایش می دهند.

اجازه دهید از راه دیگری به عملکرد شمارنده گایگر نگاه کنیم. اصل کلیدی عملیات شمارنده گایگر لوله گایگر است و نحوه ایجاد ولتاژ بالا بر روی یک الکترود. این ولتاژ بالا مانند یک شیب تند کوهی پوشیده از برف عمیق است و تنها چیزی که لازم است مقدار کمی انرژی تابشی (شبیه به یک اسکی باز که از شیب پایین می رود) برای راه اندازی بهمن است. بهمن متعاقب آن انرژی بسیار بیشتری نسبت به خود ذره حمل می کند ، انرژی کافی برای تشخیص توسط بقیه مدار شمارنده گایگر.

از آنجا که احتمالاً مدتی است که بسیاری از ما در کلاس درس نشسته ایم و در مورد تشعشع اطلاعاتی کسب کرده ایم ، در اینجا یک تجدید سریع است.

ماده و ساختار اتم

تمام ماده از ذرات کوچکی به نام اتم تشکیل شده است. خود اتمها از ذرات حتی کوچکتر ، یعنی پروتونها ، نوترونها و الکترونها تشکیل شده اند. پروتون ها و نوترون ها در مرکز اتم با هم جمع شده اند - این قسمت را هسته می نامند. الکترون ها به دور هسته می چرخند.

پروتونها ذرات دارای بار مثبت ، الکترونها منفی هستند و نوترونها هیچ بار ندارند و بنابراین خنثی هستند ، از این رو نام آنها نامیده می شود. در حالت خنثی ، هر اتم دارای تعداد مساوی پروتون و الکترون است. از آنجا که پروتون ها و الکترون ها بارهای مساوی اما متضاد دارند ، این باعث می شود که اتم بار خالص خنثی داشته باشد. اما وقتی تعداد پروتون ها و الکترون ها در یک اتم مساوی نباشد ، اتم به یک ذره باردار به نام یون تبدیل می شود. شمارنده های گایگر قادر به تشخیص تشعشع یونیزه کننده هستند ، نوعی تابش که توانایی تبدیل اتم های خنثی به یون را دارد. سه نوع مختلف تابش یونیزان ذرات آلفا ، ذرات بتا و اشعه گاما هستند.

ذرات آلفا

ذره آلفا از دو نوترون و دو پروتون متصل به هم تشکیل شده و معادل هسته اتم هلیوم است. این ذره زمانی تولید می شود که به سادگی از هسته اتمی جدا شده و به پرواز در می آید. از آنجا که هیچ الکترون بار منفی برای حذف بار مثبت دو پروتون ندارد ، یک ذره آلفا یک ذره با بار مثبت است که یون نامیده می شود. ذرات آلفا نوعی تابش یونیزان هستند ، زیرا آنها قادر به سرقت الکترون ها از محیط اطراف خود هستند و با این کار اتم هایی را که از آنها سرقت می کنند ، خود به یون تبدیل می کنند. در دوزهای بالا ، این می تواند باعث آسیب سلولی شود. ذرات آلفا ناشی از پوسیدگی رادیواکتیو حرکت کندی دارند ، اندازه آنها نسبتاً بزرگ است و به دلیل بار آنها نمی توانند به راحتی از چیزهای دیگر عبور کنند. ذره در نهایت چند الکترون از محیط بیرون می آورد و با این کار به یک اتم هلیوم قانونی تبدیل می شود. تقریباً تمام هلیوم زمین به این شکل تولید می شود.

ذرات بتا

ذره بتا یا الکترون است یا پوزیترون. پوزیترون مانند الکترون است ، اما بار مثبت را حمل می کند. ذرات بتای منفی (الکترون) هنگامی که یک نوترون به یک پروتون تجزیه می شود ، و ذرات بتا پلاس (پوزیترون ها) هنگامی که یک پروتون به یک نوترون تجزیه می شود ، منتشر می شوند.

اشعه گاما

پرتوهای گاما فوتون هایی با انرژی بالا هستند. اشعه گاما در طیف الکترومغناطیسی ، فراتر از نور مرئی و فرابنفش قرار دارد. آنها قدرت نفوذ بالایی دارند و توانایی یونیزه شدن آنها از این واقعیت ناشی می شود که می توانند الکترون ها را از یک اتم جدا کنند.

لوله SMB-20 ، که ما برای ساخت آن استفاده می کنیم ، یک لوله معمولی ساخت روسیه است. دارای یک لایه فلزی نازک است که به عنوان الکترود منفی عمل می کند ، در حالی که یک سیم فلزی که از طول لوله در طول لوله عبور می کند ، به عنوان الکترود مثبت عمل می کند. برای اینکه لوله یک ذره رادیواکتیو یا اشعه گاما را تشخیص دهد ، ابتدا باید آن ذره یا اشعه به پوست فلزی نازک لوله نفوذ کند. ذرات آلفا به طور کلی قادر به انجام این کار نیستند ، زیرا معمولاً توسط دیواره های لوله متوقف می شوند. سایر لوله های گایگر که برای تشخیص این ذرات طراحی شده اند ، اغلب دارای پنجره خاصی به نام پنجره آلفا هستند که به این ذرات اجازه ورود به لوله را می دهد. پنجره معمولاً از یک لایه بسیار نازک میکا ساخته شده است و لوله گایگر باید بسیار نزدیک به منبع آلفا باشد تا بتواند ذرات را قبل از جذب توسط هوای اطراف جمع آوری کند. * آه* بنابراین در مورد تشعشع کافی است ، بیایید به ساخت این چیز بپردازیم.

مرحله 2: ابزارها و مواد خود را جمع آوری کنید

لوازم مورد نیاز:

• SMB-20 Geiger Tube (با قیمت حدود 20 دلار در eBay موجود است)
• مدار تقویت کننده ولتاژ بالا DC ، از یک قطعه فلزی الکترونیکی ارزان سرقت شده است. این مدل خاصی است که من استفاده کردم:
• دیودهای زنر با مجموع ارزش حدود 400 ولت (چهار عدد 100 ولت ایده آل خواهد بود)
• مقاومت هایی با مجموع مجموع 5 مگا اهم (من از 5 مگا اهم استفاده کردم)
• ترانزیستور - نوع NPN ، من از 2SC975 استفاده کردم
• عنصر بلندگوی Piezo (سرقت از مایکروویو یا اسباب بازی الکترونیکی پر سر و صدا)
• 1 عدد باتری AA
• نگهدارنده باتری AA
• سوئیچ روشن/خاموش (من از کلید لحظه ای SPST از فلایس واتر الکترونیکی استفاده کردم)
• قطعات سیم برق را قراضه کنید
• قطعه ای از چوب قراضه ، پلاستیک یا سایر مواد غیر رسانا برای استفاده به عنوان بستر برای ساخت مدار

ابزارهایی که استفاده کردم:

• لحیم کاری "مداد"
• لحیم با هسته کوچک رزین برای مصارف برقی
• تفنگ چسب داغ با چسب مناسب
• سیم بر، دم باریک
• استریپرهای سیم
• پیچ گوشتی (برای تخریب بادگیرهای الکترونیکی)

در حالی که این مدار در اطراف یک لوله SMB-20 ساخته شده است که قادر به تشخیص ذرات بتا و اشعه گاما است ، می توان آن را به راحتی برای استفاده از انواع لوله ها سازگار کرد. فقط محدوده ولتاژ کاری خاص و سایر مشخصات لوله خاص خود را بررسی کرده و مقادیر اجزا را بر این اساس تنظیم کنید. لوله های بزرگتر حساس تر از لوله های کوچکتر هستند ، فقط به این دلیل که هدف بزرگتری برای برخورد ذرات هستند.

لوله های گایگر برای کار به ولتاژهای بالایی احتیاج دارند ، بنابراین ما از مدار تقویت کننده DC از یک اسپاتر الکترونیکی برای افزایش 1.5 ولت باتری تا حدود 600 ولت استفاده می کنیم (در اصل بادگیر 3 ولت خاموش شد و حدود 1200 ولت را خاموش کرد. برای کشیدن مگس. آن را روی ولتاژهای بالاتر اجرا کنید و یک تیزر داشته باشید). SMB-20 دوست دارد در 400V حرکت کند ، بنابراین ما از دیودهای زنر برای تنظیم ولتاژ به آن مقدار استفاده می کنیم. من از سیزده زنر 33 ولت استفاده می کنم ، اما ترکیب های دیگر نیز به همان خوبی کار می کنند ، مانند زنرهای 4 در 100 ولت ، تا زمانی که مجموع مقادیر زنرها برابر ولتاژ هدف ، در این مورد 400 باشد.

از مقاومتها برای محدود کردن جریان به لوله استفاده می شود. SMB-20 مقاومت آند (سمت مثبت) حدود 5M اهم را دوست دارد ، بنابراین من از پنج مقاومت 1M اهم استفاده می کنم. تا زمانی که مقادیر آنها به حدود 5M اهم برسد ، می توان از هر گونه مقاومت استفاده کرد.

عنصر بلندگوی Piezo و ترانزیستور شامل بخش آشکارساز مدار هستند. عنصر بلندگوی Piezo صداهای کلیک را منتشر می کند و سیم های بلند روی آن به شما امکان می دهد آن را نزدیک گوش خود نگه دارید. من خوش شانس بودم که آنها را از مواردی مانند مایکروویو ، ساعت های زنگ دار و سایر چیزهایی که صدای بوق آزاردهنده می دهند نجات دادم. موردی که پیدا کردم دارای یک محفظه پلاستیکی زیبا در اطراف آن است که به تقویت صدای ناشی از آن کمک می کند.

ترانزیستور حجم کلیک ها را افزایش می دهد. شما می توانید مدار را بدون ترانزیستور بسازید ، اما کلیکهایی که مدار ایجاد می کند آنقدرها هم بلند نخواهد بود (منظورم این است که به سختی قابل شنیدن است). من از ترانزیستور 2SC975 (نوع NPN) استفاده کردم ، اما احتمالاً بسیاری از ترانزیستورهای دیگر کار می کنند. 2SC975 به معنای واقعی کلمه اولین ترانزیستوری بود که من از مجموعه اجزای نجات یافته خود بیرون کشیدم.

در مرحله بعد ما یک قطره بر روی فلایس واتر برقی انجام می دهیم. نگران نباش آسان است.

مرحله 3: قطعه گیر Fly Swatter را جدا کنید

ممکن است در ساخت و ساز کمی تفاوت داشته باشد ، اما از آنجا که ما فقط به دنبال وسایل الکترونیکی داخل هستیم ، فقط آن را از هم جدا کنید و روده را بیرون بیاورید lol. تصویر موجود در تصاویر بالا در واقع کمی متفاوت از چیزی است که من در پیشخوان ساختم ، زیرا به نظر می رسد که سازنده طراحی آنها را تغییر داده است.

با برداشتن پیچ های قابل مشاهده یا سایر بست ها که آن را در کنار هم نگه داشته اید ، توجه داشته باشید و به برچسب ها یا مواردی مانند روکش باتری که ممکن است بست های اضافی را پنهان کند ، توجه نکنید. اگر هنوز چیزی باز نشده است ، ممکن است با پیچ گوشتی در درزهای بدنه پلاستیکی اسپاتر کمی پیچیده شود.

هنگامی که آن را باز کردید ، باید از سیم برش برای قطع سیم ها در شبکه مش فلزی استفاده کنید. دو سیم سیاه (گاهی اوقات رنگهای دیگر) از یک مکان روی تخته سرچشمه می گیرند که هر کدام به یکی از شبکه های بیرونی منتهی می شوند. اینها سیمهای منفی یا "زمین" برای خروجی ولتاژ بالا هستند. از آنجایی که این سیمها از یک محل روی برد مدار می آیند ، و ما فقط به یکی نیاز داریم ، پیش بروید و یکی را روی صفحه بچسبانید ، سیم قراضه را برای استفاده بعدی کنار بگذارید.

باید یک سیم قرمز به شبکه داخلی منتهی شود و این خروجی مثبت ولتاژ بالا است.

سیمهای دیگر که از برد مدار می آید به جعبه باتری می رود و سیم با فنر در انتهای اتصال منفی است. خیلی ساده.

اگر سر اسپاتر را جدا می کنید ، شاید برای جدا کردن اجزای بازیافت ، مراقب لبه های تیز احتمالی روی توری فلزی باشید.

مرحله 4: مدار را بسازید و از آن استفاده کنید

هنگامی که اجزای خود را در اختیار دارید ، باید آنها را با هم لحیم کنید تا مدار نشان داده شده در نمودار ایجاد شود. من همه چیز را به یک تکه پلاستیک شفاف که دور آن چیده بودم ، داغ چسباندم. این باعث ایجاد یک مدار محکم و قابل اعتماد می شود و همچنین بسیار خوب به نظر می رسد. احتمال کمی وجود دارد که بتوانید از لمس قسمتهایی از این مدار در حالی که پرانرژی است ، مانند اتصال اسپیکر پیزو ، کمی به خود ضربه بزنید ، اما در صورت وجود مشکل می توانید اتصالات را با چسب حرارتی بپوشانید.

هنگامی که سرانجام تمام اجزای مورد نیاز برای ساخت مدار را در اختیار داشتم ، بعد از ظهر آن را کنار هم قرار دادم. بسته به مقادیر اجزای شما ، می توانید از اجزای کمتری نسبت به من استفاده کنید. همچنین می توانید از لوله گایگر کوچکتر استفاده کنید و پیشخوان را بسیار فشرده کنید. ساعت مچی شمارنده گیگر ، کسی؟

حالا ممکن است این سال برای شما پیش بیاید که اگر من هیچ وسیله رادیواکتیو ندارم که به آن اشاره کنم برای چه چیزی به شمارنده گایگر نیاز دارم؟ شمارنده هر چند ثانیه فقط از تابش پس زمینه ، که از پرتوهای کیهانی و موارد دیگر تشکیل شده است ، کلیک می کند. اما ، چند منبع تابش وجود دارد که می توانید از شمارنده خود در آنها استفاده کنید:

Americium از آشکارسازهای دود

Americium یک عنصر ساخته شده توسط انسان (نه به طور طبیعی) است ، و در آشکارسازهای دود از نوع یونیزاسیون استفاده می شود. این آشکارسازهای دود بسیار رایج هستند و احتمالاً تعدادی از آنها را در خانه خود دارید. در واقع تشخیص این امر بسیار آسان است ، زیرا همه آنها دارای کلمات حاوی ماده رادیواکتیو Am 241 هستند که در پلاستیک قالب شده اند. آمریکیوم ، به شکل دی اکسید آمریكیوم ، روی یك دكمه فلزی كوچك در داخل ، كه در محفظه كوچكی معروف به محفظه یونیزاسیون نصب شده است ، پوشانده شده است. آمریكوم معمولاً با یك لایه نازك طلا یا سایر فلزات مقاوم در برابر خوردگی پوشانده شده است. می توانید آشکارساز دود را باز کرده و دکمه کوچک را بیرون بیاورید - معمولاً زیاد سخت نیست.

چرا تشعشع در آشکارساز دود؟

در داخل محفظه یونیزاسیون آشکارساز ، دو صفحه فلزی روبروی هم قرار گرفته است. دکمه americium به یکی از آنها وصل شده است که جریان ثابتی از ذرات آلفا را منتشر می کند که از یک شکاف کوچک هوا عبور کرده و سپس توسط صفحه دیگر جذب می شود. هوای بین دو صفحه یونیزه می شود و بنابراین تا حدودی رسانا است. این اجازه می دهد تا یک جریان کوچک بین صفحات جریان یابد و این جریان را می توان با مدار آشکارساز دود حس کرد. وقتی ذرات دود وارد محفظه می شوند ، ذرات آلفا را جذب کرده و مدار را می شکنند و زنگ هشدار را فعال می کنند.

بله ، اما آیا خطرناک است؟

تابش ساطع شده نسبتاً خوش خیم است ، اما برای ایمن بودن موارد زیر را توصیه می کنم:

• دکمه americium را در مکانی امن و دور از بچه ها ، ترجیحاً در ظروف مخصوص کودکان نگه دارید
• هرگز روی دکمه ای که آمریکایی روی آن پوشانده شده است دست نزنید. اگر به طور تصادفی صورت دکمه را لمس کردید ، دستان خود را بشویید

شیشه اورانیوم

اورانیوم به صورت اکسید به عنوان افزودنی به شیشه استفاده شده است. معمولی ترین رنگ شیشه اورانیوم زرد مایل به سبز کم رنگ است ، که در دهه 1920 به نام مستعار "شیشه وازلین" منجر شد (بر اساس شباهت ظاهری با ظاهر ژله نفتی که در آن زمان فرموله شده و به صورت تجاری فروخته می شد). شما آن را با برچسب "شیشه وازلین" در بازارهای کک و عتیقه فروشی مشاهده خواهید کرد و معمولاً می توانید آن را با این نام درخواست کنید. مقدار اورانیوم موجود در شیشه از سطوح کمی تا حدود 2 درصد وزن متفاوت است ، اگرچه برخی قطعات قرن بیستم تا 25 درصد اورانیوم ساخته شده اند! اکثر شیشه های اورانیوم فقط کمی رادیواکتیو هستند و من فکر نمی کنم که کنترل آن خطرناک باشد.

می توانید میزان اورانیوم شیشه را با نور سیاه (نور ماوراء بنفش) تأیید کنید ، زیرا همه شیشه های اورانیوم بدون توجه به رنگی که شیشه در نور معمولی ظاهر می شود (که می تواند بسیار متفاوت باشد) به رنگ سبز روشن درخشان می شود. هرچه قطعه ای در زیر نور ماوراء بنفش بتابد ، اورانیوم بیشتری دارد. در حالی که تکه های شیشه اورانیوم در زیر نور ماوراء بنفش می درخشند ، خود نیز تحت هر منبع نوری که حاوی اشعه ماوراء بنفش (مانند نور خورشید) است ، خود نور می دهند. طول موج های فرابنفش پرانرژی نور به اتم های اورانیوم برخورد می کند و الکترون های آنها را به سطح انرژی بالاتری می رساند. وقتی اتم های اورانیوم به سطح طبیعی انرژی خود باز می گردند ، در طیف مرئی نور ساطع می کنند.

چرا اورانیوم؟

کشف و جداسازی رادیوم در سنگ معدن اورانیوم (pitchblende) توسط ماری کوری باعث توسعه معدن اورانیوم برای استخراج رادیوم شد ، که برای ایجاد رنگهای درخشان در تاریکی برای ساعت و هواپیما استفاده می شد. این مقدار زیادی اورانیوم را به عنوان یک ضایعات باقی می گذارد ، زیرا برای استخراج یک گرم رادیوم به سه تن اورانیوم نیاز است.

مانتوهای فانوس کمپینگ توریم

توریم در مانتوهای فانوس کمپینگ ، به شکل دی اکسید توریم استفاده می شود. هنگامی که برای اولین بار گرم می شود ، قسمت پلی استر گوشته می سوزد ، در حالی که دی اکسید توریم (همراه با سایر مواد) شکل گوشته را حفظ می کند اما به نوعی سرامیک تبدیل می شود که هنگام گرم شدن می درخشد. توریم دیگر برای این برنامه کاربردی ندارد ، زیرا در اواسط دهه 90 توسط اکثر شرکت ها متوقف شد و سایر عناصر غیر رادیواکتیو جایگزین آن شد. توریم به این دلیل استفاده می شود که مانتوهایی را بسیار درخشان می کند و این روشنایی با گوشته های جدیدتر و غیر رادیواکتیو مطابقت ندارد. چگونه می دانید که گوشته ای که دارید واقعاً رادیواکتیو است؟ آنجاست که شمارنده گایگر وارد می شود. گوشته هایی که من با آنها برخورد کرده ام شمارنده گیگر را بسیار دیوانه می کند ، بسیار بیشتر از شیشه های اورانیوم یا دکمه های آمریکایی. اینطور نیست که توریم رادیواکتیو تر از اورانیوم یا آمریکیوم باشد ، اما مواد رادیواکتیو بسیار بیشتری در گوشته فانوس نسبت به سایر منابع وجود دارد. به همین دلیل است که برخورد بسیار زیاد با تابش در یک محصول مصرفی واقعاً عجیب است. همان اقدامات احتیاطی ایمنی که در مورد دکمه های americium اعمال می شود ، در مورد مانتوهای فانوس نیز اعمال می شود.

از خواندن همه متشکرم! اگر این آموزش را دوست دارید ، من آن را در مسابقه "ساخت یک ابزار" شرکت می کنم و از رای شما واقعاً قدردانی می کنم! همچنین خوشحال می شوم اگر نظر یا س questionsالی (یا حتی راهنمایی/پیشنهاد/انتقاد سازنده) دارید از شما بشنوم ، بنابراین از گذاشتن موارد زیر نترسید.

با تشکر ویژه از دوست من لوکا رودریگز برای تهیه نمودار مدار زیبا برای این آموزش.