Çalışma Geiger Sayacı W/ Minimal Parçalar: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

İşte, bildiğim kadarıyla, inşa edebileceğiniz en basit işleyen Geiger sayacı. Bu, elektronik bir sineklik tarafından çalınan yüksek voltajlı bir yükseltme devresi tarafından çalıştırılan Rus yapımı bir SMB-20 Geiger tüpü kullanıyor. Tespit ettiği her radyoaktif parçacık veya gama ışını patlaması için bir tıklama yayarak beta parçacıklarını ve gama ışınlarını algılar. Yukarıdaki videoda görebileceğiniz gibi, arka plan radyasyonundan birkaç saniyede bir tıklar, ancak uranyum camı, toryum fener mantoları veya duman dedektörlerinden gelen amerikyum düğmeleri gibi radyasyon kaynakları yaklaştırıldığında gerçekten canlanır. Bu sayacı, element koleksiyonumu doldurmam gereken radyoaktif elementleri belirlememe yardımcı olması için yaptım ve harika çalışıyor! Bu sayacın tek gerçek dezavantajı, çok gürültülü olmaması ve algıladığı radyasyon miktarını dakika başına sayım olarak hesaplayıp göstermemesidir. Bu, herhangi bir gerçek veri noktası almadığınız, yalnızca duyduğunuz tıklama miktarına dayalı genel bir radyoaktivite fikri elde ettiğiniz anlamına gelir.

İnternette çeşitli Geiger sayaç kitleri mevcut olsa da, doğru bileşenlere sahipseniz sıfırdan kendinizinkini oluşturabilirsiniz. Başlayalım!

Adım 1: Geiger Sayaçları ve Radyasyon: Her Şey Nasıl Çalışır?

Geiger sayacı (veya Geiger-Müller sayacı), 1928'de Hans Geiger ve Walther Müller tarafından geliştirilen bir radyasyon dedektörüdür. Bugün, hemen hemen herkes, bir şey algıladığında çıkardığı ve genellikle "sesi" olarak kabul edilen tıklama seslerine aşinadır. radyasyon. Cihazın kalbi, düşük basınç altında tutulan inert gazlarla dolu metal veya cam bir silindir olan Geiger-Müller tüpüdür. Tüpün içinde, biri yüksek voltaj potansiyelinde (genellikle 400-600 volt) tutulurken diğeri elektriksel toprağa bağlı olan iki elektrot vardır. Tüp bekleme durumundayken, tüp içindeki iki elektrot arasındaki boşluğu hiçbir akım atlayamaz ve bu nedenle akım akmaz. Bununla birlikte, beta parçacığı gibi radyoaktif bir parçacık tüpe girdiğinde, parçacık tüpün içindeki gazı iyonize ederek iletken hale getirir ve akımın elektrotlar arasında kısa bir an için atlamasını sağlar. Bu kısa akım akışı, devrenin sesli bir "klik" sesi çıkaran dedektör kısmını tetikler. Daha fazla tıklama, daha fazla radyasyon anlamına gelir. Birçok Geiger sayacının ayrıca tıklama sayısını ve dakika başına hesaplama sayısını veya BGBM'yi sayma ve bunu bir kadran veya okuma ekranında görüntüleme yeteneği vardır.

Geiger sayacının işleyişine başka bir yoldan bakalım. Geiger sayacı çalışmasının temel prensibi, Geiger tüpü ve bir elektrotta nasıl yüksek voltaj oluşturduğudur. Bu yüksek voltaj, derin karla kaplı dik bir dağ yamacına benzer ve bir çığ başlatmak için tek gereken küçük bir miktar radyasyon enerjisidir (yokuştan aşağı inen bir kayakçıya benzer). Ardından gelen çığ, parçacığın kendisinden çok daha fazla enerjiyi, Geiger karşı devresinin geri kalanı tarafından algılanabilecek kadar enerjiyi taşır.

Birçoğumuzun bir sınıfta oturup radyasyonu öğrenmesinin üzerinden uzun zaman geçtiği için, burada kısa bir bilgi tazeleme var.

Madde ve Atomun Yapısı

Tüm maddeler atom adı verilen küçük parçacıklardan oluşur. Atomların kendileri daha da küçük parçacıklardan, yani protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar atomun merkezinde bir araya toplanmıştır - bu kısma çekirdek denir. Elektronlar çekirdeğin yörüngesinde döner.

Protonlar pozitif yüklü parçacıklardır, elektronlar negatif yüklüdür ve nötronlar yük taşımazlar ve bu nedenle nötrdürler, dolayısıyla adları. Nötr bir durumda, her atom eşit sayıda proton ve elektron içerir. Protonlar ve elektronlar eşit fakat zıt yükler taşıdıklarından, bu atoma nötr bir net yük verir. Ancak, bir atomdaki proton ve elektron sayısı eşit olmadığında atom, iyon adı verilen yüklü bir parçacık haline gelir. Geiger sayaçları, nötr atomları iyonlara dönüştürme yeteneğine sahip bir radyasyon şekli olan iyonlaştırıcı radyasyonu tespit edebilir. Üç farklı iyonlaştırıcı radyasyon türü; Alfa parçacıkları, Beta parçacıkları ve Gama ışınlarıdır.

Alfa Parçacıkları

Bir alfa parçacığı, birbirine bağlı iki nötron ve iki protondan oluşur ve bir helyum atomunun çekirdeğine eşdeğerdir. Parçacık, basitçe bir atom çekirdeğinden ayrıldığında ve uçtuğunda üretilir. İki protonun pozitif yükünü ortadan kaldıracak negatif yüklü elektronları olmadığı için bir alfa parçacığı, iyon adı verilen pozitif yüklü bir parçacıktır. Alfa parçacıkları iyonlaştırıcı radyasyonun bir şeklidir, çünkü çevrelerinden elektron çalma ve bunu yaparken de çaldıkları atomları kendilerinin iyonlarına dönüştürme yeteneğine sahiptirler. Yüksek dozlarda, bu hücresel hasara neden olabilir. Radyoaktif bozunma tarafından üretilen alfa parçacıkları yavaş hareket eder, nispeten büyüktür ve yükleri nedeniyle diğer şeylerden kolayca geçemezler. Parçacık sonunda çevreden birkaç elektron alır ve bunu yaparken meşru bir helyum atomu olur. Dünyanın helyumunun neredeyse tamamı bu şekilde üretilir.

Beta Parçacıkları

Bir beta parçacığı ya bir elektron ya da pozitrondur. Bir pozitron elektron gibidir, ancak pozitif bir yük taşır. Beta-eksi parçacıklar (elektronlar), bir nötron bozunarak bir protona dönüştüğünde ve Beta-artı parçacıklar (pozitronlar), bir proton bozunarak bir nötrona dönüştüğünde yayılır.

Gama ışınları

Gama ışınları yüksek enerjili fotonlardır. Gama ışınları, elektromanyetik spektrumda, görünür ışığın ve ultraviyolenin ötesinde bulunur. Yüksek nüfuz etme gücüne sahiptirler ve iyonize olma yetenekleri, elektronları bir atomdan koparabilmelerinden gelir.

Bu yapı için kullanacağımız SMB-20 tüpü, Rus yapımı yaygın bir tüptür. Negatif elektrot görevi gören ince bir metal cilde sahipken, tüpün ortasından uzunlamasına uzanan bir metal tel pozitif elektrot görevi görür. Tüpün radyoaktif bir parçacık veya gama ışını algılaması için, bu parçacık veya ışının önce tüpün ince metal kabuğuna nüfuz etmesi gerekir. Alfa parçacıkları genellikle tüpün duvarları tarafından durduruldukları için bunu yapamazlar. Bu parçacıkları algılamak için tasarlanmış diğer Geiger tüpleri genellikle Alfa penceresi adı verilen ve bu parçacıkların tüpe girmesine izin veren özel bir pencereye sahiptir. Pencere genellikle çok ince bir mika tabakasından yapılır ve Geiger tüpü, parçacıkları çevreleyen hava tarafından emilmeden önce toplamak için Alfa kaynağına çok yakın olmalıdır. *İç çekme* Radyasyon hakkında bu kadar yeter, hadi bu şeyi yapmaya başlayalım.

2. Adım: Araçlarınızı ve Malzemelerinizi Toplayın

Ihtiyaç duyulan malzemeler:

• SMB-20 Geiger Tüpü (eBay'de yaklaşık 20 ABD Doları karşılığında mevcuttur)
• Ucuz bir elektronik sineklik tarafından soyulmuş Yüksek Gerilim DC Yükseltme Devresi. Bu benim kullandığım özel model:https://www.harborfreight.com/electronic-fly-insec…
• Toplam değeri yaklaşık 400v olan Zener Diyotları (dört adet 100v ideal olacaktır)
• Toplam değeri 5 Megohm olan dirençler (beş 1 Megohm kullandım)
• Transistör - NPN tipi, 2SC975 kullandım
• Piezo Hoparlör Elemanı (mikrodalga veya gürültülü elektronik oyuncaktan çalınmış)
• 1 x AA pil
• AA pil tutucu
• Açma/kapama anahtarı (Elektronik sineklikteki SPST anlık anahtarını kullandım)
• Elektrik telinin hurda parçaları
• Devreyi üzerine kurmak için alt tabaka olarak kullanılacak ahşap, plastik veya diğer iletken olmayan malzeme parçası

Kullandığım araçlar:

• "Kalem" havya
• Elektrik amaçlı küçük çaplı reçine çekirdekli lehim
• Sıcak Tutkal tabancası ve uygun tutkal çubukları
• Tel kesiciler
• Tel striptizci
• Tornavida (elektronik sinekliği yıkmak için)

Bu devre, beta parçacıklarını ve gama ışınlarını algılayabilen bir SMB-20 tüpü etrafında inşa edilmiş olsa da, çeşitli tüpleri kullanmak için kolayca uyarlanabilir. Sadece belirli çalışma voltajı aralığını ve özel tüpünüzün diğer özelliklerini kontrol edin ve bileşenlerin değerlerini buna göre ayarlayın. Daha büyük tüpler, küçük olanlardan daha hassastır, çünkü parçacıkların çarpabileceği daha büyük hedeflerdir.

Geiger tüplerinin çalışması için yüksek voltaj gerekir, bu nedenle pilden gelen 1,5 voltu yaklaşık 600 volta çıkarmak için elektronik sineklikli DC yükseltme devresini kullanıyoruz (başlangıçta sineklik 3 volt tüketiyordu, yaklaşık 1200v veriyordu). Daha yüksek voltajlarda çalıştırın ve bir şok tabancanız olur). SMB-20, 400V'da sürülmeyi sever, bu nedenle voltajı bu değere ayarlamak için zener diyotları kullanırız. On üç 33V zener kullanıyorum, ancak 4 x 100V zener gibi diğer kombinasyonlar da aynı şekilde çalışır, zenerlerin değerlerinin toplamı hedef voltaja, bu durumda 400'e eşit olduğu sürece.

Dirençler, akımı tüpe sınırlamak için kullanılır. SMB-20, yaklaşık 5M ohm'luk bir anot (pozitif taraf) direncini sever, bu yüzden beş adet 1M ohm direnç kullanıyorum. Değerleri yaklaşık 5M ohm'a kadar eklendiği sürece herhangi bir direnç kombinasyonu kullanılabilir.

Piezo hoparlör elemanı ve transistör devrenin dedektör kısmını oluşturur. Piezo hoparlör elemanı klik seslerini yayar ve üzerindeki uzun teller onu kulağınıza daha yakın tutmanızı sağlar. Onları mikrodalga fırınlar, çalar saatler ve can sıkıcı bip sesleri çıkaran diğer şeylerden kurtarırken iyi şanslar elde ettim. Bulduğumun çevresinde, ondan gelen sesi yükseltmeye yardımcı olan güzel bir plastik muhafaza var.

Transistör, tıklamaların sesini artırır. Devreyi bir transistör olmadan da kurabilirsiniz, ancak devrenin ürettiği tıklamalar o kadar yüksek olmayacaktır (bundan dolayı zar zor duyulabilir). 2SC975 transistör (NPN tipi) kullandım, ancak diğer birçok transistör muhtemelen işe yarayacaktır. 2SC975, kelimenin tam anlamıyla, kurtarılmış bileşenler yığınımdan çıkardığım ilk transistördü.

Bir sonraki adımda elektrikli sineklik üzerinde bir sökme işlemi yapacağız. Endişelenme, kolay.

3. Adım: Sinekliği Sökün

Elektronik sinekliklerin yapımında biraz farklı olabilir, ancak biz sadece içerideki elektroniklerin peşinde olduğumuz için, onu parçalara ayırın ve bağırsakları dışarı çekin lol. Yukarıdaki resimlerdeki sineklik, aslında, üreticinin tasarımını değiştirdiği için, tezgahın içine yerleştirdiğimden biraz farklı.

Gözünüzü bir arada tutan görünür vidaları veya diğer tutturucuları çıkararak başlayın, çıkartmalar veya pil kapağı gibi ek tutturucuları gizleyebilecek şeyler için gözünüzü açık tutun. Eğer şey hala açılmıyorsa, sinekliğin plastik gövdesindeki dikişler boyunca bir tornavidayla biraz merak etmek gerekebilir.

Açtıktan sonra, sinek zapper'ın ağ ızgarasındaki telleri kesmek için bir tel kesici kullanmanız gerekecektir. İki siyah kablo (bazen başka renkler), her biri dış ızgaralardan birine giden tahtadaki aynı yerden kaynaklanır. Bunlar, yüksek voltaj çıkışı için negatif veya "toprak" telleridir. Bu teller devre kartındaki aynı yerden geldiğinden ve sadece bir tanesine ihtiyacımız olduğundan, devam edin ve bir tanesini devre kartından ayırın ve hurda teli daha sonra kullanmak üzere bir kenara koyun.

İç ızgaraya giden bir kırmızı kablo olmalıdır ve bu, pozitif yüksek voltaj çıkışıdır.

Devre kartından gelen diğer teller pil kutusuna gider ve ucunda yay olan kablo ise negatif bağlantıdır. Oldukça basit.

Belki de geri dönüşüm için bileşenleri ayırmak için sinekliğin kafasını ayırırsanız, metal ağ üzerinde olası keskin kenarlara dikkat edin.

Adım 4: Devreyi Oluşturun ve Kullanın

Bileşenlerinize sahip olduğunuzda, şemada gösterilen devreyi oluşturmak için bunları birbirine lehimlemeniz gerekecektir. Her şeyi ortalıkta serdiğim şeffaf plastik bir parçaya sıcak yapıştırdım. Bu, sağlam ve güvenilir bir devre sağlar ve ayrıca oldukça iyi görünür. Piezo hoparlördeki bağlantı gibi, enerji verilirken bu devrenin parçalarına dokunarak kendinize biraz zap verme şansınız vardır, ancak bir sorun varsa bağlantıları sıcak tutkalla kapatabilirsiniz.

Sonunda devreyi kurmak için gereken tüm bileşenlere sahip olduğumda, bir öğleden sonra bir araya getirdim. Sahip olduğunuz bileşenlerin değerlerine bağlı olarak, benim kullandığımdan daha az bileşen kullanabilirsiniz. Ayrıca daha küçük bir Geiger tüpü kullanabilir ve sayacı çok kompakt hale getirebilirsiniz. Geiger sayacı kol saati, kimse var mı?

Şimdi merak ediyor olabilirsiniz, eğer radyoaktif bir şeyim yoksa, bir Geiger sayacına ne için ihtiyacım var? Sayaç, kozmik ışınlardan ve benzerlerinden oluşan arka plan radyasyonundan birkaç saniyede bir tıklayacaktır. Ancak sayacınızı kullanmak için bulabileceğiniz birkaç radyasyon kaynağı vardır:

Duman dedektörlerinden Americium

Americium insan yapımı (doğal olarak oluşmayan) bir elementtir ve iyonizasyon tipi duman dedektörlerinde kullanılır. Bu duman dedektörleri çok yaygındır ve muhtemelen evinizde birkaç tane vardır. Aslında bunu söylemek oldukça kolay, çünkü hepsinde plastiğin içine kalıplanmış radyoaktif madde Am 241 içeren kelimeler var. Amerikyum dioksit formundaki amerikyum, iyonizasyon odası olarak bilinen küçük bir muhafaza içine monte edilmiş, içeride küçük bir metal düğme üzerine kaplanmıştır. Amerikyum genellikle ince bir altın tabakası veya diğer korozyona dayanıklı metal ile kaplanır. Duman dedektörünü açabilir ve küçük düğmeyi çıkarabilirsiniz - genellikle çok zor değildir.

Duman dedektöründe neden radyasyon?

Dedektörün iyonizasyon odasının içinde karşılıklı oturan iki metal plaka vardır. Bunlardan birine bağlı, küçük bir hava boşluğunu geçen ve daha sonra diğer plaka tarafından emilen sabit bir alfa parçacıkları akışı yayan amerikyum düğmesidir. İki plaka arasındaki hava iyonize olur ve bu nedenle bir şekilde iletkendir. Bu, plakalar arasında küçük bir akımın akmasına izin verir ve bu akım, duman dedektörünün devresi tarafından algılanabilir. Duman parçacıkları odaya girdiğinde alfa parçacıklarını emer ve devreyi kırarak alarmı tetikler.

Evet, ama tehlikeli mi?

Yayılan radyasyon nispeten iyi huyludur, ancak güvende olmak için aşağıdakileri tavsiye ederim:

• Americium düğmesini çocuklardan uzak, güvenli bir yerde, tercihen bir tür çocukların açamayacağı bir kapta saklayın.
• Amerikyumun kaplandığı düğmenin yüzüne asla dokunmayın. Düğmenin yüzüne yanlışlıkla dokunursanız, ellerinizi yıkayın.

uranyum cam

Uranyum oksit formunda cama katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Uranyum camının en tipik rengi, 1920'lerde "vazelin camı" takma adının kullanılmasına yol açan hastalıklı soluk sarımsı-yeşildir (o sırada formüle edildiği ve ticari olarak satıldığı şekliyle petrol jölesinin görünümüne olan benzerliğe dayanarak). Bit pazarlarında ve antikacılarda “Vazelin camı” olarak etiketlendiğini göreceksiniz ve genellikle bu isimle isteyebilirsiniz. Camdaki uranyum miktarı eser seviyelerden ağırlıkça yaklaşık %2'ye kadar değişir, ancak 20. yüzyıla ait bazı parçalar %25'e kadar uranyumdan yapılmıştır! Çoğu uranyum camı sadece çok az radyoaktiftir ve işlenmesinin hiç de tehlikeli olduğunu düşünmüyorum.

Camın uranyum içeriğini bir siyah ışıkla (ultraviyole ışık) doğrulayabilirsiniz, çünkü tüm uranyum camları, camın normal ışık altında göründüğü renkten bağımsız olarak parlak yeşil flüoresan verir (ki bu geniş ölçüde değişebilir). Bir parça ultraviyole ışık altında ne kadar parlak parlarsa, o kadar fazla uranyum içerir. Uranyum cam parçaları ultraviyole ışık altında parlarken, aynı zamanda ultraviyole içeren herhangi bir ışık kaynağı (güneş ışığı gibi) altında da kendi ışıklarını yayarlar. Işığın yüksek enerjili ultraviyole dalga boyları, uranyum atomlarına çarparak elektronlarını daha yüksek bir enerji seviyesine iter. Uranyum atomları normal enerji seviyelerine döndüklerinde görünür spektrumda ışık yayarlar.

Neden uranyum?

Uranyum cevherinde (pitchblende) Marie Curie tarafından radyumun keşfi ve izolasyonu, saat ve uçak kadranları için karanlıkta parlayan boyalar yapmak için kullanılan radyumu çıkarmak için uranyum madenciliğinin gelişmesine yol açtı. Bu, bir gram radyumu çıkarmak için üç ton uranyum gerektiğinden, atık ürün olarak muazzam miktarda uranyum bıraktı.

Toryum kamp fener mantoları

Toryum, kamp feneri mantolarında toryum dioksit şeklinde kullanılır. İlk kez ısıtıldığında, mantonun polyester kısmı yanar, toryum dioksit (diğer bileşenlerle birlikte) mantonun şeklini korur ancak ısıtıldığında parlayan bir tür seramik haline gelir. Toryum artık bu uygulama için kullanılmıyor, çoğu şirket tarafından 90'ların ortalarında durduruldu ve yerini radyoaktif olmayan diğer elementlere bıraktı. Toryum, çok parlak bir şekilde parıldayan mantolar yaptığı için kullanıldı ve bu parlaklık daha yeni, radyoaktif olmayan mantolarla tam olarak eşleşmedi. Sahip olduğunuz mantonun gerçekten radyoaktif olup olmadığını nasıl anlarsınız? İşte burada Geiger sayacı devreye giriyor. Karşılaştığım mantolar, Geiger sayacını uranyum camı veya amerikyum düğmelerinden çok daha fazla çıldırtır. Toryumun uranyum veya amerikyumdan daha radyoaktif olması o kadar fazla değil, ancak bir fener mantosunda diğer kaynaklara göre çok daha fazla radyoaktif malzeme var. Bu nedenle, bir tüketici ürününde bu kadar çok radyasyonla karşılaşmak gerçekten garip. Amerika düğmeleri için geçerli olan aynı güvenlik önlemleri, fener mantoları için de geçerlidir.

Okuduğunuz için teşekkürler millet! Bu talimatı beğendiyseniz, onu "bir araç inşa etme" yarışmasına katılıyorum ve oyunuzu gerçekten takdir ediyorum! Ayrıca yorumlarınız veya sorularınız varsa (hatta ipuçları/öneriler/yapıcı eleştiriler) varsa sizden haber almak isterim, bu yüzden bunları aşağıda bırakmaktan çekinmeyin.

Bu talimat için güzel devre şemasını hazırladığı için arkadaşım Lucca Rodriguez'e özel teşekkürler.