מונה גייגר עובד עם חלקים מינימליים: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

הנה, למיטב ידיעתי, מונה הגייגר המתפקד הפשוט ביותר שאתה יכול לבנות. זו משתמשת בצינור SMB-20 Geiger מתוצרת רוסית, המונע על ידי מעגל הגבהה במתח גבוה שנשדד מחבל זבובים אלקטרוני. הוא מזהה חלקיקי בטא וקרני גמא, פולט קליק לכל חלקיק רדיואקטיבי או פרץ קרני גמא שהוא מזהה. כפי שאתה יכול לראות בסרטון לעיל, הוא נלחץ כל כמה שניות מקרינת רקע, אך באמת מתעורר לחיים כאשר מקרבים מקורות קרינה כגון זכוכית אורניום, מעטפות פנס תוריום או כפתורי אמריציום מגלאי עשן. בניתי מונה זה כדי לעזור לי לזהות אלמנטים רדיואקטיביים שאני צריך למלא את אוסף האלמנטים שלי, וזה עובד מצוין! החסרונות האמיתיים היחידים של מונה זה הוא שהוא אינו חזק במיוחד, ואינו מחשב ומציג את כמות הקרינה שהוא מזהה בספירות לדקה. זה אומר שאתה לא מקבל נקודות נתונים בפועל, רק רעיון כללי של רדיואקטיביות על סמך כמות הקליקים שאתה שומע.

אמנם ישנן ערכות נגד שונות של Geiger ברשת, אך אתה יכול לבנות משלך מאפס אם יש לך את הרכיבים הנכונים. בואו נתחיל!

שלב 1: מונים וקרינה של גייגר: איך הכל עובד

מונה גייגר (או מונה גייגר-מולר) הוא גלאי קרינה שפותח על ידי הנס גייגר וולטר מולר בשנת 1928. כיום, כמעט כולם מכירים את קולות הלחיצה שהוא משמיע כאשר הוא מזהה משהו, הנחשב לעתים קרובות כ"צליל "של קְרִינָה. לב המכשיר הוא צינור Geiger-Müller, גליל מתכת או זכוכית מלא בגזים אינרטיים המוחזקים בלחץ נמוך. בתוך הצינור שתי אלקטרודות, אחת מהן מוחזקת בפוטנציאל מתח גבוה (בדרך כלל 400-600 וולט) בעוד השנייה מחוברת לקרקע חשמלית. כשהצינור במצב מנוחה, אף זרם אינו מסוגל לקפוץ את הפער בין שתי האלקטרודות שבתוך הצינור, ולכן אין זרם זורם. עם זאת, כאשר חלקיק רדיואקטיבי נכנס לצינור, כגון חלקיק ביתא, החלקיק מיינן את הגז שבתוך הצינור, מה שהופך אותו למוליך ומאפשר לזרם לדלג בין האלקטרודות לרגע קצר. זרימת זרם קצרה זו מפעילה את חלק הגלאי של המעגל, אשר פולט "קליק" נשמע. יותר קליקים פירושו יותר קרינה. למונים רבים של גייגר יש גם יכולת לספור את מספר הקליקים ולחשב ספירות לדקה, או עלות לאלף הופעות, ולהציג אותה על לוח חיוג או תצוגת קריאה.

בואו נסתכל על הפעולה של מונה הגייגר בדרך אחרת. עיקר המפתח של פעולת הנגד של גייגר הוא צינור גייגר, וכיצד הוא מפעיל מתח גבוה על אלקטרודה אחת. מתח גבוה זה הוא כמו מדרון הרים תלול המכוסה שלג עמוק, וכל מה שצריך הוא מעט אנרגיית קרינה (בדומה לגולש שיורד במדרון) כדי לצאת למפולת שלגים. המפולת שנוצרת בעקבותיה נושאת עמה הרבה יותר אנרגיה מהחלקיק עצמו, מספיק אנרגיה לזיהוי על ידי שאר מעגלי הנגד של גייגר.

מכיוון שכנראה עבר זמן מאז שרבים מאיתנו ישבו בכיתה ולמדנו על קרינה, הנה הרענון מהיר.

החומר ומבנה האטום

כל החומר מורכב מחלקיקים זעירים הנקראים אטומים. האטומים עצמם מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר, כלומר פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. פרוטונים ונויטרונים מתגודדים יחד במרכז האטום - חלק זה נקרא גרעין. אלקטרונים מקיפים את הגרעין.

פרוטונים הם חלקיקים טעונים חיובית, אלקטרונים טעונים שלילית, ונויטרונים אינם נושאים מטען ולכן הם ניטרליים, ומכאן שמם. במצב ניטרלי, כל אטום מכיל מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים. מכיוון שהפרוטונים והאלקטרונים נושאים מטענים שווים אך מנוגדים, הדבר מעניק לאטום מטען נייטרלי. עם זאת, כאשר מספר הפרוטונים והאלקטרונים באטום אינו שווה, האטום הופך לחלקיק טעון הנקרא יון. מוני גייגר מסוגלים לזהות קרינה מייננת, צורה של קרינה שיש לה את היכולת להפוך אטומים ניטרליים ליונים. שלושת הסוגים השונים של קרינה מייננת הם חלקיקי אלפא, חלקיקי בטא וקרני גמא.

חלקיקי אלפא

חלקיק אלפא מורכב משני נויטרונים ושני פרוטונים המחוברים יחדיו, והוא המקביל לגרעין של אטום הליום. החלקיק נוצר כשהוא פשוט מתנתק מגרעין אטומי ועף. מכיוון שאין לו אלקטרונים טעונים שליליים לביטול המטען החיובי של שני הפרוטונים, חלקיק אלפא הוא חלקיק טעון חיובי, הנקרא יון. חלקיקי אלפא הם צורה של קרינה מייננת, מכיוון שיש להם את היכולת לגנוב אלקטרונים מסביבתם, ובכך להפוך את האטומים שהם גונבים ליונים בעצמם. במינונים גבוהים זה יכול לגרום לנזק סלולרי. חלקיקי אלפא הנוצרים על ידי ריקבון רדיואקטיבי הם בתנועה איטית, גדולים יחסית, ובגלל המטען שלהם לא יכולים לעבור דרך דברים אחרים בקלות. החלקיק אוסף בסופו של דבר כמה אלקטרונים מהסביבה, ובכך הופך לאטום הליום לגיטימי. כך מייצרים כמעט את כל ההליום של כדור הארץ.

חלקיקי בטא

חלקיק בטא הוא אלקטרון או פוזיטרון. פוזיטרון הוא כמו אלקטרון, אך הוא נושא מטען חיובי. חלקיקי בטא מינוס (אלקטרונים) נפלטים כאשר נויטרון מתפרק לפרוטון, וחלקיקי בטא פלוס (פוזיטרונים) נפלטים כאשר פרוטון מתפרק לניוטרון.

קרני גמא

קרני גמא הן פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה. קרני גמא ממוקמות בספקטרום האלקטרומגנטי, מעבר לאור הנראה והאולטרה סגול. יש להם כוח חדירה גבוה, והיכולת שלהם ליינן נובעת מהעובדה שהם יכולים להפיל אלקטרונים מהאטום.

צינור ה- SMB-20, בו נשתמש לבנייה זו, הוא צינור נפוץ מתוצרת רוסית. יש לו עור מתכת דק הפועל כאלקטרודה השלילית, בעוד חוט מתכת העובר לאורך מרכז הצינור משמש כאלקטרודה החיובית. על מנת שהצינור יזהה חלקיק רדיואקטיבי או קרן גמא, חלקיק או קרן זו תחילה חייבים לחדור לעור המתכת הדק של הצינור. חלקיקי אלפא בדרך כלל אינם מסוגלים לעשות זאת, מכיוון שהם בדרך כלל נעצרים על ידי קירות הצינור. לצינורות אחרים של גייגר שנועדו לזהות חלקיקים אלה יש לרוב חלון מיוחד, הנקרא חלון אלפא, המאפשר לחלקיקים אלה להיכנס לצינור. החלון עשוי בדרך כלל משכבה דקה מאוד של נציץ, וצינור הגיגר חייב להיות קרוב מאוד למקור האלפא על מנת לאסוף את החלקיקים לפני שהם נספגים באוויר שמסביב. * אנחה* אז די בקרינה, בואו נלך לבנות את הדבר הזה.

שלב 2: אסוף את הכלים והחומרים שלך

דרושים חומרים מתכלים:

• Tube Geiger Tube SMB-20 (זמין בסביבות $ 20 USD ב- eBay)
• מעגל הזרמת מתח גבוה DC, שנשדד ממחלק זבובים אלקטרוני זול. זהו המודל הספציפי בו השתמשתי:
• דיודות זנר עם ערך כולל משולב של סביב 400 וולט (ארבע 100 וולט יהיו אידיאליות)
• נגדים עם ערך כולל משולב של 5 מגההם (השתמשתי בחמישה מגה -אום אחד)
• טרנזיסטור - סוג NPN, השתמשתי ב- 2SC975
• אלמנט רמקול Piezo (נשדד ממיקרוגל או צעצוע אלקטרוני רועש)
• 1 x סוללת AA
• מחזיק סוללות AA
• מתג הפעלה/כיבוי (השתמשתי במתג הזמני של SPST ממחליף הזבובים האלקטרוני)
• גרוטאות פיסות חוט חשמלי
• חתיכת עץ גרוטאות, פלסטיק או חומר בלתי מוליך אחר לשימוש כמצע לבניית המעגל עליו

כלים בהם השתמשתי:

• מגהץ "עיפרון"
• הלחמה בעלת קוטר ליבה בקוטר קטן לצרכי חשמל
• אקדח דבק חם עם מקלות דבק מתאימים
• מספרי תיל
• חשפניות חוטים
• מברג (להריסת מלט הזבוב האלקטרוני)

בעוד מעגל זה בנוי סביב צינור SMB-20, המסוגל לזהות חלקיקי בטא וקרני גמא, ניתן להתאים אותו בקלות לשימוש במגוון צינורות. בדוק את טווח מתח ההפעלה הספציפי ומפרטים אחרים של הצינור הספציפי שלך והתאם את ערכי הרכיבים בהתאם. צינורות גדולים יותר רגישים יותר מאשר קטנים יותר, פשוט מכיוון שהם מטרות גדולות יותר לחלקיקים להכות.

צינורות גייגר דורשים מתחים גבוהים כדי לעבוד, ולכן אנו משתמשים במעגל ההגברה של DC ממחבט זבוב אלקטרוני בכדי להגביר את ה -1.5 וולט מהסוללה עד כ -600 וולט (במקור זבוב הזבובים ברח 3 וולט, והוציא כ -1200 וולט. לזפוף זבובים. הפעל אותו במתח גבוה יותר ויהיה לך טייזר). ה- SMB-20 אוהב להיות מונע על 400V, ולכן אנו משתמשים בדיודות זנר כדי לווסת את המתח לערך זה. אני משתמש בשלושה עשר זנים של 33V, אך שילובים אחרים יעבדו באותה מידה, כגון 4 x 100V זנרים, כל עוד סך הערכים של הזנרים שווה למתח היעד, במקרה זה 400.

הנגדים משמשים להגבלת הזרם לצינור. ה- SMB-20 אוהב נגד אנודה (צד חיובי) של כ -5M אוהם, אז אני משתמש בחמישה נגדים של 1M אוהם. ניתן להשתמש בכל שילוב נגדים כל עוד הערכים שלהם מסתכמים בכ -5 מיליון אוהם.

אלמנט הרמקול של Piezo והטרנזיסטור מהווים את חלק הגלאי של המעגל. אלמנט הרמקולים של Piezo פולט רעשי לחיצה, והחוטים הארוכים עליו מאפשרים לך להחזיק אותו קרוב יותר לאוזן שלך. היה לי מזל להציל אותם מדברים כמו מיקרוגל, שעונים מעוררים ודברים אחרים שעושים קולות צפצופים מעצבנים. לאחד שמצאתי יש מעטפת פלסטיק נחמדה מסביב שעוזרת להעצים את הצליל שמגיע ממנה.

הטרנזיסטור מגביר את עוצמת הקליקים. אתה יכול לבנות את המעגל ללא טרנזיסטור, אך הקליקים שהמעגל יוצר לא יהיו רועשים במיוחד (אני מתכוון לכך שבקושי נשמע). השתמשתי בטרנזיסטור 2SC975 (סוג NPN), אבל טרנזיסטורים רבים אחרים כנראה יעבדו. ה- 2SC975 היה פשוט הטרנזיסטור הראשון שהוצאתי מערימת הרכיבים שהצילו.

בשלב הבא נעשה קריעה על מגש הזבובים החשמלי. אל תדאג זה קל.

שלב 3: לפרק את זבוב הזבובים

זבובים אלקטרוניים זבובים עשויים להיות שונים במקצת בבנייתם, אך מכיוון שאנו רק אחרי האלקטרוניקה בפנים, פשוט תפרקו אותו ותשלפו את האומץ חח. החוט בתמונות למעלה למעשה שונה במקצת מזה שבניתי בדלפק, מכיוון שנראה כי היצרן שינה את עיצובם.

התחל על ידי הסרת הברגים הנראים לעין או מחברים אחרים המחזיקים אותם יחד, ושמור את עינך על מדבקות או דברים כמו מכסה הסוללה שעלולים להסתיר מחברים נוספים. אם הדבר עדיין לא נפתח, ייתכן שיהיה צורך לחטט בעזרת מברג לאורך התפרים בגוף הפלסטיק של המחבט.

לאחר שתפתח אותו, יהיה עליך להשתמש בחותכי תיל כדי לחתוך את החוטים ברשת הרשת של הזבוב. שני חוטים שחורים (לפעמים צבעים אחרים) מקורם באותו מקום על הלוח, כל אחד מהם מוביל לאחת הרשתות החיצוניות. אלה הם החוטים השליליים או ה"קרקעיים "ליציאת המתח הגבוה. מכיוון שהחוטים האלה מגיעים מאותו מקום בלוח המעגלים, ואנחנו רק צריכים אחד, קדימה וחתוך אחד ליד הלוח, והנח את חוט הגרוטאות בצד לשימוש מאוחר יותר.

צריך להיות חוט אדום אחד המוביל לרשת הפנימית, וזהו הפלט החיובי במתח גבוה.

החוטים האחרים המגיעים מלוח המעגלים עוברים לתיבת הסוללות, והקפיץ עם הקפיץ הוא החיבור השלילי. די פשוט.

אם אתה מפרק את ראש המחבט, אולי כדי להפריד את הרכיבים למיחזור, היזהר מקצוות חדים אפשריים ברשת המתכת.

שלב 4: בנה את המעגל והשתמש בו

ברגע שיש לך את הרכיבים שלך, תצטרך להלחם אותם יחד כדי ליצור את המעגל המוצג בתרשים. הדבקתי הכל על פיסת פלסטיק שקופה שהיתה לי. זה יוצר מעגל יציב ואמין, וגם נראה די טוב. יש סיכוי קטן שאתה יכול לתת לעצמך קצת זפוף מלגעת בחלקים של המעגל הזה בזמן שהוא מופעל, כמו החיבור ברמקול הפיזו, אבל אתה יכול פשוט לכסות את החיבורים בדבק חם אם יש בעיה.

ברגע שלבסוף היו לי את כל הרכיבים הדרושים לי לבניית המעגל, זרקתי אותו אחר הצהריים. תלוי אילו ערכים של רכיבים יש לך, תוכל בסופו של דבר להשתמש בפחות רכיבים משני. אתה יכול גם להשתמש בצינור קטן יותר של Geiger ולהפוך את הדלפק לקומפקטי מאוד. שעון יד נגד גייגר, מישהו?

עכשיו אתם אולי תוהים, בשביל מה אני צריך מונה של גייגר אם אין לי משהו רדיואקטיבי שאפשר להצביע עליו? המונה ילחץ כל כמה שניות רק מקרינת רקע, המורכבת מקרניים קוסמיות וכאלה. עם זאת, ישנם כמה מקורות קרינה בהם תוכל למצוא את השימוש במונה שלך:

אמריציום מגלאי עשן

אמריציום הוא יסוד מעשה ידי אדם (שאינו מתרחש באופן טבעי), והוא משמש בגלאי עשן מסוג יינון. גלאי עשן אלה נפוצים מאוד וכנראה שיש לך כמה בבית שלך. זה די קל לדעת אם כן, כי לכולם יש את המילים המכילות חומר רדיואקטיבי Am 241 המעוצב לתוך הפלסטיק. האמריציום, בצורת דו -חמצן אמריקניום, מצופה על כפתור מתכת קטן בפנים, המותקן במארז קטן המכונה תא הינוד. האמריציום מצופה בדרך כלל בשכבה דקה של זהב או מתכת עמידה בפני קורוזיה. אתה יכול לפתוח את גלאי העשן ולהוציא את הכפתור הקטן - בדרך כלל זה לא ממש קשה.

למה קרינה בגלאי עשן?

בתוך תא היינון של הגלאי, יש שתי לוחות מתכת היושבים זה מול זה. לאחד מהם מצורף כפתור americium, הפולט זרם קבוע של חלקיקי אלפא שחוצים פער אוויר קטן ולאחר מכן נספגים בצלחת השנייה. האוויר בין שתי הלוחות הופך למיונן ולכן הוא מוליך במידה מסוימת. זה מאפשר זרם קטן לזרום בין הלוחות, וניתן לחוש זרם זה על ידי מעגל גלאי העשן. כאשר חלקיקי עשן נכנסים לתא, הם סופגים את חלקיקי האלפא ושוברים את המעגל ומפעילים את האזעקה.

כן, אבל האם זה מסוכן?

הקרינה הנפלטת היא שפירה יחסית, אך ליתר ביטחון אני ממליץ על הדברים הבאים:

• שמור את כפתור ה- americium במקום בטוח הרחק מהילדים, רצוי בכלי חסין ילדים מסוג כלשהו
• לעולם אל תיגע בפנים הכפתור שעליו מצופה האמריקאי. אם אתה נוגע בטעות בפנים של הכפתור, שטוף את הידיים

זכוכית אורניום

אורניום שימש, בצורת תחמוצת, כתוסף לזכוכית. הצבע האופייני ביותר לזכוכית האורניום הוא צהבהב-ירוק צהבהב בהיר, שהוביל בשנות העשרים לכינוי "זכוכית וזלין" (מבוסס על דמיון נתפס להופעת ג'לי נפט כפי שנוסח ונמכר מסחרית באותה תקופה). אתה תראה אותה מסומנת כ"זכוכית וזלין "בשווקי פשפשים ובחנויות עתיקות, ובדרך כלל תוכל לבקש אותה בשם זה. כמות האורניום בכוס משתנה מרמות עקבות לכ -2% משקל, אם כי כמה חלקים מהמאה ה -20 יוצרו עם עד 25% אורניום! רוב זכוכית האורניום היא מעט מאוד רדיואקטיבית, ואני לא חושב שהיא מסוכנת כלל לטיפול.

אתה יכול לאשר את תכולת האורניום של הזכוכית באור שחור (אור אולטרה סגול), שכן כל זכוכית האורניום זורחת בירוק בהיר ללא קשר לצבע הזכוכית המופיעה תחת אור רגיל (שיכול להשתנות במידה רבה). ככל שחתיכה זוהרת תחת אור אולטרה סגול, כך היא מכילה יותר אורניום. בעוד שחתיכות זכוכית אורניום זוהרות תחת אור אולטרה סגול, הן גם מוציאות אור משלהן מתחת לכל מקור אור המכיל אולטרה סגול (כמו אור שמש). אורכי הגל האולטרה סגולים באנרגיה גבוהה פוגעים באטומי האורניום, ודוחפים את האלקטרונים שלהם לרמת אנרגיה גבוהה יותר. כאשר אטומי האורניום חוזרים לרמת האנרגיה הרגילה שלהם, הם פולטים אור בספקטרום הגלוי.

למה אורניום?

גילוי ובידוד הרדיום בעפרות אורניום (פיצ'בלנדה) על ידי מארי קירי עורר את התפתחות כריית האורניום לחילוץ הרדיום, ששימש לייצור צבעי זוהר בחוג לשעונים ולמטוסים. הדבר הותיר כמות אדירה של אורניום כתוצר פסולת, מכיוון שנדרש שלוש טון אורניום כדי לחלץ גרם אחד של רדיום.

מעטפות עששיות קמפינג תוריום

תוריום משמש במעטפות עששיות קמפינג, בצורה של דו תחמוצת תוריום. כאשר הוא מחומם בפעם הראשונה, החלק הפוליאסטר של המעטפת נשרף, בעוד שהחמצן הטוריום (יחד עם מרכיבים אחרים) שומר על צורת המעטפת אך הופך למעין קרמיקה זוהרת בעת חימום. תוריום כבר לא משמש ליישום זה, כשהוא הופסק על ידי רוב החברות באמצע שנות ה -90, והוחלף ברכיבים אחרים שאינם רדיואקטיביים. תוריום שימש כיוון שהוא מייצר מעטפות זוהרות מאוד, ושהבהירות הזו לא מתאימה למדי למעטפות החדשות והלא רדיואקטיביות. איך תדעו אם המעטפת שיש לכם היא באמת רדיואקטיבית? כאן נכנס מונה הגייגר. מעטפות שהן נתקלתי בהן מטריפות את מונה הגייגר, הרבה יותר מזכוכית אורניום או כפתורי אמריציום. זה לא כל כך שטוריום רדיואקטיבי יותר מאורניום או אמריציום, אבל יש הרבה יותר חומר רדיואקטיבי במעטפת עששית מאשר במקורות אחרים. לכן באמת מוזר להיתקל בקרינה כה רבה במוצר צריכה. אותן אמצעי בטיחות החלים על כפתורי americium חלים גם על מעטפות הפנס.

תודה על הקריאה, כולם! אם אתם אוהבים את ההדרכה הזו, אני מצטרף אליה לתחרות "בנה כלי", ומעריך מאוד את ההצבעה שלך! אשמח לשמוע ממך גם אם יש לך הערות או שאלות (או אפילו עצות/הצעות/ביקורת בונה), אז אל תפחד להשאיר את אלה למטה.

תודה מיוחדת לחברתי לוקה רודריגס על הכנת תרשים המעגלים היפהפה למדריך זה.