عداد جيجر مع الأجزاء الدنيا: 4 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

هنا ، على حد علمي ، أبسط عداد جيجر الذي يمكنك بناؤه. يستخدم هذا الأنبوب أنبوب SMB-20 Geiger روسي الصنع ، مدفوعًا بدائرة تصعيد عالية الجهد مسروقة من مضرب ذباب إلكتروني. يكتشف جسيمات بيتا وأشعة جاما ، وينبعث نقرة لكل جسيم مشع أو انفجار أشعة جاما يكتشفه. كما ترون في الفيديو أعلاه ، فإنه ينقر كل بضع ثوانٍ من إشعاع الخلفية ، ولكنه ينبض بالحياة حقًا عندما يتم اقتراب مصادر الإشعاع مثل زجاج اليورانيوم ، أو عباءة فانوس الثوريوم ، أو أزرار الأميريسيوم من أجهزة الكشف عن الدخان. لقد أنشأت هذا العداد لمساعدتي في تحديد العناصر المشعة التي أحتاجها لملء مجموعة العناصر الخاصة بي ، وهو يعمل بشكل رائع! العيوب الحقيقية الوحيدة لهذا العداد هي أنه ليس مرتفعًا جدًا ، ولا يحسب ويعرض مقدار الإشعاع الذي يكتشفه في الدقيقة. هذا يعني أنك لا تحصل على أي نقاط بيانات فعلية ، مجرد فكرة عامة عن النشاط الإشعاعي بناءً على عدد النقرات التي تسمعها.

في حين أن هناك العديد من مجموعات عداد جيجر المتاحة على الشبكة ، يمكنك بناء مجموعات خاصة بك من الصفر إذا كان لديك المكونات الصحيحة. هيا بنا نبدأ!

الخطوة 1: عدادات جيجر والإشعاع: كيف يعمل كل شيء

عداد جيجر (أو عداد جيجر مولر) هو كاشف إشعاع تم تطويره بواسطة هانز جيجر ووالثر مولر في عام 1928. واليوم ، أصبح الجميع على دراية بأصوات النقر التي يصدرها عندما يكتشف شيئًا ما ، وغالبًا ما يُنظر إليه على أنه "صوت" إشعاع. قلب الجهاز هو أنبوب جيجر مولر ، وهو عبارة عن أسطوانة معدنية أو زجاجية مملوءة بغازات خاملة تحت ضغط منخفض. يوجد داخل الأنبوب قطبان ، أحدهما مثبت بجهد عالي الجهد (عادة 400-600 فولت) بينما الآخر متصل بأرضية كهربائية. مع وجود الأنبوب في حالة الراحة ، لا يمكن لأي تيار أن يقفز الفجوة بين القطبين داخل الأنبوب ، وبالتالي لا يتدفق التيار. ومع ذلك ، عندما يدخل جسيم مشع في الأنبوب ، مثل جسيم بيتا ، فإن الجسيم يؤين الغاز داخل الأنبوب ، مما يجعله موصلًا ويسمح للتيار بالقفز بين الأقطاب الكهربائية لفترة وجيزة. يؤدي هذا التدفق القصير للتيار إلى تشغيل جزء الكاشف من الدائرة ، والذي يصدر "نقرة" مسموعة. المزيد من النقرات يعني المزيد من الإشعاع. تمتلك العديد من عدادات جيجر أيضًا القدرة على حساب عدد النقرات وحساب الأعداد في الدقيقة ، أو التكلفة لكل ألف ظهور ، وعرضها على شاشة الاتصال الهاتفي أو شاشة القراءة.

دعونا ننظر إلى طريقة عمل عداد جيجر بطريقة أخرى. إن المبدأ الرئيسي لعملية عداد جيجر هو أنبوب جيجر ، وكيف يُنشئ جهدًا عاليًا على قطب كهربائي واحد. هذا الجهد العالي يشبه منحدر جبلي شديد الانحدار مغطى بالثلوج العميقة ، وكل ما يتطلبه الأمر هو القليل من الطاقة الإشعاعية (مثل المتزلج الذي ينزل على المنحدر) لتفجير الانهيار الجليدي. يحمل الانهيار الجليدي الذي أعقب ذلك طاقة أكثر بكثير من الجسيم نفسه ، طاقة كافية ليتم اكتشافها بواسطة بقية دائرة عداد جيجر.

نظرًا لأنه ربما مر وقت منذ أن جلس الكثير منا في فصل دراسي وتعلموا عن الإشعاع ، فإليك تجديد سريع للمعلومات.

المادة وبنية الذرة

تتكون كل مادة من جزيئات صغيرة تسمى الذرات. تتكون الذرات نفسها من جسيمات أصغر ، وهي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. تتجمع البروتونات والنيوترونات معًا في مركز الذرة - يسمى هذا الجزء بالنواة. تدور الإلكترونات حول النواة.

البروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة ، والإلكترونات سالبة الشحنة ، والنيوترونات لا تحمل أي شحنة ، وبالتالي فهي محايدة ، ومن هنا جاء اسمها. في الحالة المحايدة ، تحتوي كل ذرة على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات. نظرًا لأن البروتونات والإلكترونات تحمل شحنة متساوية ولكن معاكسة ، فإن هذا يعطي الذرة صافي شحنة متعادلة. ومع ذلك ، عندما لا يتساوى عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة ، تصبح الذرة جسيمًا مشحونًا يسمى أيونًا. عدادات جيجر قادرة على اكتشاف الإشعاع المؤين ، وهو شكل من أشكال الإشعاع لديه القدرة على تحويل الذرات المحايدة إلى أيونات. الأنواع الثلاثة المختلفة للإشعاع المؤين هي جسيمات ألفا وجزيئات بيتا وأشعة جاما.

جسيمات ألفا

يتكون جسيم ألفا من نيوترونين وبروتونين مرتبطين معًا ، وهو ما يعادل نواة ذرة الهيليوم. يتشكل الجسيم عندما ينفصل ببساطة عن نواة الذرة ويطير. لأنه لا يحتوي على أي إلكترونات سالبة الشحنة لإلغاء الشحنة الموجبة للبروتونين ، فإن جسيم ألفا هو جسيم موجب الشحنة ، يسمى أيون. جسيمات ألفا هي شكل من أشكال الإشعاع المؤين ، لأن لديها القدرة على سرقة الإلكترونات من محيطها ، وبذلك تقوم بتحويل الذرات التي يسرقونها إلى أيونات بأنفسهم. في الجرعات العالية ، يمكن أن يتسبب ذلك في تلف الخلايا. إن جسيمات ألفا الناتجة عن التحلل الإشعاعي بطيئة الحركة ، وكبيرة الحجم نسبيًا ، وبسبب شحنتها لا يمكنها المرور عبر أشياء أخرى بسهولة. يلتقط الجسيم في النهاية عددًا قليلاً من الإلكترونات من البيئة ، وبذلك يصبح ذرة هيليوم شرعية. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنتاج الهيليوم الموجود على الأرض تقريبًا.

جسيمات بيتا

جسيم بيتا هو إما إلكترون أو بوزيترون. البوزيترون مثل الإلكترون ، لكنه يحمل شحنة موجبة. تنبعث جسيمات بيتا ناقص (الإلكترونات) عندما يتحلل النيوترون إلى بروتون ، وتنبعث جسيمات بيتا بلس (البوزيترونات) عندما يتحلل البروتون إلى نيوترون.

أشعة غاما

أشعة جاما هي فوتونات عالية الطاقة. توجد أشعة جاما في الطيف الكهرومغناطيسي ، بعيدًا عن الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. لديهم قوة اختراق عالية ، وقدرتها على التأين تأتي من حقيقة أنها يمكن أن تقطع الإلكترونات من الذرة.

أنبوب SMB-20 ، الذي سنستخدمه لهذا البناء ، هو أنبوب شائع روسي الصنع. له جلد معدني رقيق يعمل كقطب كهربائي سالب ، بينما يعمل السلك المعدني بالطول عبر مركز الأنبوب كقطب موجب. لكي يكتشف الأنبوب جسيمًا مشعًا أو أشعة جاما ، يجب أن يخترق هذا الجسيم أو الشعاع أولاً الجلد المعدني الرقيق للأنبوب. بشكل عام ، لا تستطيع جسيمات ألفا القيام بذلك ، حيث يتم إيقافها عادة بواسطة جدران الأنبوب. غالبًا ما تحتوي أنابيب جيجر الأخرى المصممة لاكتشاف هذه الجسيمات على نافذة خاصة تسمى نافذة ألفا ، والتي تسمح لهذه الجسيمات بدخول الأنبوب. تتكون النافذة عادة من طبقة رقيقة جدًا من الميكا ، ويجب أن يكون أنبوب جايجر قريبًا جدًا من مصدر ألفا لالتقاط الجسيمات قبل أن يمتصها الهواء المحيط. * * تنهد * إذن هذا يكفي عن الإشعاع ، فلنبدأ في بناء هذا الشيء.

الخطوة 2: اجمع أدواتك وموادك

الإمدادات اللازمة:

• SMB-20 Geiger Tube (متاح بحوالي 20 دولارًا أمريكيًا على موقع eBay)
• دائرة تصعيد تيار مستمر عالية الجهد ، سُرقت من منشة طيران إلكترونية رخيصة. هذا هو النموذج المحدد الذي استخدمته:
• ثنائيات زينر بقيمة إجمالية مجمعة تبلغ حوالي 400 فولت (أربعة منها 100 فولت ستكون مثالية)
• مقاومات بقيمة إجمالية مجمعة 5 ميغا أوم (استخدمت خمسة 1 ميغا أوم)
• الترانزستور - نوع NPN ، استخدمت 2SC975
• عنصر مكبر الصوت بيزو (مسروق من الميكروويف أو من لعبة إلكترونية صاخبة)
• 1 × بطارية AA
• حامل بطارية AA
• مفتاح التشغيل / الإيقاف (لقد استخدمت المفتاح اللحظي SPST من flyswatter الإلكتروني)
• قطع خردة من الأسلاك الكهربائية
• قطعة من الخشب الخردة أو البلاستيك أو غيرها من المواد غير الموصلة لاستخدامها كركيزة لبناء الدائرة عليها

الأدوات التي استخدمتها:

• لحام الحديد "قلم رصاص"
• لحام الصنوبري ذو القطر الصغير للأغراض الكهربائية
• مسدس الغراء الساخن مع عصي الغراء المناسبة
• قواطع للاسلاك
• قواطع الأسلاك
• مفك براغي (لهدم صاعق الذباب الإلكتروني)

في حين أن هذه الدائرة مبنية حول أنبوب SMB-20 ، القادر على اكتشاف جسيمات بيتا وأشعة جاما ، يمكن بسهولة تكييفها لاستخدام مجموعة متنوعة من الأنابيب. ما عليك سوى التحقق من نطاق جهد التشغيل المحدد والمواصفات الأخرى للأنبوب الخاص بك وضبط قيم المكونات وفقًا لذلك. الأنابيب الأكبر حجمًا أكثر حساسية من الأنابيب الصغيرة ، وذلك ببساطة لأنها أهداف أكبر للجسيمات لتضربها.

تتطلب أنابيب جيجر الفولتية العالية للعمل ، لذلك نحن نستخدم دائرة تصعيد التيار المستمر من منشة الذباب الإلكترونية لزيادة 1.5 فولت من البطارية إلى حوالي 600 فولت (في الأصل ، كان منشة الذباب تعمل بجهد 3 فولت ، مما أدى إلى إطفاء حوالي 1200 فولت. لانطلاق الذباب. قم بتشغيله على الفولتية العالية وسيكون لديك صاعق كهربائي). يحب SMB-20 أن يتم دفعه عند 400 فولت ، لذلك نستخدم ثنائيات زينر لتنظيم الجهد إلى هذه القيمة. أنا أستخدم ثلاثة عشر زنرًا بقوة 33 فولت ، لكن المجموعات الأخرى ستعمل أيضًا ، مثل زنر 4 × 100 فولت ، طالما أن إجمالي قيم زينر يساوي الجهد المستهدف ، في هذه الحالة 400.

تستخدم المقاومات للحد من التيار إلى الأنبوب. يحب SMB-20 المقاوم الأنود (الجانب الإيجابي) بحوالي 5 ميغا أوم ، لذلك أنا أستخدم خمسة مقاومات 1 ميغا أوم. يمكن استخدام أي مجموعة من المقاومات طالما أن قيمها تصل إلى حوالي 5 ميغا أوم.

يشتمل عنصر مكبر الصوت Piezo والترانزستور على جزء الكاشف من الدائرة. يُصدر عنصر مكبر الصوت Piezo أصوات النقر ، وتسمح لك الأسلاك الطويلة بإبقائه بالقرب من أذنك. لقد حالفني الحظ في إنقاذهم من أشياء مثل أجهزة الميكروويف والمنبهات وغيرها من الأشياء التي تصدر أصوات صفير مزعجة. الذي وجدته يحتوي على غلاف بلاستيكي جميل حوله مما يساعد على تضخيم الصوت القادم منه.

يعزز الترانزستور حجم النقرات. يمكنك بناء الدائرة بدون ترانزستور ، لكن النقرات التي تولدها الدائرة لن تكون عالية (أعني بذلك بالكاد مسموع). لقد استخدمت ترانزستور 2SC975 (نوع NPN) ، لكن من المحتمل أن تعمل العديد من الترانزستورات الأخرى. كان 2SC975 حرفياً أول ترانزستور أخرجته من كومة المكونات التي تم إنقاذها.

في الخطوة التالية سنقوم بتمزيق مضرب الذباب الكهربائي. لا تقلق فالأمر سهل.

الخطوة 3: فك منشة الذباب

قد تختلف مقذوفات الذباب الإلكترونية قليلاً في البناء ، ولكن نظرًا لأننا لا نتبع سوى الأجهزة الإلكترونية الموجودة بالداخل ، فما عليك سوى مزقها وسحب الشجاعة للخارج. المنشة الموجودة في الصور أعلاه مختلفة قليلاً عن تلك التي قمت بتضمينها في العداد ، حيث يبدو أن الشركة المصنعة قد غيرت تصميمها.

ابدأ بإزالة أي مسامير ظاهرة أو غيرها من أدوات التثبيت التي تمسكها ببعضها البعض ، مع الانتباه إلى الملصقات أو الأشياء مثل غطاء البطارية التي قد تخفي أدوات التثبيت الإضافية. إذا كان الشيء لا يزال غير مفتوح ، فقد يتطلب الأمر بعض التحديق باستخدام مفك البراغي على طول اللحامات في الجسم البلاستيكي للمنشة.

بمجرد فتحه ، سيتعين عليك استخدام قواطع سلكية لقطع الأسلاك في شبكة شبكة صاعق الذبابة. ينشأ سلكان أسودان (أحيانًا ألوان أخرى) من نفس المكان على اللوحة ، ويؤدي كل منهما إلى إحدى الشبكات الخارجية. هذه هي الأسلاك السالبة أو "الأرضية" لإخراج الجهد العالي. نظرًا لأن هذه الأسلاك تأتي من نفس المكان على لوحة الدائرة ، ونحتاج إلى واحد فقط ، فقم بقص واحدة في لوحة الدائرة ، مع وضع سلك الخردة جانبًا لاستخدامه لاحقًا.

يجب أن يكون هناك سلك أحمر واحد يؤدي إلى الشبكة الداخلية ، وهذا هو خرج الجهد العالي الموجب.

تنتقل الأسلاك الأخرى القادمة من لوحة الدائرة إلى صندوق البطارية ، والأسلاك التي بها زنبرك في نهايتها هي التوصيل السالب. بسيط جدا.

إذا قمت بفك رأس المنشة ، ربما لفصل المكونات لإعادة التدوير ، احترس من الحواف الحادة المحتملة على الشبكة المعدنية.

الخطوة 4: أنشئ الدائرة واستخدمها

بمجرد حصولك على المكونات الخاصة بك ، سيتعين عليك لحامها معًا لتشكيل الدائرة الموضحة في الرسم التخطيطي. لقد قمت بلصق كل شيء على قطعة من البلاستيك الشفاف كنت قد وضعت حولها. هذا يجعل الدائرة قوية وموثوقة ، كما أنها تبدو جيدة جدًا. هناك احتمال ضئيل أن تمنح نفسك القليل من الانطلاق من لمس أجزاء من هذه الدائرة أثناء تنشيطها ، مثل الاتصال الموجود على مكبر الصوت بيزو ، ولكن يمكنك فقط تغطية التوصيلات بالغراء الساخن إذا كانت هناك مشكلة.

بمجرد أن حصلت أخيرًا على جميع المكونات التي أحتاجها لبناء الدائرة ، جمعتها معًا في فترة ما بعد الظهر. اعتمادًا على قيم المكونات التي لديك ، قد ينتهي بك الأمر باستخدام مكونات أقل مما فعلت. يمكنك أيضًا استخدام أنبوب جايجر الأصغر ، وجعل العداد مضغوطًا جدًا. ساعة يد عداد جايجر ، أي شخص؟

الآن قد تتساءل ، ما الذي أحتاجه من عداد جيجر إذا لم يكن لدي أي شيء مشع للإشارة إليه؟ سوف ينقر العداد كل بضع ثوانٍ فقط من إشعاع الخلفية ، والذي يتكون من أشعة كونية وما شابه. ولكن هناك بعض مصادر الإشعاع التي يمكنك العثور عليها لاستخدام العداد الخاص بك في:

الأمريسيوم من أجهزة كشف الدخان

الأمريسيوم عنصر من صنع الإنسان (لا يحدث بشكل طبيعي) ، ويستخدم في أجهزة كشف الدخان من نوع التأين. أجهزة كشف الدخان هذه شائعة جدًا وربما يكون لديك القليل منها في منزلك. في الواقع ، من السهل جدًا معرفة ما إذا كنت تفعل ذلك ، لأن جميعها تحتوي على الكلمات التي تحتوي على مادة مشعة Am 241 مصبوبة في البلاستيك. الأمريسيوم ، على شكل ثاني أكسيد الأمريسيوم ، مطلي على زر معدني صغير بالداخل ، مركب في حاوية صغيرة تعرف بغرفة التأين. عادة ما يتم طلاء الأميريسيوم بطبقة رقيقة من الذهب أو غيره من المعادن المقاومة للتآكل. يمكنك فتح كاشف الدخان وإخراج الزر الصغير - عادة لا يكون صعبًا جدًا.

لماذا الإشعاع في كاشف الدخان؟

داخل غرفة التأين بالكاشف ، يوجد لوحان معدنيان مقابل بعضهما البعض. يتصل بأحدهما زر الأمريسيوم ، الذي ينبعث منه تيار مستمر من جسيمات ألفا التي تعبر فجوة هوائية صغيرة ثم تمتصها اللوحة الأخرى. يتأين الهواء بين الصفيحتين وبالتالي يكون موصلًا إلى حد ما. يسمح هذا بتدفق تيار صغير بين الألواح ، ويمكن استشعار هذا التيار بواسطة دارة كاشف الدخان. عندما تدخل جزيئات الدخان إلى الغرفة ، فإنها تمتص جزيئات ألفا وتكسر الدائرة ، مما يؤدي إلى إطلاق الإنذار.

نعم ، لكن هل هذا خطير؟

الإشعاع المنبعث حميد نسبيًا ، ولكن لكي تكون آمنًا ، أوصي بما يلي:

• احتفظ بزر الأميريسيوم في مكان آمن بعيدًا عن متناول الأطفال ، ويفضل أن يكون ذلك في حاوية من نوع ما ضد عبث الأطفال
• لا تلمس وجه الزر المطلي بالأميرسيوم أبدًا. إذا لمست وجه الزر عن طريق الخطأ ، اغسل يديك

زجاج اليورانيوم

تم استخدام اليورانيوم ، في شكل أكسيد ، كمادة مضافة للزجاج. اللون الأكثر شيوعًا لزجاج اليورانيوم هو اللون الأخضر المصفر الباهت ، والذي أدى في عشرينيات القرن الماضي إلى لقب "زجاج الفازلين" (بناءً على تشابه ملحوظ مع مظهر الفازلين كما تم صياغته وبيعه تجاريًا في ذلك الوقت). سترى أنه مكتوب عليه "زجاج فازلين" في أسواق السلع المستعملة ومتاجر التحف ، ويمكنك عادةً أن تطلبه بهذا الاسم. تختلف كمية اليورانيوم في الزجاج من مستويات ضئيلة إلى حوالي 2٪ من حيث الوزن ، على الرغم من أن بعض قطع القرن العشرين صنعت بما يصل إلى 25٪ من اليورانيوم! معظم زجاج اليورانيوم مشع بشكل طفيف جدًا ، ولا أعتقد أنه من الخطورة على الإطلاق التعامل معه.

يمكنك التأكد من محتوى اليورانيوم في الزجاج بضوء أسود (ضوء فوق بنفسجي) ، حيث يتألق زجاج اليورانيوم باللون الأخضر الساطع بغض النظر عن اللون الذي يظهر عليه الزجاج تحت الضوء العادي (والذي يمكن أن يختلف بشكل كبير). كلما كانت القطعة أكثر إشراقًا تحت الضوء فوق البنفسجي ، زادت نسبة اليورانيوم التي تحتوي عليها. بينما تتوهج قطع من زجاج اليورانيوم تحت الضوء فوق البنفسجي ، فإنها تعطي أيضًا ضوءًا خاصًا بها تحت أي مصدر ضوء يحتوي على الأشعة فوق البنفسجية (مثل ضوء الشمس). تضرب الأطوال الموجية العالية للطاقة فوق البنفسجية من الضوء ذرات اليورانيوم ، دافعة إلكتروناتها إلى مستوى طاقة أعلى. عندما تعود ذرات اليورانيوم إلى مستوى طاقتها الطبيعي ، فإنها تبعث الضوء في الطيف المرئي.

لماذا اليورانيوم؟

أدى اكتشاف وعزل الراديوم في خام اليورانيوم (بيتشبلند) من قبل ماري كوري إلى تطوير تعدين اليورانيوم لاستخراج الراديوم ، والذي تم استخدامه لصنع دهانات توهج في الظلام لقرص الساعة والطائرات. ترك هذا كمية هائلة من اليورانيوم كمنتج نفايات ، حيث يتطلب الأمر ثلاثة أطنان من اليورانيوم لاستخراج غرام واحد من الراديوم.

عباءة ثوريوم فانوس التخييم

يستخدم الثوريوم في فوانيس التخييم ، على شكل ثاني أكسيد الثوريوم. عند التسخين لأول مرة ، يحترق جزء البوليستر من الوشاح ، بينما يحتفظ ثاني أكسيد الثوريوم (جنبًا إلى جنب مع المكونات الأخرى) بشكل الوشاح ولكنه يصبح نوعًا من السيراميك الذي يضيء عند تسخينه. لم يعد يستخدم الثوريوم لهذا التطبيق ، حيث أوقفته معظم الشركات في منتصف التسعينيات ، واستبدلت بعناصر أخرى غير مشعة. تم استخدام الثوريوم لأنه يجعل الوشاح يتوهج بشكل ساطع للغاية ، وهذا السطوع لا يتطابق تمامًا مع الأغطية الأحدث غير المشعة. كيف تعرف ما إذا كان الوشاح الذي لديك مشعًا حقًا؟ هذا هو المكان الذي يأتي فيه عداد جيجر. العباءات التي صادفتها تدفع عداد جيجر إلى الجنون ، أكثر بكثير من زجاج اليورانيوم أو أزرار الأميريسيوم. لا يعتبر الثوريوم أكثر نشاطًا إشعاعيًا من اليورانيوم أو الأمريسيوم ، ولكن هناك الكثير من المواد المشعة في عباءة الفانوس أكثر من تلك المصادر الأخرى. لهذا السبب من الغريب حقًا مواجهة الكثير من الإشعاع في منتج استهلاكي. تنطبق نفس احتياطات الأمان التي تنطبق على أزرار الأميريسيوم على أغطية الفانوس أيضًا.

شكرًا على القراءة ، جميعًا! إذا كنت تحب هذه التعليمات ، فأنا أدخلها في مسابقة "إنشاء أداة" ، وسأكون ممتنًا حقًا لتصويتك! أود أيضًا أن أسمع منك إذا كانت لديك تعليقات أو أسئلة (أو حتى نصائح / اقتراحات / نقد بناء) ، لذلك لا تخف من تركها أدناه.

شكر خاص لصديقي لوكا رودريغيز لعمل مخطط الدائرة الجميل لهذا التدريب.