Ең аз бөліктермен жұмыс істейтін Geiger есептегіші: 4 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Міне, менің білуімше, сіз жасай алатын ең қарапайым Geiger есептегіші. Бұл ресейлік SMB-20 Geiger трубкасын қолданады, ол жоғары вольтты электр тізбегінен алынған жоғары кернеулі тізбекпен басқарылады. Ол бета -бөлшектер мен гамма -сәулелерді анықтайды, ол анықтаған әрбір радиоактивті бөлшекке немесе гамма -сәулеге шертеді. Жоғарыдағы бейнеде көріп тұрғаныңыздай, ол фондық сәулеленуден бірнеше секунд сайын басады, бірақ уран шыны, торий фонарь мантиялары немесе түтін детекторларынан американдық түймелер сияқты сәулелену көздері жақындатылған кезде өмірге келеді. Мен бұл есептегішті элементтер жинағын толтыруым керек радиоактивті элементтерді анықтауға көмектесу үшін жасадым және ол өте жақсы жұмыс істейді! Бұл есептегіштің бірден -бір кемшілігі - бұл қатты емес, ол минутына есептелетін сәулелену мөлшерін есептемейді және көрсетпейді. Бұл сіз нақты деректер нүктесін алмайтыныңызды білдіреді, сіз естіген шертулерге негізделген радиоактивтілік туралы жалпы түсінік.

Желіде Geiger есептегіштерінің әр түрлі жиынтығы бар болса да, егер сізде дұрыс компоненттер болса, оны өзіңіз жасай аласыз. Бастайық!

1 -қадам: Гейгердің есептегіштері мен радиациясы: бәрі қалай жұмыс істейді

Гейгер есептегіші (немесе Гейгер-Мюллер есептегіші)-бұл 1928 жылы Ханс Гейгер мен Уолтер Мюллер жасаған радиациялық детектор. Қазіргі кезде барлығы «дыбыс» деп аталатын нәрсені анықтаған кездегі дыбыстарды біледі. сәулелену. Құрылғының жүрегі төмен қысымда ұсталған инертті газдармен толтырылған металл немесе шыны цилиндр-Гейгер-Мюллер түтігі. Түтіктің ішінде екі электрод бар, олардың біреуі жоғары кернеу потенциалында (әдетте 400-600 вольт), екіншісі электрлік жерге қосылған. Түтікше тыныштық күйде болғанда, ешқандай ток құбыр ішіндегі екі электрод арасындағы саңылаудан секіре алмайды, сондықтан ток болмайды. Алайда, бета бөлшегі сияқты радиоактивті бөлшек түтікке енгенде, бөлшек түтіктің ішіндегі газды ионизациялайды, бұл оны өткізгіш етеді және токтың электродтар арасында қысқа уақыт ішінде өтуіне мүмкіндік береді. Бұл қысқа ток ағыны тізбектің детекторлық бөлігін іске қосады, ол дыбыстық «шерту» шығарады. Неғұрлым көп шертулер көбірек сәулеленуді білдіреді. Көптеген Geiger есептегіштерінде нұқу санын санау және минутына немесе CPM санау және оны теру немесе оқу дисплейінде көрсету мүмкіндігі бар.

Geiger есептегішінің жұмысын басқа жолмен қарастырайық. Гейгердің есептегіш жұмысының негізгі принципі - бұл Geiger түтігі және ол бір электродқа жоғары кернеуді қалай орнатады. Бұл жоғары кернеу қардың астында қалған тік тау беткейіне ұқсайды, және қар көшкінін басу үшін радиацияның аз ғана бөлігі (тау бөктерінен түсетін шаңғышыға ұқсайды) қажет. Кейінгі қар көшкіні бөлшектің өзіне қарағанда әлдеқайда көп энергия әкеледі, бұл Гейгердің есептегіш схемасының қалған бөлігінде анықталатын энергия.

Біздің көпшілігіміз сыныпта отырып радиация туралы білгенімізге біраз уақыт болғандықтан, мұнда тез сергіту сәті берілді.

Атомның құрылысы мен құрылысы

Барлық заттар атом деп аталатын ұсақ бөлшектерден тұрады. Атомдардың өзі одан да кіші бөлшектерден тұрады, атап айтқанда протондар, нейтрондар мен электрондар. Атомның ортасында протондар мен нейтрондар жинақталған - бұл бөлік ядро деп аталады. Ядроның айналасында электрондар айналады.

Протондар оң зарядталған бөлшектер, электрондар теріс зарядталған, ал нейтрондар зарядсыз, сондықтан бейтарап, сондықтан олардың атауы. Бейтарап күйде әрбір атомда протондар мен электрондардың саны бірдей болады. Протондар мен электрондар бірдей, бірақ қарама -қарсы зарядтарға ие болғандықтан, бұл атомға бейтарап таза заряд береді. Алайда, атомдағы протондар мен электрондардың саны тең болмаған кезде, атом ион деп аталатын зарядталған бөлшекке айналады. Гейгер есептегіштері бейтарап атомдарды ионға айналдыру қабілеті бар сәулеленудің бір түрі иондаушы сәулеленуді анықтай алады. Иондаушы сәулеленудің үш түрі - альфа бөлшектері, бета бөлшектері және гамма сәулелері.

Альфа бөлшектері

Альфа бөлшегі бір -бірімен байланысқан екі нейтрон мен екі протоннан тұрады және гелий атомының ядросына балама болып табылады. Бөлшек атом ядросынан бөлініп ұшып бара жатқанда пайда болады. Екі протонның оң зарядын жою үшін теріс зарядталған электрондар болмағандықтан, альфа бөлшегі - ион деп аталатын оң зарядталған бөлшек. Альфа бөлшектері иондаушы сәулеленудің бір түрі болып табылады, өйткені олар қоршаған ортадан электрондарды ұрлау қабілетіне ие және осылайша олар ұрлаған атомдарды иондарға айналдырады. Жоғары дозада бұл жасушалық зақымға әкелуі мүмкін. Радиоактивті ыдырау нәтижесінде пайда болған альфа бөлшектері баяу қозғалады, көлемі жағынан салыстырмалы түрде үлкен, және олардың зарядына байланысты басқа заттардан оңай өтпейді. Ақыр соңында бөлшек қоршаған ортадан бірнеше электронды алады және осылайша заңды гелий атомына айналады. Осылайша жердегі гелийдің барлығы дерлік өндіріледі.

Бета бөлшектері

Бета бөлшегі - электрон немесе позитрон. Позитрон электронға ұқсайды, бірақ ол оң зарядқа ие. Нейтрон протонға ыдырағанда бета-минус бөлшектер (электрондар), ал протон нейтронға ыдырағанда бета-плюс бөлшектері (позитрондар) шығарылады.

Гамма сәулелері

Гамма сәулелері - жоғары энергиялы фотондар. Гамма сәулелері электромагниттік спектрде, көрінетін жарықтан және ультракүлгіннен жоғары орналасқан. Олар жоғары ену қабілетіне ие, ал иондалу қабілеті олар атомды электронды қағып алуынан туындайды.

Біз бұл құрылыста қолданылатын SMB-20 түтігі-ресейлік өндірістің кең таралған түтігі. Оның теріс электрод рөлін атқаратын жұқа металл қабығы бар, ал құбырдың ортасынан ұзындығы бойымен өтетін металл сым оң электрод ретінде қызмет етеді. Түтік радиоактивті бөлшекті немесе гамма -сәулені анықтауы үшін алдымен бұл бөлшек немесе сәуле түтіктің жұқа металл қабығына енуі керек. Альфа бөлшектері әдетте мұны жасай алмайды, өйткені оларды әдетте түтіктің қабырғалары тоқтатады. Бұл бөлшектерді анықтауға арналған басқа Гейгер түтіктерінде бұл бөлшектердің түтікке енуіне мүмкіндік беретін Альфа терезесі деп аталатын арнайы терезесі бар. Терезе әдетте слюданың өте жұқа қабатынан жасалған, ал Гейгер түтігі бөлшектерді қоршаған ауаға сіңірмес бұрын оларды алу үшін Альфа көзіне өте жақын орналасуы керек. * Күрсіну* Сондықтан радиация туралы жеткілікті, осы затты құруға кірісейік.

2 -қадам: Құралдар мен материалдарды жинаңыз

Қажетті жабдықтар:

• SMB-20 Geiger Tube (eBay-де шамамен 20 долларға қол жетімді)
• Арзан электронды ұшқыштан ұрланған жоғары вольтты тұрақты ток күшейту схемасы. Бұл мен қолданған нақты модель:
• Жалпы мәні шамамен 400 в болатын зенер диодтары (100 вольтты төртеуі тамаша болар еді)
• Біріктірілген жалпы құны 5 мегам резисторлар (мен бес 1 мегомды қолдандым)
• Транзистор - NPN түрі, мен 2SC975 қолдандым
• Piezo динамик элементі (микротолқынды пештен немесе шулы электронды ойыншықтан тоналған)
• 1 x АА батареясы
• AA батарея ұстағыш
• Қосу/өшіру қосқышы (мен электронды ұшқыштан SPST лездік қосқышын қолдандым)
• Электр сымының сынықтары
• Ағаштан, пластмассадан немесе электр өткізбейтін басқа материалдардан жасалған контурды салу үшін субстрат ретінде пайдалануға болады.

Мен қолданған құралдар:

• «Қарындаш» дәнекерлейтін темір
• Кішкене диаметрлі канифольді дәнекерлеу электрлік мақсаттарға арналған
• Тиісті желім таяқшалары бар ыстық желім тапаншасы
• Сым кескіштер
• Сымды тазартқыштар
• Бұрауыш (электронды ұшқышты бұзу үшін)

Бұл схема SMB-20 түтігінің айналасында салынған, ол бета бөлшектер мен гамма-сәулелерді анықтай алады, оны әр түрлі түтіктерді қолдануға оңай бейімдеуге болады. Тек жұмыс кернеуінің нақты диапазонын және арнайы түтіктің басқа сипаттамаларын тексеріңіз және сәйкесінше компоненттердің мәндерін реттеңіз. Ірі түтіктер кішілерге қарағанда сезімтал, себебі олар бөлшектердің соғылуы үшін үлкен мақсат болып табылады.

Гейгер түтіктері жұмыс істеу үшін жоғары кернеуді қажет етеді, сондықтан біз батареяның 1,5 вольтын шамамен 600 вольтке дейін күшейту үшін электронды ұшқыштан тұрақты ток тізбегін қолданамыз (бастапқыда ұшқыш 3 вольтты өшіріп, шамамен 1200 вольтты өшірді) шыбындарды қысу үшін. Оны жоғары кернеуде іске қосыңыз, сонда сізде тасушы болады). SMB-20 400В кернеуді басқаруды жақсы көреді, сондықтан кернеуді осы мәнге реттеу үшін біз зенер диодтарын қолданамыз. Мен он үш 33В зенерлерді қолданамын, бірақ басқа комбинациялар жұмыс істейді, мысалы, 4х100 В зенерлер, егер зенерлердің мәндерінің жиынтығы мақсатты кернеуге тең болса, бұл жағдайда 400.

Резисторлар құбырдағы токты шектеу үшін қолданылады. SMB-20 анодты (оң жағы) шамамен 5М Ом резисторды жақсы көреді, сондықтан мен 1М Ом бес резисторды қолданамын. Кез келген резисторлар комбинациясын, егер олардың мәндері шамамен 5М Ом -ға дейін қосса, қолдануға болады.

Piezo динамигінің элементі мен транзистор тізбектің детекторлық бөлігін құрайды. Piezo динамигінің элементі шертетін дыбыстарды шығарады, ал ұзын сымдар оны құлағыңызға жақын ұстауға мүмкіндік береді. Мен оларды микротолқынды пештерден, оятқыш сағаттардан және тітіркендіргіш дыбыс шығаратын басқа нәрселерден құтқарып қалдым. Мен тапқанның айналасында дыбысты күшейтуге көмектесетін жақсы пластикалық корпус бар.

Транзистор шертулердің көлемін арттырады. Сіз тізбекті транзисторсыз құра аласыз, бірақ тізбектің шертулері қатты болмайды (бұл менің естімейтінім). Мен 2SC975 транзисторын қолдандым (NPN түрі), бірақ басқа көптеген транзисторлар жұмыс істейтін шығар. 2SC975 - бұл менің жинақталған құрамдас бөліктерінен шығарған алғашқы транзистор.

Келесі қадамда біз электрлік ұшқышты бұзамыз. Уайымдамаңыз, бұл оңай.

3 -қадам: Fly Swatter бөлшектеңіз

Электронды ұшқыштар конструкциясында сәл өзгеше болуы мүмкін, бірақ біз тек электрониканың ішінде болғандықтан, оны жыртып, ішектерді шығарыңыз. Жоғарыдағы суреттердегі үлестіргіш менің есептегішке салғаннан сәл өзгеше, себебі өндіруші олардың дизайнын өзгерткен сияқты.

Көзге көрінетін бұрандаларды немесе басқа бекіткіштерді алып тастаудан бастаңыз, қосымша бекітпелерді жасыруы мүмкін жапсырмаларға немесе батарея қақпағы сияқты нәрселерге назар аудармаңыз. Егер зат әлі де ашылмаса, онда пластик корпусының тігістері бойынша бұрауышпен біраз іздеу қажет болуы мүмкін.

Сіз оны ашқаннан кейін, сым кескіш тордың торындағы сымдарды кесу үшін сым кескіштерді пайдалануыңыз қажет болады. Тақтаның бір жерінен екі қара сым (кейде басқа түстер) шығады, олардың әрқайсысы сыртқы торлардың біріне апарады. Бұл жоғары вольтты шығыс үшін теріс немесе «жерге қосылған» сымдар. Бұл сымдар электр тақтасының бір жерінен келетіндіктен, бізге тек біреуі қажет, әрі қарай қолданыңыз және сынық сымды бір жаққа қойып, тақтаға алыңыз.

Ішкі торға апаратын бір қызыл сым болуы керек, бұл оң вольтты шығыс.

Басқару тақтасынан келетін басқа сымдар аккумулятор қорабына түседі, ал ұшында серіппесі бар - теріс байланыс. Өте қарапайым.

Егер сіз сөмкенің басын бөліп алсаңыз, мүмкін, қайта өңдеуге арналған компоненттерді бөліп алу үшін, металл тордың мүмкін болатын өткір жиектеріне назар аударыңыз.

4 -қадам: Схеманы құрыңыз және оны қолданыңыз

Сізде компоненттер болғаннан кейін, оларды диаграммада көрсетілген тізбекті қалыптастыру үшін дәнекерлеу қажет болады. Мен бәрін ыстық пластиктен ыстық желіммен жапсырдым. Бұл берік және сенімді схеманы жасайды, сонымен қатар өте жақсы көрінеді. Пьезо колонкасындағы қосылыс сияқты, осы тізбектің кейбір бөліктеріне тиіп кетуден өзіңізді аздап босатуға мүмкіндік бар, бірақ егер мәселе туындаса, сіз қосылыстарды ыстық желіммен жабуға болады.

Мен тізбекті құруға қажетті барлық компоненттерді алғаннан кейін мен оны түстен кейін лақтырдым. Сізде қандай компоненттер бар екеніне байланысты, сіз маған қарағанда аз компоненттерді қолдана аласыз. Сіз кішірек Geiger түтігін қолдана аласыз және есептегішті өте жинақы етіп жасай аласыз. Geiger есептегіш сағаты, біреу бар ма?

Енді сіз ойлануыңыз мүмкін, егер менде радиоактивті ештеңе болмаса, маған Geiger есептегіші не үшін қажет? Есептегіш бірнеше секунд сайын ғарыштық сәулелерден тұратын фондық сәулеленуден шығады. Есептегішті қолдануға болатын бірнеше сәулелену көздері бар:

Түтін детекторларынан америкий

Америций-техногендік (табиғи түрде кездеспейтін) элемент және иондалу түріндегі түтін детекторларында қолданылады. Бұл түтін детекторлары өте кең таралған және сіздің үйде бірнеше болуы мүмкін. Мұны істеу оңай, өйткені олардың барлығында пластмассаға құйылған Am 241 радиоактивті заты бар. Америций диоксиді түріндегі ионизация камерасы деп аталатын кішкене корпуста орнатылған кішкене металл түйменің үстіне жабыстырылған. Американы әдетте жұқа алтынмен немесе басқа коррозияға төзімді металмен қаптайды. Сіз түтін детекторын ашып, кішкене түймені алып тастай аласыз - әдетте бұл өте қиын емес.

Неліктен түтін детекторында радиация?

Детектордың иондау камерасының ішінде бір -біріне қарама -қарсы орналасқан екі металл пластина бар. Олардың біреуіне кішкене ауа саңылауынан өтетін альфа бөлшектерінің тұрақты ағынын шығаратын америкалық түйме бекітілген, содан кейін басқа пластина сіңіреді. Екі пластинаның арасындағы ауа иондалады, сондықтан біршама өткізгіш. Бұл пластиналар арасында кішкене ток ағуына мүмкіндік береді және бұл ток түтін детекторының схемасы арқылы сезіледі. Түтін бөлшектері камераға кіргенде, олар альфа бөлшектерін сіңіріп, тізбекті бұзады, дабылды іске қосады.

Ия, бірақ бұл қауіпті ме?

Сәулелену салыстырмалы түрде жақсы, бірақ қауіпсіз болу үшін мен мыналарды ұсынамын:

• Америка түймені балалардан алыс қауіпсіз жерде, жақсырақ балаларға арналған контейнерде сақтаңыз
• Америка жабылған түйменің бетін ешқашан ұстамаңыз. Егер сіз кездейсоқ түйменің бетіне тиіп қалсаңыз, қолыңызды жуыңыз

Уран шыны

Уран шыныға қоспа ретінде оксид түрінде қолданылады. Уран әйнегінің ең тән түсі-ақшыл-сарғыш-жасыл түсті ауру, ол 1920 жылдары «вазелин әйнегі» деген лақап атқа ие болды (сол кезде тұжырымдалған және коммерциялық сатылатын мұнай желеінің пайда болуына ұқсастық негізінде). Сіз оны барахолкалар мен антиквариат дүкендерінде «вазелин әйнегі» деп белгіленгенін көресіз және әдетте оны сол атау бойынша сұрай аласыз. Шыныдағы уранның мөлшері іздік деңгейден салмаққа қарай 2% -ға дейін өзгереді, дегенмен 20 ғасырдың кейбір бөлшектері 25% -ға дейін уранмен жасалған! Уран әйнегінің көпшілігі өте аз радиоактивті, сондықтан оны өңдеу қауіпті емес деп ойлаймын.

Шыныдағы уранның мөлшерін қара жарықпен (ультракүлгін сәуле) растауға болады, өйткені барлық уран әйнегі қалыпты жарықта әйнектің түсіне қарамастан ашық жасыл флуоресценцияланады (ол әр түрлі болуы мүмкін). Ультракүлгін сәуле астында жарқыраған бөлшек соғұрлым көп уранға ие болады. Уран шыны бөліктері ультракүлгін сәуле астында жарқырап тұрса, олар ультракүлгін сәулелері бар кез келген жарық көзінен (күн сәулесі сияқты) өздігінен жарық береді. Ультракүлгін сәулелердің энергиясының жоғары энергиясы уран атомдарына әсер етіп, олардың электрондарын жоғары энергия деңгейіне итермелейді. Уран атомдары қалыпты энергия деңгейіне оралғанда, олар көрінетін спектрде жарық шығарады.

Неліктен уран?

Мари Кюри уран кенінен радийдің табылуы мен оқшаулануы (ритбленд) радийді алу үшін уран өндірісінің дамуына септігін тигізді, ол қараңғыда сағаттар мен ұшақтарға арналған бояулар жасау үшін пайдаланылды. Бұл уранның керемет мөлшерін қалдық ретінде қалдырды, өйткені бір грамм радийді алу үшін үш тонна уран қажет.

Торийлік кемпинг шамдары

Торий лагерьлік фонарь мантиясында торий диоксиді түрінде қолданылады. Алғаш рет қыздырғанда мантияның полиэфир бөлігі күйіп кетеді, ал торий диоксиді (басқа ингредиенттермен бірге) мантияның пішінін сақтайды, бірақ қыздырғанда жарқылдайтын керамикаға айналады. Ториум енді бұл қосымша үшін қолданылмайды, оны 90-шы жылдардың ортасында көптеген компаниялар тоқтатады және оның орнына радиоактивті емес басқа элементтер келді. Ториум қолданылды, өйткені ол мантияны өте жарқыратып жасайды, ал бұл жарықтық радиоактивті емес жаңа мантиямен сәйкес келмейді. Сізде бар мантияның шынымен радиоактивті екенін қалай білуге болады? Дәл осы жерде Гейгер есептегіші пайда болады. Мен кездестірген мантиялар Geiger есептегішін есінен тандырады, бұл уран шыны немесе американдық түймелерге қарағанда әлдеқайда көп. Торийдің уранға немесе америкаға қарағанда радиоактивті болғаны соншалық, шамдар мантиясында радиоактивті материал басқа көздерге қарағанда әлдеқайда көп. Сондықтан тұтыну тауарында радиацияның көп мөлшерде кездесуі шынымен де біртүрлі. Американдық түймелерге қолданылатын қауіпсіздік шаралары фонарь мантиясына да қатысты.

Барлығыңызға оқығаныңызға рахмет! Егер сізге бұл нұсқаулық ұнаса, мен оны «құрал жасау» байқауына қатыстым, және сіздің дауысыңызға риза болар едім! Егер сізде түсініктемелер немесе сұрақтар (немесе кеңестер/ұсыныстар/сындарлы сындар) болса, сізден жауап алғым келеді, сондықтан төмендегілерді қалдырудан қорықпаңыз.

Бұл нұсқаулыққа әдемі схеманы жасаған досым Лукка Родригеске ерекше алғыс.