Penghitung Geiger Bekerja dengan Bagian Minimal: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Ini, sepengetahuan saya, penghitung Geiger yang berfungsi paling sederhana yang dapat Anda buat. Yang ini menggunakan tabung Geiger SMB-20 buatan Rusia, yang digerakkan oleh rangkaian step-up tegangan tinggi yang diambil dari pemukul lalat elektronik. Ini mendeteksi partikel beta dan sinar gamma, memancarkan klik untuk setiap partikel radioaktif atau ledakan sinar gamma yang terdeteksi. Seperti yang Anda lihat dalam video di atas, klik setiap beberapa detik dari radiasi latar, tetapi benar-benar menjadi hidup ketika sumber radiasi seperti kaca uranium, mantel lentera thorium, atau tombol amerisium dari detektor asap didekatkan. Saya membuat penghitung ini untuk membantu saya mengidentifikasi elemen radioaktif yang saya perlukan untuk mengisi koleksi elemen saya, dan itu berfungsi dengan baik! Satu-satunya kelemahan penghitung ini adalah tidak terlalu keras, dan tidak menghitung dan menampilkan jumlah radiasi yang dideteksi dalam hitungan per menit. Itu berarti Anda tidak mendapatkan poin data aktual apa pun, hanya gambaran umum tentang radioaktivitas berdasarkan jumlah klik yang Anda dengar.

Meskipun ada berbagai kit penghitung Geiger yang tersedia di internet, Anda dapat membuatnya sendiri dari awal jika Anda memiliki komponen yang tepat. Mari kita mulai!

Langkah 1: Penghitung Geiger dan Radiasi: Cara Kerjanya

Penghitung Geiger (atau penghitung Geiger-Müller) adalah detektor radiasi yang dikembangkan oleh Hans Geiger dan Walther Müller pada tahun 1928. Saat ini, hampir semua orang akrab dengan bunyi klik yang dihasilkan ketika mendeteksi sesuatu, sering dianggap sebagai "suara" radiasi. Inti dari perangkat ini adalah tabung Geiger-Müller, silinder logam atau kaca yang diisi dengan gas inert yang ditahan di bawah tekanan rendah. Di dalam tabung ada dua elektroda, salah satunya ditahan pada potensial tegangan tinggi (biasanya 400-600 volt) sementara yang lain terhubung ke ground listrik. Dengan tabung dalam keadaan istirahat, tidak ada arus yang dapat melompati celah antara dua elektroda di dalam tabung, sehingga tidak ada arus yang mengalir. Namun, ketika partikel radioaktif memasuki tabung, seperti partikel beta, partikel mengionisasi gas di dalam tabung, membuatnya konduktif dan memungkinkan arus melompat di antara elektroda untuk sesaat. Aliran arus singkat ini memicu bagian detektor dari rangkaian, yang mengeluarkan bunyi “klik”. Lebih banyak klik berarti lebih banyak radiasi. Banyak penghitung Geiger juga memiliki kemampuan untuk menghitung jumlah klik dan menghitung hitungan per menit, atau CPM, dan menampilkannya pada dial atau tampilan pembacaan.

Mari kita lihat pengoperasian penghitung Geiger dengan cara lain. Prinsip utama operasi pencacah Geiger adalah tabung Geiger, dan bagaimana tabung itu mengatur tegangan tinggi pada satu elektroda. Tegangan tinggi ini seperti lereng gunung curam yang tertutup salju tebal, dan yang diperlukan hanyalah sedikit energi radiasi (mirip dengan pemain ski yang menuruni lereng) untuk memicu longsoran salju. Longsoran berikutnya membawa lebih banyak energi daripada partikel itu sendiri, energi yang cukup untuk dideteksi oleh rangkaian pencacah Geiger lainnya.

Karena mungkin sudah lama sejak banyak dari kita duduk di ruang kelas dan belajar tentang radiasi, berikut adalah penyegaran cepat.

Materi dan Struktur Atom

Semua materi terdiri dari partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom sendiri tersusun dari partikel yang lebih kecil lagi, yaitu proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron berkumpul di pusat atom - bagian ini disebut nukleus. Elektron mengorbit inti.

Proton adalah partikel bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak membawa muatan dan karena itu netral, maka namanya. Dalam keadaan netral, setiap atom mengandung jumlah proton dan elektron yang sama. Karena proton dan elektron membawa muatan yang sama tetapi berlawanan, ini memberi atom muatan bersih netral. Namun, ketika jumlah proton dan elektron dalam suatu atom tidak sama, atom tersebut menjadi partikel bermuatan yang disebut ion. Penghitung Geiger mampu mendeteksi radiasi pengion, suatu bentuk radiasi yang memiliki kemampuan untuk mengubah atom netral menjadi ion. Tiga jenis radiasi pengion yang berbeda adalah partikel Alpha, partikel Beta, dan sinar Gamma.

Partikel Alfa

Partikel alfa terdiri dari dua neutron dan dua proton yang terikat bersama, dan setara dengan inti atom helium. Partikel tersebut dihasilkan ketika ia putus begitu saja dari inti atom dan terbang. Karena tidak memiliki elektron bermuatan negatif untuk menghilangkan muatan positif dari dua proton, partikel alfa adalah partikel bermuatan positif, yang disebut ion. Partikel alfa adalah bentuk radiasi pengion, karena mereka memiliki kemampuan untuk mencuri elektron dari lingkungan mereka, dan dengan demikian mengubah atom yang mereka curi menjadi ion sendiri. Dalam dosis tinggi, ini dapat menyebabkan kerusakan sel. Partikel alfa yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif bergerak lambat, ukurannya relatif besar, dan karena muatannya tidak dapat melewati benda lain dengan mudah. Partikel tersebut akhirnya mengambil beberapa elektron dari lingkungan, dan dengan demikian menjadi atom helium yang sah. Ini adalah bagaimana hampir semua helium bumi diproduksi.

Partikel Beta

Partikel beta adalah elektron atau positron. Positron seperti elektron, tetapi membawa muatan positif. Partikel beta-minus (elektron) dipancarkan ketika neutron meluruh menjadi proton, dan partikel Beta-plus (positron) dipancarkan ketika proton meluruh menjadi neutron.

Sinar gamma

Sinar gamma adalah foton energi tinggi. Sinar gamma terletak di spektrum elektromagnetik, melampaui cahaya tampak dan ultraviolet. Mereka memiliki daya tembus yang tinggi, dan kemampuan mereka untuk mengionisasi berasal dari fakta bahwa mereka dapat menjatuhkan elektron dari sebuah atom.

Tabung SMB-20, yang akan kita gunakan untuk build ini, adalah tabung umum buatan Rusia. Ini memiliki kulit logam tipis yang bertindak sebagai elektroda negatif, sementara kawat logam yang memanjang melalui pusat tabung berfungsi sebagai elektroda positif. Agar tabung dapat mendeteksi partikel radioaktif atau sinar gamma, partikel atau sinar tersebut terlebih dahulu harus menembus kulit logam tipis tabung. Partikel alfa umumnya tidak dapat melakukan ini, karena biasanya dihentikan oleh dinding tabung. Tabung Geiger lain yang dirancang untuk mendeteksi partikel-partikel ini sering memiliki jendela khusus, yang disebut jendela Alpha, yang memungkinkan partikel-partikel ini masuk ke dalam tabung. Jendela biasanya terbuat dari lapisan mika yang sangat tipis, dan tabung Geiger harus sangat dekat dengan sumber Alpha untuk mengambil partikel sebelum diserap oleh udara di sekitarnya. *Sigh* Jadi itu cukup tentang radiasi, mari kita mulai membangun benda ini.

Langkah 2: Kumpulkan Alat & Bahan Anda

Perlengkapan yang dibutuhkan:

• SMB-20 Geiger Tube (tersedia dengan harga sekitar $20 USD di eBay)
• Sirkuit Step-up DC Tegangan Tinggi, dirampok dari pemukul lalat elektronik murah. Ini adalah model khusus yang saya gunakan:
• Dioda Zener dengan nilai total gabungan sekitar 400v (empat yang 100v akan ideal)
• Resistor dengan nilai total gabungan 5 Megohm (saya menggunakan lima 1 Megohm)
• Transistor - tipe NPN, saya menggunakan 2SC975
• Elemen Speaker Piezo (dirampok dari microwave atau mainan elektronik yang berisik)
• 1x baterai AA
• tempat baterai AA
• Sakelar hidup/mati (saya menggunakan sakelar sesaat SPST dari pemukul lalat elektronik)
• Memo potongan kabel listrik
• Potongan kayu bekas, plastik, atau bahan non-konduktif lainnya untuk digunakan sebagai substrat untuk membangun sirkuit

Alat yang saya gunakan:

• Besi solder "pensil"
• Solder inti rosin berdiameter kecil untuk keperluan listrik
• Pistol lem panas dengan tongkat lem yang sesuai
• Pemotong kawat
• penari telanjang kawat
• Obeng (untuk menghancurkan pemukul lalat elektronik)

Sementara sirkuit ini dibangun di sekitar tabung SMB-20, yang mampu mendeteksi partikel beta dan sinar gamma, ia dapat dengan mudah disesuaikan untuk menggunakan berbagai tabung. Cukup periksa rentang tegangan operasi tertentu dan spesifikasi lain dari tabung khusus Anda dan sesuaikan nilai komponen yang sesuai. Tabung yang lebih besar lebih sensitif daripada yang lebih kecil, hanya karena mereka adalah target yang lebih besar bagi partikel untuk dipukul.

Tabung Geiger memerlukan tegangan tinggi untuk bekerja, jadi kami menggunakan rangkaian step-up DC dari pemukul lalat elektronik untuk meningkatkan tegangan 1,5 volt dari baterai hingga sekitar 600 volt (awalnya pemukul lalat berlari 3 volt, memadamkan sekitar 1200v untuk sengatan listrik lalat. Jalankan pada tegangan yang lebih tinggi dan Anda akan memiliki taser). SMB-20 suka digerakkan pada 400V, jadi kami menggunakan dioda zener untuk mengatur tegangan ke nilai itu. Saya menggunakan tiga belas zener 33V, tetapi kombinasi lain akan bekerja dengan baik, seperti zener 4 x 100V, selama total nilai zener sama dengan tegangan target, dalam hal ini 400.

Resistor digunakan untuk membatasi arus ke tabung. SMB-20 menyukai resistor anoda (sisi positif) sekitar 5M ohm, jadi saya menggunakan lima resistor 1M ohm. Kombinasi resistor apa pun dapat digunakan selama nilainya bertambah hingga sekitar 5M ohm.

Elemen speaker Piezo dan transistor terdiri dari bagian detektor dari rangkaian. Elemen speaker Piezo mengeluarkan suara klik, dan kabel panjang di atasnya memungkinkan Anda untuk mendekatkannya ke telinga Anda. Saya beruntung menyelamatkan mereka dari hal-hal seperti microwave, jam alarm, dan hal-hal lain yang membuat suara bip mengganggu. Yang saya temukan memiliki rumah plastik yang bagus di sekitarnya yang membantu memperkuat suara yang berasal darinya.

Transistor meningkatkan volume klik. Anda dapat membangun sirkuit tanpa transistor, tetapi klik yang dihasilkan sirkuit tidak akan sekeras itu (maksud saya hampir tidak terdengar). Saya menggunakan transistor 2SC975 (tipe NPN), tetapi banyak transistor lain mungkin akan berfungsi. 2SC975 benar-benar hanya transistor pertama yang saya keluarkan dari tumpukan komponen yang diselamatkan.

Pada langkah selanjutnya kita akan melakukan penghancuran pada pemukul lalat listrik. Jangan khawatir itu mudah.

Langkah 3: Bongkar Pemukul Lalat

Pemukul lalat elektronik mungkin sedikit berbeda dalam konstruksi, tetapi karena kami hanya mengejar elektronik di dalamnya, sobek saja dan tarik keluar nyali lol. Pemukul pada gambar di atas sebenarnya sedikit berbeda dari yang saya buat di konter, karena tampaknya pabrikan mengubah desainnya.

Mulailah dengan melepas sekrup yang terlihat atau pengencang lain yang menahannya, perhatikan stiker atau benda seperti penutup baterai yang mungkin menyembunyikan pengencang tambahan. Jika benda itu masih tidak terbuka, mungkin perlu mencongkel dengan obeng di sepanjang jahitan di badan plastik pemukul.

Setelah Anda membukanya, Anda harus menggunakan pemotong kawat untuk memotong kabel di grid mesh fly zapper. Dua kabel hitam (terkadang warna lain) berasal dari tempat yang sama di papan, masing-masing mengarah ke salah satu grid luar. Ini adalah kabel negatif, atau "ground" untuk output tegangan tinggi. Karena kabel ini berasal dari tempat yang sama di papan sirkuit, dan kita hanya membutuhkan satu, lanjutkan dan potong satu di papan sirkuit, sisihkan kabel bekas untuk digunakan nanti.

Harus ada satu kabel merah yang mengarah ke jaringan bagian dalam, dan ini adalah keluaran tegangan tinggi positif.

Kabel lain yang berasal dari papan sirkuit masuk ke kotak baterai, dan kabel dengan pegas di ujungnya adalah sambungan negatif. Cukup mudah.

Jika Anda membongkar kepala pemukul, mungkin untuk memisahkan komponen untuk didaur ulang, perhatikan kemungkinan tepi tajam pada jaring logam.

Langkah 4: Bangun Sirkuit, dan Gunakan

Setelah Anda memiliki komponen, Anda harus menyoldernya bersama-sama untuk membentuk rangkaian yang ditunjukkan pada diagram. Saya merekatkan semuanya dengan panas ke sepotong plastik bening yang saya letakkan di sekitar. Ini membuat sirkuit yang kokoh dan andal, dan juga terlihat cukup bagus. Ada kemungkinan kecil Anda bisa memberi diri Anda sedikit kejutan dari menyentuh bagian sirkuit ini saat diberi energi, seperti koneksi pada speaker piezo, tetapi Anda bisa menutupi koneksi dengan lem panas jika ada masalah.

Setelah saya akhirnya memiliki semua komponen yang saya butuhkan untuk membangun sirkuit, saya melemparkannya bersama-sama di sore hari. Bergantung pada nilai komponen yang Anda miliki, Anda dapat menggunakan lebih sedikit komponen daripada yang saya lakukan. Anda juga bisa menggunakan tabung Geiger yang lebih kecil, dan membuat penghitungnya sangat ringkas. Jam tangan Geiger counter, siapa saja?

Sekarang Anda mungkin bertanya-tanya, untuk apa saya memerlukan penghitung Geiger jika saya tidak memiliki radioaktif untuk mengarahkannya? Penghitung akan mengklik setiap beberapa detik hanya dari radiasi latar belakang, yang terdiri dari sinar kosmik dan semacamnya. Namun, ada beberapa sumber radiasi yang dapat Anda temukan untuk menggunakan penghitung Anda:

Amerisium dari detektor asap

Amerisium adalah elemen buatan manusia (tidak terjadi secara alami), dan digunakan dalam detektor asap tipe ionisasi. Detektor asap ini sangat umum dan Anda mungkin memiliki beberapa di rumah Anda. Sebenarnya cukup mudah untuk mengetahui apakah Anda melakukannya, karena mereka semua memiliki kata-kata mengandung zat radioaktif Am 241 yang dicetak ke dalam plastik. Amerisium, dalam bentuk amerisium dioksida, dilapisi ke tombol logam kecil di dalamnya, dipasang di selungkup kecil yang dikenal sebagai ruang ionisasi. Amerisium biasanya dilapisi dengan lapisan tipis emas atau logam tahan korosi lainnya. Anda dapat membuka detektor asap dan mengeluarkan tombol kecil – biasanya tidak terlalu sulit.

Mengapa radiasi dalam detektor asap?

Di dalam ruang ionisasi detektor, ada dua pelat logam yang saling berhadapan. Terlampir pada salah satunya adalah tombol americium, yang memancarkan aliran konstan partikel alfa yang melintasi celah udara kecil dan kemudian diserap oleh pelat lainnya. Udara antara dua pelat menjadi terionisasi dan karena itu agak konduktif. Ini memungkinkan arus kecil mengalir di antara pelat, dan arus ini dapat dirasakan oleh sirkuit detektor asap. Ketika partikel asap memasuki ruangan, mereka menyerap partikel alfa dan memutus sirkuit, memicu alarm.

Ya, tapi apakah itu berbahaya?

Radiasi yang dipancarkan relatif jinak, tetapi untuk amannya saya merekomendasikan hal berikut:

• Simpan kancing amerisium di tempat yang aman jauh dari anak-anak, sebaiknya di wadah yang aman untuk anak-anak
• Jangan pernah menyentuh bagian depan tombol yang dilapisi amerisium. Jika Anda tidak sengaja menyentuh bagian depan tombol, cuci tangan Anda

gelas uranium

Uranium telah digunakan, dalam bentuk oksida, sebagai aditif untuk kaca. Warna paling khas dari gelas uranium adalah hijau kekuningan pucat, yang pada 1920-an menyebabkan julukan "kaca vaseline" (berdasarkan kemiripan yang dirasakan dengan penampilan petroleum jelly yang diformulasikan dan dijual secara komersial pada waktu itu). Anda akan melihatnya berlabel “Vaseline glass” di pasar loak dan toko barang antik, dan Anda biasanya dapat memintanya dengan nama itu. Jumlah uranium dalam gelas bervariasi dari tingkat jejak hingga sekitar 2% berat, meskipun beberapa potongan abad ke-20 dibuat dengan uranium hingga 25%! Sebagian besar gelas uranium hanya mengandung sedikit radioaktif, dan saya pikir itu sama sekali tidak berbahaya untuk ditangani.

Anda dapat mengkonfirmasi kandungan uranium dari kaca dengan cahaya hitam (sinar ultraviolet), karena semua kaca uranium berpendar hijau terang terlepas dari warna kaca yang muncul di bawah cahaya normal (yang dapat sangat bervariasi). Semakin terang sepotong bersinar di bawah sinar ultraviolet, semakin banyak uranium yang dikandungnya. Sementara potongan-potongan kaca uranium bersinar di bawah sinar ultraviolet, mereka juga mengeluarkan cahayanya sendiri di bawah sumber cahaya apa pun yang mengandung ultraviolet (seperti sinar matahari). Panjang gelombang sinar ultraviolet energi tinggi menyerang atom uranium, mendorong elektronnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika atom uranium kembali ke tingkat energi normal, mereka memancarkan cahaya dalam spektrum yang terlihat.

Mengapa uranium?

Penemuan dan isolasi radium dalam bijih uranium (pitchblende) oleh Marie Curie memicu pengembangan penambangan uranium untuk mengekstrak radium, yang digunakan untuk membuat cat glow-in-the-dark untuk jam dan dial pesawat. Ini meninggalkan sejumlah besar uranium sebagai produk limbah, karena dibutuhkan tiga ton uranium untuk mengekstraksi satu gram radium.

Mantel lentera berkemah Thorium

Torium digunakan dalam mantel lentera berkemah, dalam bentuk torium dioksida. Saat dipanaskan untuk pertama kalinya, bagian poliester dari mantel akan terbakar, sedangkan thorium dioksida (bersama dengan bahan lainnya) mempertahankan bentuk mantel tetapi menjadi semacam keramik yang bersinar saat dipanaskan. Thorium tidak lagi digunakan untuk aplikasi ini, dihentikan oleh sebagian besar perusahaan pada pertengahan 90-an, dan telah digantikan oleh elemen lain yang tidak radioaktif. Thorium digunakan karena membuat mantel yang bersinar sangat terang, dan kecerahan itu tidak cukup cocok dengan mantel non-radioaktif yang lebih baru. Bagaimana Anda tahu jika mantel yang Anda miliki benar-benar radioaktif? Di situlah penghitung Geiger masuk. Mantel yang saya temui membuat penghitung Geiger gila, lebih dari kaca uranium atau tombol amerisium. Bukan karena thorium lebih radioaktif daripada uranium atau amerisium, tetapi ada lebih banyak bahan radioaktif di dalam mantel lentera daripada di sumber-sumber lain itu. Itulah mengapa sangat aneh menemukan begitu banyak radiasi dalam produk konsumen. Tindakan pencegahan keamanan yang sama yang berlaku untuk kancing americium juga berlaku untuk mantel lentera.

Terima kasih telah membaca, semuanya! Jika Anda menyukai instruksi ini, saya memasukkannya ke dalam kontes "membangun alat", dan akan sangat menghargai suara Anda! Saya juga ingin mendengar dari Anda jika Anda memiliki komentar atau pertanyaan (atau bahkan tips/saran/kritik yang membangun), jadi jangan takut untuk meninggalkannya di bawah.

Terima kasih khusus kepada teman saya Lucca Rodriguez karena membuat diagram sirkuit yang indah untuk instruksi ini.