Спинтарископ был изобретен Уильямом Круксом в 1903 году. Наблюдая явно однородную флуоресценцию на экране из сульфида цинка, создаваемую радиоактивными выбросами (в основном альфа-излучением) образца бромида радия, он пролил часть этого образца, и благодаря его крайняя редкость и стоимость, он очень хотел найти и вернуть ее.
Изучив экран из сульфида цинка под микроскопом, он заметил отдельные вспышки света, создаваемые столкновениями отдельных альфа-частиц с экраном. Крукс сделал шаг вперед и изобрел устройство, специально предназначенное для наблюдения за этими сцинтилляциями.
Он состоял из небольшого экрана, покрытого сульфидом цинка, прикрепленного к концу трубки, с небольшим количеством соли радия, подвешенного на небольшом расстоянии от экрана, и линзы на другом конце трубки для просмотра экрана. Крукс назвал свое устройство от греческого σπινθήρ (spinth´ēr) «искра».
ПРИМЕЧАНИЕ
В чем разница между обновленной и обычной версией? В предыдущей версии использовался фиксированный сцинтилляционный экран на основе отражения, в то время как в этой версии используется регулируемый сцинтилляционный экран на основе пропускания. По сравнению с предыдущей версией эта предлагает повышенную частоту мерцания и возможность устанавливать расстояние между источником и экраном.
Шаг 1. Безопасность превыше всего
Чтобы построить это устройство, вам нужно иметь дело с радиоактивным веществом: Америций 241.
В процессе радиоактивного распада америций выделяет альфа-частицы и гамма-лучи. Альфа-частицы - это частицы с относительно высокой энергией, но они перемещаются только на очень короткие расстояния и не проникают через кожу.
Однако, если америций попадает в организм и попадает в ткани организма, альфа-частицы могут повредить близлежащие клетки.
Излучение америция является основной причиной неблагоприятного воздействия на здоровье поглощенного америция. Попадая в организм любым путем воздействия, америций относительно быстро перемещается по телу и откладывается на поверхностях костей, где он остается в течение длительного времени.
Доза этого альфа- и гамма-излучения может вызвать изменения в генетическом материале этих клеток, что может привести к таким последствиям для здоровья, как рак костей.
Гамма-лучи могут путешествовать на гораздо большие расстояния и могут проникать через все тело. Поскольку альфа-частицы не проникают через кожу, а гамма-лучи, испускаемые источниками америция, имеют относительно низкую энергию, внешнее воздействие америция обычно не считается опасным для вашего здоровья.
В любом случае вы должны использовать по крайней мере защиту для глаз, респиратор и резиновые перчатки при работе с америцием 241.
Шаг 2: юридический бит
Разборка дымового извещателя
Разборка дымового извещателя для получения источника америция может регулироваться законодательством вашей страны, и это может повлечь за собой юридическую ответственность.
Перед разборкой дымового извещателя необходимо ознакомиться с законами своей страны.
Утилизация
Государственные и местные требования к утилизации ионизационных дымовых извещателей различаются. Некоторые государства проводят ежегодный обзор ионизационных детекторов дыма, аналогичный тому, что используется для опасных бытовых химикатов. Другие позволяют выбрасывать ионизационные дымовые извещатели вместе с обычным мусором, но рекомендуют возвращать использованные дымовые извещатели поставщику. Некоторые государства требуют, чтобы использованные дымовые извещатели возвращались поставщику.
Вы должны проконсультироваться с вашим местным участком по удалению твердых отходов, программой по обращению с опасными отходами или отделом здравоохранения, чтобы узнать о процедурах в вашем районе.
Шаг 3: Необходимые материалы
Для создания спинтарископа карманного размера вам понадобятся:
- ионизационная дымовая сигнализация (вы можете найти их в Интернете, но, вероятно, найдете более дешевые в местном хозяйственном магазине)
- этот многоцелевой карманный микроскоп с 60-кратным увеличением
- Светящийся в темноте порошок сульфида цинка
- скотч
- Винт M8x30 и гайка M8
- клей (я использовала цианоакрилат)
- плоскогубцы…
… И 3D-принтер. Или друг с 3д принтером;)
Единственная цель ионизационной дымовой пожарной сигнализации - разобрать, чтобы получить радиоактивный источник. Я не буду подробно останавливаться на том, как работает ионизационная камера внутри дымовых извещателей, потому что это отвлечется от нашей текущей темы. Меня интересовало извлечение радиоактивного источника внутри дымового извещателя; и я так и сделал.
Шаг 4: 3D-модель
Я разработал удлинитель микроскопа для размещения как радиоактивного источника, так и сцинтилляционного экрана. Вам просто нужно загрузить файл STL и распечатать собственное расширение.
Если вам нужно изменить его, просто используйте файл STEP и импортируйте его в свое программное обеспечение для проектирования.
Шаг 5: Сборка и тестирование
Сборка довольно проста:
- Наденьте перчатки, защитные очки и респиратор и извлеките источник америция 241 из дымового извещателя. Вам понадобится только маленькая кнопка, показанная на рисунках (эта инструкция может помочь).
- снимите световой модуль с микроскопа.
- возьмите 3D-деталь, которую вы только что напечатали.
- приклейте гайку M8 к шестигранной выемке, она должна плотно прилегать, поэтому, возможно, придется немного надавить, чтобы она встала на место.
- приклейте источник америция на кончик винта M8.
- Положите скотч липкой стороной вверх, нанесите на него немного порошка ZnS и равномерно распределите его.
- отрежьте скотч, чтобы получить диск диаметром 15 мм
- вставьте диск в деталь, напечатанную на 3D-принтере, так чтобы липкая грань (теперь поверхность не будет такой липкой) соприкасается с деталью, напечатанной на 3D-принтере.
- приклейте микроскоп к детали, напечатанной на 3D-принтере.
- установите фокус, чтобы хорошо видеть зерна порошка на скотче
Вставьте винт M8 в гайку M8 и аккуратно вверните все
Поместите спинтарископ в темное место, чтобы порошок потемнел.
Шаг 6: выводы
Америций-241 испускает в основном альфа-частицы (и незначительную часть гамма-излучения) со средней энергией 4,5 миллиона электрон-вольт (МэВ). Каждый источник содержит менее 0,5 мкг диоксида америция с активностью 0,8 мккюри, что эквивалентно примерно 30000 ядерному распаду в секунду.
Когда альфа-частица движется в воздухе с большой скоростью, в данном случае около 15000 километров в секунду (на основе релятивистской кинетической энергии 4,5 МэВ), она имеет высокую вероятность столкнуться с чем-либо, что встречается на их пути, из-за своего относительно огромного размера. Обычно эти частицы не путешествуют далеко, не более 4 сантиметров в воздухе, и теряют свою энергию при рассеянии. Это похоже на врезание битка в бильярдный стол, полный бильярдных шаров - в конце концов, биток остановится, поскольку во время столкновений он передает свою кинетическую энергию окружающему шару.
При правильном столкновении с подходящими материалами прохождение альфа-частицы можно «увидеть». Это делается с помощью процесса, который физики называют «сцинтилляцией».
Подходящий материал, такой как ZnS: Ag или ZnS: Cu (сульфид цинка, легированный серебром или медью), будет излучать вспышки света при столкновении с альфа-частицами.
Излучаемый свет синий для ZnS: Ag и зеленый для ZnS: Cu.
Сначала я ничего не увидел, но это неудивительно, потому что каждое свечение очень слабое. Но когда наши глаза адаптируются к темноте, они обладают большей способностью обнаруживать эти слабые вспышки света, и обычно требуется от 15 до 20 минут, чтобы достичь такой чувствительности в темноте.
Регулируя положение винта, вы можете регулировать расстояние между источником и экраном. Количество мерцаний будет быстро уменьшаться, если вы увеличите расстояние.
В вакууме плотность сцинтилляций подчиняется закону обратных квадратов - она становится слабее с квадратом расстояния, то есть удвоение расстояния делит интенсивность на четверть. Увеличение расстояния втрое дает девятую часть интенсивности. На воздухе нужно также учитывать рассеяние, поэтому плотность мерцаний станет еще слабее.
Итак, вы сделали это! Вы получили суперсилу! Теперь вы можете увидеть субатомный мир невооруженным глазом!
Повеселись!:)
Подтверждение
Я хотел бы поблагодарить всех пользователей, которые прокомментировали эту инструкцию, за их вклад в ее улучшение и безопасность!