Minimum hissələrlə işləyən Geiger sayğacı: 4 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

Bildiyimə görə, qura biləcəyiniz ən sadə işləyən Geiger sayğacı. Bu, elektron bir milçəkdən oğurlanan yüksək gərginlikli bir pilləli dövrə ilə idarə olunan Rusiya istehsalı olan SMB-20 Geiger borusundan istifadə edir. Beta hissəcikləri və qamma şüalarını algılar, aşkarladığı hər radioaktiv hissəcik və ya qamma şüası üçün bir klik yayar. Yuxarıdakı videoda gördüyünüz kimi, arxa plan radiasiyasından bir neçə saniyədə bir tıklanır, ancaq uran şüşəsi, torium fənəri mantiya və ya tüstü detektorlarından Amerika düymələri kimi radiasiya mənbələri yaxınlaşdırıldıqda həqiqətən canlanır. Element kolleksiyamı doldurmağım lazım olan radioaktiv elementləri müəyyənləşdirməyimə kömək etmək üçün bu sayğacı qurdum və əla işləyir! Bu sayğacın yeganə əsl çatışmazlığı, çox yüksək olmaması və dəqiqədə hesabladığı radiasiya miqdarını hesablamaması və göstərməməsidir. Bu o deməkdir ki, heç bir faktiki məlumat nöqtəsi almırsınız, eşitdiyiniz kliklərin miqdarına əsaslanan radioaktivlik haqqında ümumi bir fikir.

Şəbəkədə müxtəlif Geiger sayğac dəstləri mövcud olsa da, doğru komponentlərə sahibsinizsə özünüzü sıfırdan qura bilərsiniz. Gəlin başlayaq!

Addım 1: Geiger sayğacları və şüalanma: hamısı necə işləyir

Geiger sayğacı (və ya Geiger-Müller sayğacı) Hans Geiger və Walther Müller tərəfindən 1928-ci ildə hazırlanmış bir radiasiya detektordur. Bu gün, demək olar ki, hər kəs "səs" olaraq qəbul edilən bir şeyi aldıqda çıxardığı səsi eşidir. radiasiya. Cihazın ürəyi, aşağı təzyiq altında tutulan inert qazlarla dolu bir metal və ya şüşə silindrli Geiger-Müller borusudur. Borunun içərisində biri yüksək gərginlik potensialında (adətən 400-600 volt) tutulan, digəri elektrik cərəyanına qoşulmuş iki elektrod var. Boru istirahət vəziyyətində olduqda, heç bir cərəyan borunun içindəki iki elektrod arasındakı boşluğu atlaya bilmir və buna görə də heç bir cərəyan axmır. Bununla birlikdə, bir beta hissəciyi kimi bir radioaktiv hissəcik boruya girəndə, hissəcik borunun içindəki qazı ionlaşdırır, onu keçirici edir və cərəyanın qısa bir müddət ərzində elektrodlar arasında tullanmasına imkan verir. Bu qısa cərəyan axını, səsli bir "klik" yayan dövrənin detektor hissəsini işə salır. Daha çox klik daha çox radiasiya deməkdir. Bir çox Geiger sayğacının klik sayını saymaq və dəqiqədə hesablamaları hesablamaq və ya CPM etmək və onu yığmaq və ya oxumaq ekranında göstərmək imkanı da var.

Geiger sayğacının işinə başqa bir şəkildə baxaq. Geiger sayğac əməliyyatının əsas prinsipi, Geiger borusudur və bir elektrodda necə yüksək gərginlik qurur. Bu yüksək gərginlik, dərin qarla örtülmüş dik bir dağ yamacına bənzəyir və uçqun törətmək üçün kiçik bir radiasiya enerjisi (yamacdan enən bir xizəkçiyə bənzər) kifayətdir. Sonrakı uçqun, hissəciyin özündən daha çox enerji daşıyır və Geiger sayğac dövrəsinin qalan hissəsində aşkarlanacaq qədər enerji daşıyır.

Çoxumuzun bir sinifdə oturub şüalanma haqqında öyrənməyimizdən bir müddət keçdiyinə görə burada tez bir yeniləmə var.

Maddə və Atomun Quruluşu

Bütün maddələr atom adlanan kiçik hissəciklərdən ibarətdir. Atomların özləri daha kiçik hissəciklərdən, yəni protonlardan, neytronlardan və elektronlardan ibarətdir. Proton və neytronlar atomun mərkəzində bir yerə yığılır - bu hissəyə nüvə deyilir. Elektronlar nüvənin ətrafında fırlanır.

Protonlar müsbət yüklü hissəciklərdir, elektronlar mənfi yüklüdür və neytronlar heç bir yük daşımır və buna görə də neytraldır, buna görə də adı belədir. Neytral vəziyyətdə hər bir atom bərabər sayda proton və elektron ehtiva edir. Protonlar və elektronlar bərabər, lakin əks yüklərə malik olduqları üçün bu, atoma neytral xalis yük verir. Ancaq bir atomdakı protonların və elektronların sayı bərabər olmadıqda, atom ion adlanan yüklü bir hissəciyə çevrilir. Geiger sayğacları neytral atomları ionlara çevirmək qabiliyyətinə malik olan ionlaşdırıcı şüalanmanı aşkar edə bilir. Üç fərqli ionlaşdırıcı şüalanma Alfa hissəcikləri, Beta hissəcikləri və Qamma şüalarıdır.

Alfa hissəcikləri

Alfa hissəcikləri iki neytrondan və iki protondan ibarətdir və bir helium atomunun nüvəsinə bərabərdir. Hissəcik sadəcə bir atom nüvəsindən qopub uçduqda yaranır. İki protonun pozitiv yükünü ləğv etmək üçün heç bir mənfi yüklü elektron olmadığı üçün bir alfa hissəciyi ion adlanan müsbət yüklü bir hissəcikdir. Alfa hissəcikləri bir növ ionlaşdırıcı şüalanmadır, çünki ətraflarından elektron oğurlamaq qabiliyyətinə malikdirlər və bununla da oğurladıqları atomları ionlara çevirirlər. Yüksək dozalarda bu hüceyrə zədələnməsinə səbəb ola bilər. Radioaktiv çürümə nəticəsində yaranan alfa hissəcikləri yavaş hərəkət edir, ölçüləri nisbətən böyükdür və yükləri səbəbindən digər şeylərdən asanlıqla keçə bilmir. Hissəcik nəticədə ətrafdan bir neçə elektron alır və bununla da qanuni bir helium atomuna çevrilir. Yerdəki heliumun demək olar ki, hamısı belə istehsal olunur.

Beta hissəcikləri

Bir beta hissəciyi ya elektron, ya da pozitrondur. Pozitron bir elektron kimidir, ancaq müsbət yük daşıyır. Beta-eksi hissəciklər (elektronlar) bir neytron protona parçalananda, bir proton isə neytrona parçalananda Beta-artı hissəciklər (pozitronlar) yayılır.

Gamma şüaları

Gamma şüaları yüksək enerjili fotonlardır. Qamma şüaları elektromaqnit spektrində, görünən işığın və ultrabənövşəyin kənarında yerləşir. Yüksək nüfuz gücünə malikdirlər və ionlaşma qabiliyyətləri, elektronları bir atomdan yıxa bilmələrindən qaynaqlanır.

Bu quruluş üçün istifadə edəcəyimiz SMB-20 borusu, Rus istehsalı olan ümumi bir borudur. Mənfi elektrod rolunu oynayan nazik bir metal dəriyə malikdir, borunun mərkəzindən uzunlamasına keçən bir metal tel müsbət elektrod kimi xidmət edir. Borunun radioaktiv bir hissəciyi və ya qamma şüasını aşkar etməsi üçün əvvəlcə həmin hissəcik və ya şüa borunun nazik metal dərisinə nüfuz etməlidir. Alfa hissəcikləri ümumiyyətlə bunu edə bilmirlər, çünki ümumiyyətlə borunun divarları tərəfindən dayandırılır. Bu hissəcikləri aşkar etmək üçün hazırlanan digər Geiger borularında, bu hissəciklərin boruya girməsinə imkan verən Alfa pəncərəsi adlanan xüsusi bir pəncərə vardır. Pəncərə ümumiyyətlə çox nazik bir slyuda qatından hazırlanır və Geiger borusu ətrafdakı hava tərəfindən udulmadan hissəcikləri götürmək üçün Alfa mənbəyinə çox yaxın olmalıdır. * İç çəkmək* Yəni radiasiya haqqında kifayətdir, bu şeyi qurmağa başlayaq.

Addım 2: Alətlərinizi və Materiallarınızı Toplayın

Lazımi təchizatlar:

• SMB-20 Geiger Tube (eBay-də təxminən 20 ABŞ dollarına satıla bilər)
• Ucuz bir elektron milçəkdən oğurlanan Yüksək Gərginlikli DC Step-up Circuit. Bu istifadə etdiyim xüsusi modeldir:
• Ümumi dəyəri təxminən 400v olan Zener Diodları (dörd 100v olanlar ideal olardı)
• Ümumi dəyəri 5 Megohm olan rezistorlar (beş 1 Megohm istifadə etdim)
• Transistor - NPN növü, 2SC975 istifadə etdim
• Piezo Dinamik Elementi (mikrodalğalı və ya səs -küylü elektron oyuncaqdan oğurlanmış)
• 1 x AA batareya
• AA batareya tutacağı
• Açma/söndürmə açarı (elektron uçucudan SPST ani açarından istifadə etdim)
• Elektrik telinin qırıntıları
• Dövrəni qurmaq üçün substrat olaraq istifadə ediləcək ağac, plastik və ya digər keçirici olmayan material parçası

İstifadə etdiyim vasitələr:

• "Qələm" lehimləmə dəmiri
• Kiçik diametrli rozin nüvəli elektrik məqsədləri üçün
• Müvafiq yapışqan çubuqları olan isti yapışqan silahı
• Tel kəsicilər
• Tel çıxarıcılar
• Tornavida (elektron qanadını sökmək üçün)

Bu dövrə, beta hissəciklərini və qamma şüalarını aşkar edə bilən SMB-20 borusu ətrafında qurulsa da, müxtəlif borulardan istifadə etmək üçün asanlıqla uyğunlaşdırıla bilər. Xüsusi işləmə gərginliyi aralığını və xüsusi borunuzun digər xüsusiyyətlərini yoxlayın və komponentlərin dəyərlərini buna uyğun olaraq tənzimləyin. Daha böyük borular kiçik hissələrdən daha həssasdır, çünki hissəciklərin vurması üçün daha böyük hədəflərdir.

Geiger boruları işləmək üçün yüksək gərginlik tələb edir, buna görə də, batareyadan 1,5 voltu təxminən 600 volta qədər artırmaq üçün elektron bir uçucudan DC artım dövrəsini istifadə edirik (əvvəlcə uçan şalvar 3 voltdan çıxaraq təxminən 1200v söndürdü) sinekləri sıxmaq üçün. Daha yüksək gərginlikdə işlədin və bir taseriniz olardı). SMB-20 400V-də idarə olunmağı sevir, buna görə də gərginliyi bu dəyərə tənzimləmək üçün zener diodlarından istifadə edirik. On üç 33V zener istifadə edirəm, amma digər birləşmələr də işləyə bilər, məsələn 4 x 100V zenerlər, zenerlərin dəyərlərinin cəmi hədəf gərginliyinə bərabər olduğu halda, bu halda 400.

Rezistorlar boruya axını məhdudlaşdırmaq üçün istifadə olunur. SMB-20 təxminən 5M ohm anot (müsbət tərəfi) müqavimətini bəyənir, buna görə beş 1M ohm rezistor istifadə edirəm. Rezistorların hər hansı bir birləşməsi, dəyərləri təxminən 5M ohm qədər artdıqca istifadə edilə bilər.

Piezo dinamik elementi və tranzistor, dövrənin detektor hissəsini təşkil edir, Piezo dinamik elementi tıklama səsləri yayır və üzərindəki uzun tellər onu qulağınıza yaxın tutmağa imkan verir. Onları mikrodalğalı sobalardan, zəngli saatlardan və sinir bozucu bip səsləri çıxaran digər şeylərdən xilas etməkdə uğurlar qazandım. Tapdığımın ətrafından gələn səsi gücləndirməyə kömək edən gözəl bir plastik gövdəsi var.

Transistor kliklərin həcmini artırır. Bir tranzistor olmadan dövrə qura bilərsiniz, ancaq dövrənin yaratdığı kliklər o qədər də yüksək olmayacaq (bununla demək çətin ki, eşidilir). 2SC975 tranzistoru (NPN tipi) istifadə etdim, amma bir çox digər tranzistorlar çox güman ki, işləyəcəkdi. 2SC975, xilas edilmiş komponentlər yığınımdan çıxardığım ilk transistordur.

Növbəti addımda elektrik uçan qurğunu yıxacağıq. Narahat olma asandır.

Addım 3: Fly Swatter -i sökün

Elektron milçəkənlər konstruksiya baxımından bir qədər fərqlənə bilər, ancaq içərisində elektronikanın ardınca olduğumuz üçün onu parçalayın və bağırsaqları çıxarın lol. Yuxarıdakı şəkillərdəki qəlib, əslində tezgahın içərisindən bir az fərqlidir, çünki istehsalçı dizaynını dəyişdi.

Görünən vintləri və ya digər bərkidiciləri bir arada tutaraq, əlavə yapışdırıcıları gizlədə bilən etiket və ya batareya qapağı kimi şeylərə diqqət yetirmədən başlayın. Şey hələ də açılmırsa, qəlpənin plastik gövdəsindəki dikişlər boyunca bir tornavida ilə maraqlanmaq lazım ola bilər.

Açıldıqdan sonra, zımbalı mesh şəbəkəsindəki telləri kəsmək üçün tel kəsicilərdən istifadə etməli olacaqsınız. Lövhədə eyni yerdən iki qara tel (bəzən başqa rənglər) yaranır və hər biri xarici ızgaralardan birinə aparır. Bunlar yüksək gərginlikli çıxış üçün mənfi və ya "torpaq" tellərdir. Bu tellər dövrə lövhəsinin eyni yerindən gəldiyindən və bizə yalnız bir ədəd lazım olduğundan, irəliləyin və sonrakı istifadə üçün qırıntı telini kənara qoyaraq dövrə lövhəsində bir kəsin.

Daxili şəbəkəyə aparan bir qırmızı tel olmalıdır və bu müsbət yüksək gərginlikli çıxışdır.

Dövrə lövhəsindən gələn digər tellər batareya qutusuna gedir və ucunda yayı olan tel mənfi əlaqədir. Olduqca sadə.

Çömçə başını ayırsanız, bəlkə də geri çevrilmək üçün komponentləri ayırsanız, metal mesh üzərində mümkün olan iti kənarlara diqqət yetirin.

Addım 4: Dövrə qurun və istifadə edin

Komponentlərinizə sahib olduqdan sonra, diaqramda göstərilən dövrə yaratmaq üçün onları birlikdə lehimləməlisiniz. Ətrafımda qoyduğum şəffaf plastik parçasına hər şeyi isti yapışdırdım. Bu, möhkəm və etibarlı bir dövrə yaradır və eyni zamanda olduqca yaxşı görünür. Piezo dinamikindəki əlaqə kimi, enerjili ikən bu dövrə hissələrinə toxunmaqla özünüzə bir az boşluq verə biləcəyiniz kiçik bir şans var, ancaq bir problem varsa əlaqələri isti yapışqanla örtə bilərsiniz.

Nəhayət dövrəni qurmaq üçün lazım olan bütün komponentlərə sahib olduğum zaman, günortadan sonra bir yerə atdım. Sahib olduğunuz komponentlərin dəyərlərindən asılı olaraq, məndən daha az komponent istifadə edə bilərsiniz. Daha kiçik bir Geiger borusundan istifadə edə və sayğacı çox yığcam edə bilərsiniz. Geiger sayğac qol saatı, kimdir?

İndi maraqlana bilərsən ki, qeyd etmək üçün radioaktiv bir şeyim yoxdursa, Geiger sayğacına nə ehtiyacım var? Sayğac bir neçə saniyədə yalnız kosmik şüalardan ibarət olan arxa radiasiyadan çalacaq. Ancaq sayğacınızı istifadə etmək üçün tapa biləcəyiniz bir neçə radiasiya mənbəyi var:

Tüstü detektorlarından amerikiyum

Americium, süni (təbii olaraq meydana gəlməyən) bir elementdir və ionlaşma tipli tüstü detektorlarında istifadə olunur. Bu tüstü detektorları çox yaygındır və ehtimal ki, evinizdə bir neçə var. Etdiyinizi söyləmək əslində çox asandır, çünki hamısında plastikə tökülmüş radioaktiv maddə Am 241 var. Amerika amerikium dioksid şəklində, içərisində ionlaşdırma kamerası olaraq bilinən kiçik bir korpusa quraşdırılmış kiçik bir metal düymə ilə örtülmüşdür. Amerika ümumiyyətlə incə bir qızıl və ya korroziyaya davamlı metal ilə örtülmüşdür. Tüstü detektorunu açıb kiçik düyməni çıxara bilərsiniz - ümumiyyətlə çox çətin deyil.

Niyə tüstü detektorunda radiasiya yaranır?

Detektorun ionlaşma kamerasının içərisində bir -birinin əksinə oturan iki metal lövhə var. Onlardan birinə, kiçik bir hava boşluğundan keçən və sonra digər lövhə tərəfindən əmilən alfa hissəciklərinin daimi axını verən americium düyməsi bağlanır. İki plitə arasındakı hava ionlaşır və buna görə də bir qədər keçiricidir. Bu, lövhələr arasında kiçik bir cərəyanın axmasına imkan verir və bu cərəyanı tüstü detektoru sxemində hiss etmək olar. Tüstü hissəcikləri kameraya girəndə alfa hissəciklərini udur və dövrəni pozaraq həyəcanı tetikler.

Bəli, amma təhlükəlidirmi?

Yayılan radiasiya nisbətən xeyirxahdır, lakin təhlükəsiz olmaq üçün aşağıdakıları məsləhət görürəm:

• Amerika düyməsini uşaqlardan uzaq bir yerdə, tercihen bir növ uşaq keçirməyən qabda saxlayın
• Amerika örtüklü olan düymənin üzünə heç vaxt toxunmayın. Təsadüfən düymənin üzünə toxunursanız, əllərinizi yuyun

Uran şüşəsi

Uran oksid şəklində şüşəyə əlavə olaraq istifadə edilmişdir. Uran şüşəsinin ən tipik rəngi, 1920-ci illərdə "vazelin şüşəsi" ləqəbinə səbəb olan solğun sarımtıl-yaşıldır (o dövrdə formalaşmış və satılan neft jeli görünüşünə bənzərliyə əsaslanaraq). Birə bazarlarında və antik mağazalarda "vazelin şüşəsi" olaraq etiketləndiyini görəcəksiniz və adətən bu adla istəyə bilərsiniz. 20-ci əsrin bəzi parçaları 25% -ə qədər urandan hazırlansa da, şüşədəki uran miqdarı iz səviyyələrindən çəki ilə təxminən 2% -ə qədər dəyişir! Əksər uran şüşələri çox az radioaktivdir və məncə heç bir təhlükəsi yoxdur.

Şüşənin uran tərkibini qara işıqla (ultrabənövşəyi işıq) təsdiqləyə bilərsiniz, çünki bütün uran şüşələri normal işığın altında göründüyü rəngdən asılı olmayaraq parlaq yaşıl rəngdə flüoresur. Ultrabənövşəyi işığın altında nə qədər parlaq bir parça varsa, o qədər uran ehtiva edir. Uran şüşə parçaları ultrabənövşəyi işığın altında parladıqca, ultrabənövşəyi (günəş işığı kimi) ehtiva edən hər hansı bir işıq mənbəyi altında da öz işığını verir. Yüksək enerjili ultrabənövşəyi dalğa uzunluqlu işıqlar uran atomlarını vuraraq elektronlarını daha yüksək bir enerji səviyyəsinə itələyir. Uran atomları normal enerji səviyyəsinə qayıtdıqda, görünən spektrdə işıq yayırlar.

Niyə uran?

Marie Curie tərəfindən uran filizində (pitchblende) radiumun kəşf edilməsi və təcrid edilməsi, radiumun çıxarılması üçün uran mədənçiliyinin inkişafına təkan verdi. Bir qram radium çıxarmaq üçün üç ton uran lazım olduğu üçün çox miqdarda uran tullantı olaraq qaldı.

Toryum kamp fənəri mantiya

Torium, toryum dioksid şəklində, kamp fənər mantiyalarında istifadə olunur. İlk dəfə qızdırıldığında, mantiyanın polyester hissəsi yanar, toriy dioksid (digər maddələrlə birlikdə) mantiyanın formasını saxlayır, ancaq qızdırıldıqda parlayan bir növ keramika halına gəlir. 90-cı illərin ortalarında əksər şirkətlər tərəfindən dayandırılan Torium artıq bu tətbiq üçün istifadə edilmir və radioaktiv olmayan digər elementlərlə əvəz olunur. Torium, çox parlaq parlayan mantiya hazırladığı üçün istifadə edildi və bu parlaqlıq, daha yeni radioaktiv olmayan mantiyalarla tam uyğun gəlmədi. Sahib olduğunuz mantiyanın həqiqətən radioaktiv olduğunu necə anlamaq olar? Geiger sayğacının gəldiyi yer budur. Qarşılaşdığım mantiya, uran şüşəsi və ya amerikalı düymələrdən daha çox Geiger sayğacını dəli edir. Toryumun uran və amerikiyadan daha çox radioaktiv olması o qədər də çox deyil, ancaq fənər mantiyasında digər mənbələrdən daha çox radioaktiv maddə var. Məhz bu səbəbdən istehlakçı bir məhsulda bu qədər radiasiya ilə qarşılaşmaq çox qəribədir. Amerika düymələrinə tətbiq olunan eyni təhlükəsizlik tədbirləri fənər mantiyalarına da aiddir.

Oxuduğunuz üçün təşəkkürlər, hər kəs! Əgər bu təlimatı xoşlayırsınızsa, onu "bir alət qur" yarışmasına qatıram və səsinizi yüksək qiymətləndiririk! Şərhləriniz və ya suallarınız (və ya hətta məsləhətlər/təkliflər/konstruktiv tənqidlər) varsa, sizdən eşitmək istərdim, buna görə də bunları aşağıda yazmaqdan qorxmayın.

Dostum Lucca Rodriguezə bu təlimat üçün gözəl bir sxem qurduğuna görə xüsusi təşəkkürlər.