Nätverksansluten strålning detektor: Känna kosmisk strålning på fingertopparna (2 / 10 steg)

Steg 2: Förstå Geiger Tube kretsen och en hög spänning byggmaterial

Först måste du skaffa några Geiger-Müller-rör (minst 2 om du vill bygga en kosmisk ray detektor). Jag valde SBM 20 rören för $25 varje eftersom jag kunde beställa dem från Amazon, men om du är villig att ta en chans på Ebay, kan du få liknande rör i prisintervallet $10-$20. Kul fakta: Jag läste att många av dessa rör skapades av Sovjetunionen under det kalla kriget.

På en hög nivå, Geiger-Müller-rör fungerar på följande sätt: röret fylls med en inert gas som Helium och Argon (dessa är exempel på ädelgaser som är osannolikt att genomgå reaktioner). När ett inkommande hög energi partiklar entires röret, några av gas kan vara joniserat. Åtminstone några hundra volt appliceras över röret och det resulterande elektriska fältet (kom ihåg det elektriska fältet är en funktion av spänningen) orsakar positiva joner till flytta mot katoden av röret och fria elektroner att glida mot anoden. När dessa joner och elektroner flyttar, om det elektriska fältet är stark nog, kommer att de orsaka ytterligare kollisioner och därför ytterligare jonisering händelser i röret. Joniseringen av gasen varar på order av några mikrosekunder, och när elektronerna når den rörets anod tråd en puls (som i vårt fall vi mäter som en ungefär 1,5 volts puls) vi kan behandla den resulterande signalen som en hit. På denna punkt är där en hög positiv laddning nära anoden (på grund av de positiva joner som har samlat ihop det). Detta försvagar det elektriska fältet och lavinen av ionizations upphör. Röret kvittar tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd tills en annan inkommande jonisering partikel sätter igång en lavin igen.

(Obs: lavin bild från http://en.wikipedia.org/wiki/Townsend_discharge)

Vi måste tillhandahålla GM röret med en hög spänning över dess anoden och katoden för denna process att sparka igång. Till gör så, jag kommer att använda boost omvandlare kretsar som jag hittade här. (Du kan se min relevanta kretsar i en medföljande bild på denna sida). "555 timer är kopplad i astable läge så att den matar ut pulser på det är Q utgångsstiftet. C1, D1, R1 och R2 alla kontrollerar amplituden av pulserna, men för vårt program jag inte tror att värdena du väljer kommer frågan för mycket. När "555 timer utgångar en positiv puls på Q, transistorn Q2 bifogas Q kommer turk, så att nuvarande flöda genom induktor. Vid en viss punkt, spänningen vid Q1's gate går upp tillräckligt för att aktivera Q1. När Q1 vänder på, Återställ PIN-koden av 555 kommer att utlösas (Observera att det är aktiv låg). Detta orsakar Q gå lågt, vilket orsakar Q2 att stänga av produktionen. När Q2 stängs av, induktor kommer att göra vad induktorer gör: försök att bibehålla den nuvarande som tidigare har kvävgasflöde. Spänningen över induktor kommer spike och en explosion av ström kommer att flyta genom induktor, genom dioden 2 (dioden förhindrar någon ström flyter bakåt och skadar induktor) och in i C2, där en hög spänning kommer att samlas. R5 är en potentiometer. En som jag valde varierar från 0 till 100 ohm. Värdet för R5 bestämmer den punkt där Q1 är påslagen, vilket i sin tur bestämmer hur mycket ström induktor kommer att försöka bevara och därför hur stor en spänning spik det kommer att uppleva. Sammanfattningsvis avgör den potentiometern värdet vilken spänning nivå kommer du att uppnå. Om du följer min krets exakt, bör du kunna spänna från ca 30 volt till 500 volt lagras i C2.

Obs: istället för att använda en ' 555 timer (som min professor kallade föråldrade), du kan istället använda en utgångsstiftet för en mikro-controller för att ge pulser (PWM).

Det är viktigt att alla delar som kommer att utsättas för hög spänning är klassade på lämpligt sätt. Här är de viktigaste komponenterna som jag använde för HV leverans och deras Digikey listor.

"555: LMC555CMX ($1,07 varje)

Dioden D2: 641-1018-1-ND (1 KV, 1 Amp) ($0,27 varje)

HV kondensatorer (C2, C3): 709-1039-1-ND (1 KV) ($0,48 varje)

Induktor: 445-3823-ND (10 MH, 410 mA, 3.41 Ohm) ($3,02 varje)

Potentiometer: CT2154-ND ($5,34 varje)

Den andra resistorer, kondensatorer och dioder ansluten till 555 kommer inte att utsättas för hög spänning och därför kan du använda mer av komponenterna som hylla.

Några viktiga anteckningar om felsökning:

Den ström som passerar GM-rör är extremt liten. Om du försöker att mäta spänningen efter dioden med en vanlig multimeter och oscilloskop, din multimeter/oscilloskop vilja lasta kretsen och du kommer inte att kunna upptäcka den höga spänningen! Jag fick runt detta genom att mäta * innan * D2. Det finns en lägre impedans på denna punkt av kretsen och därför kommer du att kunna se den höga spänningen på en standard oscilloskop. Ett annat tillvägagångssätt skulle vara att få ett mycket stort motstånd (på order av 1 Giga ohm och placera den i serie med ditt oscilloskop).

När felsökning, börja med potentiometern vände sig till sitt lägsta värde, och sedan långsamt vända den och se den resulterande spänningen. Om det finns kan en punkt där spänningen plötsligt sjunker ner igen, det vara att en av dina delar inte (dubbelkolla att allt är fastlödda väl och att dina komponenter är rankade för tillräckligt hög spänning och nuvarande). Det kan också vara att din mätanordning fortfarande laddas kretsen för mycket.

Därefter ska vi tråd upp rören till HV leverans!