核辐射检测DIY,简易盖革计数器手工制作

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   日本福岛一号核泄漏事件发生之后,各种关于核辐射的谣言如春日的柳絮般漫天飞舞。不过,一枚普通的人类怎样才能判断哪里有辐射? 辐射又有多强? DIY西客网教你在半小时之内手工制作出一个简易的辐射探测器。

  DIY准备:

  ● 电烙铁一把

  ○ 盖革管 80元x1

  ○ 电蚊拍 30元x1 (蚊子肆虐的季节未到,所以大型超市中可能没有存货。不过小商品市场里通常会有没卖出去的积压货。我们只是取用其中的高压模块,如果你不嫌麻烦或者更富有DIY精神,完全可以DIY一个高压模块来用)

  ○ 有源音箱(带低音炮的那种2.1声道电脑音箱就行)

  ○ 100V 稳压二极管 1元x4 (电子市场/网购)

  ○ 10M电阻 x1 100K电阻 x1 (同上)

  ○ 几根导线

  ○ 音频接头 0.5元x1(同上)

  可选装备

  ● 电工胶带或者热缩管+热风枪套装,用来在接线之后保证导线绝缘

  ● 放射性矿物,比如此次出场的“副钙铀云母”大大

  ○ 洞洞板

  DIY步骤:

  步骤1、盖革管原理剖析

   盖革管的全称是盖革-米勒管(G-M tube),是由卢瑟福(Ernest Rutherford,就是高中物理课本里那个提出“有核原子模型”的人)和德国物理学家盖革(Hans Geiger)于1908年共同发明,又由盖革和他的博士生米勒(Walther Müller)在1928年合作改进的。从此之后,盖革管的设计就基本不再改进了。核辐射包括α粒子流、β粒子流、γ射线三类,而盖革管则可以探测其中的一种或几种,视具体型号而定。这里请到的这位盖革管大叔,名叫J408γ(注意是J408 gamma,而不是Y),想必他擅长探测γ射线了。

  

   当一种电离辐射(比如γ射线)进入盖革管时,会使盖革管中的气体电离,在盖革管两端产生一个脉冲信号。这个脉冲信号可以被后级电路处理成各种表现形式。目前市面上出售的盖革计数器通常是抓到一次辐射就闪一下LED灯,或者让蜂鸣器“滴”一声;也有些高级的会用一个计数芯片来数盖革管输出的脉冲信号个数,然后显示出来。

  盖革管两端有两个金属小圆帽,(1)处的小圆帽是连着盖革管中心的金属丝的,要接电源正极。(2)处连着盖革管中的金属筒,要接电源负极。被盖革管大叔压着的那张纸是大叔的出生证明,果然是很有历史感嘛,有木有!(3)处是大叔的出生日期。货真价实如假包换的60后啊。

  步骤2、电压模块,稳压器的制作

   仔细看过J408γ大叔出生证明的同学,可能已经依稀辨认出大叔需要的工作电压是400V,而电蚊拍高压模块输出的电压是2000V(不同电蚊拍有所差异,但一般在几千伏这个数量级上)。为了得到想要的电压,就需要在高压模块的输出端并联上稳压的模块,把电压稳定在400V上。

  

   (1)中的四个管子就是100V的稳压二极管。(2)和(3)是两个普通的电阻,阻值分别为10M和100K。(4)是洞洞板,主要是为了演示起来清晰一点(貌似没有达到效果啊啊…)实际制作的时候可以不使用。

  

   把这六个元件扭曲成如上图所示的形状

  

   把扭曲后的元件依次排列,(1)是10M电阻,(2)是4个串联的稳压二极管,(3)是100k电阻。注意,二极管是有方向性的,管身一侧画着一个黑色圆环。在作稳压用时,带环的一侧接高压端,无环的一侧接低压端。

  步骤3、提取高压模块:盖革管的动力之源

  充电式电蚊拍是使用高压模块取得2000V以上的高压电来让蚊子震撼至死的。高压模块是蚊子的梦魇,但却是盖革管大叔的动力之源。

  

   图中(1)、(2)、(3)三个部分就是从电蚊拍手柄中取得的高压模块。其中(1)处是可以接220V市电的弹出式充电插头,(3)处是600mAH,4V的铅酸蓄电池。(2)处就是高压模块了。可以看到,电蚊拍的高压模块有三个输出导线,两根黄色的A、A'和一根白色的B。A和A'是从2000V高压输出端引出的两条导线,效果相同,平时是连在电蚊拍拍面两侧的金属网上的。B是地线,你可以认为它是电源负极,平时是连在电蚊拍中间的那一层金属网上的。所以电蚊拍的拍面实际上是两个反向的高压电场。关于电蚊拍的详细结构……

  把A点接在稳压管序列的高压端,B点接在低压端,如图所示的位置。

  步骤4、盖革管组装

  将盖革管的两端连接到稳压模块相应的位置上,打开高压模块的开关,就可以使盖革管开始工作了。

  

  图中,盖革管上的A点接到稳压模块10M电阻左边的A点,盖革管上的B点接到100k电阻右边的B点,如图所示。

  需要注意的是,盖革管开始工作了,不代表你看得到他开始工作了。那如果盖革管在兢兢业业的工作,而我们却又感受不到他的工作成果,岂不是一件很伤感的事情...所以我们需要:

  步骤5、核辐射检测发声部分组装

   为了听到核辐射的声音,就需要给他一张嘴——发声设备。最常见的发声设备,就是大家桌面上的耳机或者音箱了吧? 只要将100K电阻的两端接到耳机或者音箱的声音输入端就可以了。为了不破坏耳机/音箱的音频输入线,我们可以给这个极简盖革计数器装上一个音频插座。

  

  图中,紫色导线G接到音频输入的接地端,灰色导线L接到音频输入的左声道。

  

   这就是个3.5mm音频插座啦。从耳机插入孔往后数,一共有三排引脚,分别是接地端G、右声道R、左声道L。记得L接灰色,G接紫色。接好之后,为了测试盖革管的效果,必须要找到一个辐射源,有一些天然的石材会有微弱的放射性。

  步骤6、 一睹放射性矿物的真容,核辐射实地检测

  

   副钙铀云母矿石

   这次请到的放射源是一块产自德国贝尔根铀矿的副钙铀云母矿石。虽然名为“云母”,但它和云母的关系其实八竿子都打不着,只是长相有些类似,都能剥成薄片罢了。副钙铀云母是一种磷酸盐,化学式为Ca(UO2)2(PO4)2•2-6H2O,因为长相喜人,所以在放射矿物标本收藏界颇受欢迎。而它的铀含量高达56.53%,每克的放射活度在100,000Bq左右(也就是说每秒钟大约有十万个原子在发生衰变),短时间接触对人没有什么伤害,但又能放出足够的射线,测试盖革管再合适不过了。

  

  图中1处是稳压电路,2处是已经接上音箱的音频插座,3处是电蚊拍的手柄。在改造了高压模块之后,又把它放回了手柄中,利用电蚊拍手柄本身的开关作为极简盖革计数器的开关。

  步骤7、极简盖革计数器检测副钙铀云母

   每探测到一个脉冲,音响就会发出一个爆裂声。可以发现,放射源和盖革管距离的远近对爆裂声的密集程度会产生很大的影响。如果想要把整体做成移动探测核辐射的设备,必然不能带着音响,则音响的部分可以用耳机替代。不过耳机放大音量的功能太弱,所以爆裂声可能声音很小,需要很安静的环境才可以听得到,所以不太推荐。

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