Ретро-ночник «Райотрон» (Часть 1): 16 ступеней

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Вступление

В декабре 1956 года Атомные лаборатории рекламировали Rayotron как «первый недорогой электростатический генератор и ускоритель частиц» для учителей естествознания и любителей [1]. Rayotron был крупногабаритным генератором Ван-де-Граафа (VdG) с резиновым ремнем. способен генерировать искры напряжением 500 000 вольт на своем металлическом выводе. VdG - это электромеханические примеры перемещения обуви на резиновой подошве по ковру, а затем прикосновения к заземленному металлическому объекту. Если человек не находится на ногах, по заявлению производителя, разряд микроампер не представляет опасности для здорового человека.

Отрицательно заряженный терминал Rayotron отталкивал отрицательные электроны по длине запечатанной стеклянной трубки под сильным вакуумом к мишени, расположенной у основания. Столкновение этого пучка заряженных частиц с мишенью позволило пользователям проводить различные физические эксперименты (а также подвергать незащищенных людей в непосредственной близости от опасных рентгеновских ливней [1]). В конце концов, Atomic Laboratories прекратили производство из-за проблем с безопасностью.

Я разработал этот ночник как дань забытому образцу образовательных технологий середины века. В отличие от оригинального устройства, эта полумасштабная модель не испускает опасного излучения и не испортит вам день, оставив вас с призрачным зеленым послевкусием:>). Пучок частиц Rayotron моделируется миниатюрной лампой с холодным катодом (CCL).

Шаг 1. Краткое содержание проекта

I. Основные операции

Я заменил шумный ремень и моторизованный роликовый механизм, используемые в исходном устройстве, на тихий генератор отрицательных ионов, предназначенный для домашнего использования. Источник питания обеспечивает низкое напряжение постоянного тока для ионизатора; который управляет CCL. Лампа аксиально закреплялась в пластиковом цилиндре, на котором находился разрядный шар. CCL и опорная конструкция были прикреплены к верхней панели консоли.

II. Сборка приборной панели

Панель приборов консоли была одним из немногих компонентов, внешний вид которых изменился во время серийного производства Rayotron. Изображения и описания из различных источников, документирующие эти модификации, направляют дизайн панелей; На фотографиях изображены ранние и поздние модели Rayotron. Я использовал 50 микроамперметр середины века для отображения выходного сигнала ионизатора, а также старинную ручку управления и тумблеры в сочетании с индикаторными лампами. Измеритель и ручка управления были спасены от выброшенной бытовой электроники.

(Интересный факт: этикетка безопасности продукта на основании устройства предупреждает об излучении рентгеновских лучей во время работы. В качестве дополнительной меры предосторожности производитель предложил поместить Rayotron в бункер, построенный из бетонной трубы, чтобы защитить оператора и окружающих от радиационного отравления [2] !)

III. Картонная консоль в сборе

Консоль была МакГайверингом путем перенаправления картона, взятого из стопки папок с тремя кольцами, купленных на местной распродаже. На консоли смонтированы приборная панель и пластиковая опорная стойка, увенчанная терминалом. Более ранняя версия использовала отделку из искусственного металла на панели для всплеска цвета, что делало проект слишком современным IMHO; поэтому остановился на стиле ретро, в стиле шебби-шик, чтобы создать впечатление возраста.

Физические размеры не имеют решающего значения, поэтому масштабируйте проект по мере необходимости. К концу этого руководства у вас будет недорогой источник постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для простых электростатических демонстраций, а также рад-ночной свет без проблем, связанных с отравлением смертельным излучением, разрушающим ваш день (плохой каламбур, но я не мог Не сопротивляюсь:>). Наконец, руководствуйтесь здравым смыслом с ионизатором. Избегайте сюрпризов - отключите питание перед работой с высоковольтной проводкой.

Шаг 2: Детали и инструменты

Я снизил затраты на строительство, перерабатывая использованные или выброшенные предметы, когда это возможно. Некоторые компоненты можно изготавливать из подручных средств. Например, банка для безалкогольных напитков на 8 унций является недорогим терминалом для разгрузки.

(Интересный факт: модель середины века представляла собой сферический разрядный терминал. Более зловещий терминал, напоминающий восходящее грибовидное облако, появился в обновленной модели 1960-х годов [1, 2].

Необходимые электронные компоненты идентифицируются на каждом этапе. Разное, необходимое для строительства: листы картона из 3-х кольцевой папки; печатные платы; прозрачная и синяя лента; соединительно-монтажная фурнитура; цианоакрилатный (ЦА) клей; изолированный проектный провод; карандаш; зажимы зажима; транспортир; правитель; наждачная бумага; ножницы (или коммерческий резак для бумаги); аэрозольные краски; клей Элмера X-treme School Glue, а также различные ручные инструменты; электрическая дрель с разными насадками и паяльный карандаш.

Шаг 3: Электроника: ионизатор и источник питания (мод или купить один)

Я нашел старинный комнатный ионизатор Radio Shack Micronta на распродаже за 1,50 доллара. В ионизаторе не было оригинального источника питания, поэтому я взломал источник постоянного тока от портативного черно-белого телевизора (помните те?).

Я открыл корпус и заменил оригинальный трансформатор 12 В постоянного тока на 1 ампер другим трансформатором из-за его ржавого состояния. Внимание: если вы сделаете это, убедитесь, что компоненты рассчитаны на новый трансформатор, иначе вы приготовите схему выпрямителя! Я установил новый трансформатор и оригинальный выпрямитель на печатную плату и спаял компоненты вместе. Я отложил эту сборку для последующей инстилляции, когда сборка консоли будет завершена.

Не беспокойтесь, если вы не хотите делать трудоемкую перестройку. Гораздо лучший способ решения проблемы - использовать коммерческий источник питания. Я нашел на распродаже в гараже адаптер на 12 В постоянного тока, 4 А, который принадлежал портативному компьютеру, и без проблем использовал его с ионизатором (см. Шаг 14).

Шаг 4: Сборка консоли: макет, вырезание и настройка приборной панели

Большая часть усилий по этому проекту была потрачена на проектирование, изготовление и отделку картонной консоли. Чтобы сэкономить время, пропустите следующие шаги и используйте обычную коробку из-под обуви. Для настоящих воинов DIY: займитесь строительством!

Снимите пластиковую оболочку с папок, чтобы получить картон для приборных и других панелей консоли. Измеритель макета, ручка управления, два переключателя и две сигнальные лампы на картонной полосе подходящей длины, ширины и двойной толщины. Я разместил выключатели и фонари в прямоугольном порядке. Вырежьте или просверлите отверстия подходящего размера для установки каждого компонента. Я нанёс тонкий слой клея вокруг и внутри каждого отверстия, а затем отшлифовал тонкой бумагой, которая помогла сохранить форму боковой стенки при затвердевании клея.

Ранняя версия проекта включала рекламную брошюру для карты Discover Platinum Card, чтобы придать панели искусственный металл. Я обрезал брошюру, а затем просверлил / вырезал монтажные отверстия. Я оставил границу примерно 5 мм, чтобы создать контрастный эффект, когда панель была окрашена распылением в светлый цвет. Циферблат был добавлен, чтобы закрыть большую часть логотипа. (В конце концов, я покрасил всю приборную панель аэрозольной краской и выбросил брошюру, потому что на ней легко было пятно.) Отложите панель и компоненты в сторону на потом.

(Интересный факт: оригинальные инструкции по эксплуатации находятся в постоянной коллекции библиотеки Национального института здравоохранения в Бетесде, штат Мэриленд [3].)

Шаг 5: Сборка консоли: нарисуйте, вырежьте, выровняйте и создайте макет с угловыми скобами

Определите размер консоли с учетом размеров вашей приборной панели. Оставьте достаточно места для установки источника питания и ионизатора. Также учтите желаемую высоту вашей опорной стойки и диаметр выпускного патрубка; масштабируйте консоль соответственно.

Я нарисовал контур каждой панели на картоне, а затем вырезал их. Боковые панели имеют наклон 23 градуса вниз от горизонтальной оси для улучшения видимости измерителя, ручки управления и группы сигнальных ламп. Я вырезал небольшую заднюю панель двойной толщины, чтобы вставить ее в переднюю часть корпуса для дополнительной поддержки приборной панели. (Я решил использовать двойную толщину для всех панелей, кроме верхней, для лучшего качества корпуса.)

После того, как панели будут вырезаны, положите их на ровную поверхность; проверьте, ровные ли края и углы. Склейте боковые, боковые, заднюю и нижнюю панели вместе, чтобы получить двойную толщину. Закрепите на месте. Отшлифуйте неровные края на плоской поверхности средней / тонкой бумагой. Временно соберите панели с помощью зажимов и угловых скоб 2,5 см на макет консоли. Установите приборную панель на консоль. Проверьте квадратные углы и ровные края. Как показано на одной фотографии, я использовал синюю ленту, чтобы скрепить консоль - БОЛЬШАЯ ОШИБКА! Не делай этого! Края почти никогда не выравниваются должным образом, и вся консоль всегда разрушается, когда панель приборов ставится на место. Склейте все панели, кроме верхней и приборной. Закрепите зажимами и скобами до высыхания клея.

Совет по строительству №1: для получения чистых и аккуратных краев используйте резак для бумаги промышленного качества, который можно приобрести в FedEx или Staples! (Кроме того, на этом этапе покрасьте консоль, чтобы не снимать оборудование позже, чтобы завершить проект.)

Шаг 6: Сборка консоли: приклеиваем панель; Присоединить приборную панель

Выровняйте края шлифовальным блоком и при необходимости используйте мелкую / тонкую бумагу. Для дополнительной структурной целостности просверлите отверстие посередине боковой и задней панелей, чтобы разместить крепежные винты с круглой головкой # 8-32 x 1/2 дюйма с плоскими шайбами и распорками, которые будут фиксировать нижнюю панель; Кроме того, просверлите отверстие в нижних углах каждой из этих панелей для крепления распорки. Покройте боковую стенку отверстия клеем, вставив и повернув несколько раз кончик карандаша, прежде чем клей застынет; слегка отшлифуйте отверстие вокруг отверстия до получения однородной массы. (Кстати, я подумал, что винты и скобы, прикрепленные к отбойной панели, визуально отвлекают, поэтому я удалил их и заполнил отверстия перед покраской. Затяните вручную все крепежные детали, потому что перед покраской они должны быть удалены.)

Найдите свою приборную панель. Прикрепите петли к внутреннему, нижнему левому и правому углам с помощью крепежных винтов # 8-32 x 1/2 дюйма и плоских шайб. Установите и выровняйте панель на консоли. Прикрутите петли к внутренней стороне откидной панели. Панель приборов должна равномерно прилегать к наклону каждой боковой панели. Винты шарниров ручного крутящего момента; отшлифуйте края панелей до тех пор, пока они не будут на одном уровне с боковыми панелями. Внимание: приборная панель не может отклоняться более чем на несколько градусов из-за конфигурации консоли! Доступ внутрь консоли через верхнюю панель; см. следующий шаг.

Совет по строительству № 2: Просверлите отверстия большего размера в верхних углах откидной панели, чтобы можно было немного отрегулировать петли

Шаг 7: Сборка консоли: подготовка верхней панели и выравнивание с приборной панелью

Примечание: этот шаг требует концентрации и частых перерывов на отдых!

Сделайте выемки в верхнем левом и правом углах задней панели для размещения петель; расположите их так, чтобы они были на одном уровне с задней и боковыми панелями. Отметьте, просверлите и подготовьте отверстия для шурупов. Установите подходящие петли снаружи задней панели. Убедитесь, что передний край верхней панели находится на одном уровне с верхним краем приборной панели в закрытом состоянии. Будьте осторожны при шлифовании горизонтальных или наклонных краев одной или обеих боковых панелей по мере необходимости, чтобы обеспечить гладкое прилегание между верхней и приборной панелями. Слишком большое шлифование приведет к образованию зазоров между панелями! Надежно закрепите верхнюю панель с помощью резиновых лент, чтобы панель оставалась на месте. Снимите приборную панель, чтобы получить доступ к петлям. Просуньте руку в консоль и наметьте отверстия для винтов на верхней панели.

Совет по строительству № 3: скосите внутреннюю кромку приборной панели с помощью наждачной бумаги, чтобы улучшить прилегание к верхней панели

Я использовал две палочки для перемешивания кофе между каждой петлей и верхней панелью в качестве прокладок, чтобы уменьшить заедание при открытии и закрытии. Палочки были обрезаны по размеру, склеены, сложены друг с другом и прикреплены к нижней стороне панели перед сверлением отверстий. После этого я приклеил кусок фанеры к нижней стороне панели, чтобы обеспечить дополнительную поддержку для монтажа сборки балочной трубы на более позднем этапе.

Нанесите клей по переднему краю верхней панели и верхнему краю приборной панели; вотрите клей в картон, чтобы укрепить края и углы панелей. Дайте панелям высохнуть; затем отшлифуйте все края и углы тонкой бумагой.

Шаг 8: Сборка консоли: установите защелку и запорную пластину; Прикрепите ноги

Средняя точка ID на переднем крае верхней панели. Отцентрируйте и установите магнитный фиксатор с помощью двух крепежных винтов с полукруглой головкой № 4-40, плоских и стопорных шайб. Кусок деревянного лома, прикрученный к внешней стороне верхней панели, служил удобной ручкой для открывания консоли. Средняя точка ID на верхнем крае приборной панели. Отцентрируйте и закрепите ответную планку с помощью крепежных винтов. Не забудьте просверлить монтажные отверстия увеличенного размера и подготовить их с помощью клея. Для правильной посадки уловитель и пластина потребуют регулировки. Подтвердите выравнивание верхней панели; затем установите крепежные винты петли и шайбы.

В качестве ножек я использовал четыре деревянных лома из магазина художественных товаров; В каждой части было просверленное отверстие диаметром 3/16 дюйма. Я покрасил каждую часть перед тем, как вклеить в каждый деревянный дюбель. Я просверлил отверстия диаметром 3/16 дюйма в каждом углу нижней панели. Дюбели временно удерживали опоры на месте. Кстати, не приклеивайте детали, пока консоль не будет окрашена.

Шаг 9: Сборка балочной трубы: опорная колонна и разрядная сфера

Сначала я отрезал дно от двух выброшенных флаконов с лекарствами и заклеил их синей лентой встык, чтобы получилась опорная колонна. Колонку прикрепляли болтами крышки флакона к крышке консоли, как показано. Облом… темный пластик затемнил внутреннее освещение, а лента отвлекала визуально.

Вот обходной путь: купите прозрачную акриловую трубку в мусорном ведре в магазине скобяных товаров или пластмассы. Я нашел тяжелую пластиковую трубку с таким же внешним диаметром, как входное отверстие полой алюминиевой сферы (диаметром 8 см; куплено на мероприятии Teslathon). Кстати, если у вас нет разрядной сферы, используйте металлический глобус из долларового магазина или даже алюминиевую банку для безалкогольных напитков. Вырежьте отверстие для входа в опорную стойку с помощью ножниц по металлу. Кстати, сохраните крышку флакона, используемую для крепления колонки к крышке консоли.

Шаг 10: Сборка балочной трубы: вырежьте и отшлифуйте заготовки для центрирующих колец

Из цельного картонного листа вырежьте восемь заготовок, равных внешнему диаметру трубки. Я просверлил центральные отверстия в каждой заготовке под крепежный винт 6 см № 6-32; на винт ставятся заготовки; зажал их стопорной шайбой и стопорной гайкой, а затем зажал электродрелью. Я шлифовал заготовки курсом, затем наждачной бумагой среднего размера, пока вся сборка не скользила по трубке.

Шаг 11: Сборка балочной трубы: подготовка центрирующих колец

Снимите готовые заготовки с крепежного винта. Вам понадобятся два нейлоновых винтовых изолятора диаметром 1/4 дюйма (номер по каталогу: B-IN-14S / 4; мелкие детали). Разверните центральное отверстие в соответствии с диаметром изолятора. Сделайте два центрирующих кольца, склеив, а затем сложив вместе четыре кольца. Кольца зажимать до высыхания клея. В качестве зажимов я использовал болт 1-1 / 2 x 1/4 дюйма и две плоские металлические шайбы диаметром 3 см. Сохраните эти детали, потому что они будут использоваться повторно. Решите, хотите ли вы покрасить стопорные кольца. Вставьте изолятор в каждую стопку колец.

Подготовьте две крышки, полученные из тюбиков с зубной пастой, просверлив отверстие 1/4 дюйма в верхних частях, чтобы сделать фиксирующие конусы для CCL. При желании раскрасьте шишки. Найдите резиновую втулку, которая входит в отверстие крышки. Отверстие должно иметь диаметр, достаточный для размещения лампы (P / N: 239610; Jameco). Используйте крышку флакона из предыдущего шага для основания колонны. Поместите плоскую шайбу внутрь крышки флакона в качестве фиксатора, затем поместите стопорное кольцо на шайбу. Закрепите крышку флакона, шайбу и кольцо на крышке консоли болтом, используемым для зажима колец. Временно наденьте конус на головку болта и кромку изолятора. Закрепите узел на крышке гайкой. Узел верхнего конуса почти идентичен нижнему конусу; однако не скрепляйте детали болтами. Скрепите кусочки синей лентой до тех пор, пока они не будут готовы к склеиванию.

Поместите колонку на крышку флакона. Опустите лампу в колонку и убедитесь, что она входит в отверстие для втулки нижнего конуса и физически касается головки болта. Вставьте верхний блок (втулкой вниз) в колонну. Лампа должна проходить через отверстие втулки, но не выступать за поверхность кольца. Отрежьте опорную стойку до нужной длины или используйте дополнительные шайбы в качестве распорок, чтобы поднять лампу. Когда вы получите правильную высоту, приклейте и затем прижмите оставшуюся плоскую шайбу к верхней части узла верхнего стопорного кольца. Снимите лампу.

Совет по конструкции №4: Увеличьте освещенность, удалив резиновые втулки и вставив вторую лампу непосредственно в держатели конуса

Шаг 12: Установка: балочная труба и опорная колонна; Приборная доска

Вывод разряда опирается на опорное кольцо. Сделайте один из лома пластикового листа. Сделайте дополнительные кольца фокусировки электронного луча, отрезав кусочки пластиковой соломки и надев их на лампу (удалите их, как я, если они вызывают слишком сильное ослабление света при испытании лампы).

Используйте металлический болт, чтобы прикрепить крышку флакона (из шага 9) к крышке консоли. Вставьте узел балочной трубы в колпачок. Я вставил измеритель, ручку управления, переключатели и сигнальные лампы в соответствующие отверстия приборной панели, чтобы получить представление о том, как будет выглядеть проект.

Шаг 13: Установка: модифицированный источник постоянного тока, ионизатор и компоненты панели

Прикрутите модифицированный блок питания и ионизатор к основанию консоли. Жестко соедините эти две сборки вместе с измерителем, переключателями, индикаторными лампами и предохранителем. Кстати, ручка регулировки мощности в центре приборной панели предназначена для украшения; он нефункционален - эта проблема будет решена в предстоящем обновлении Rayotron.

Шаг 14: Установка: коммерческий источник постоянного тока

Если вы используете коммерческий источник питания (настоятельно рекомендуется!), Используйте ленты на липучке, чтобы прикрепить устройство к основанию консоли, а затем к ионизатору с жестким проводом и приборной панели.

Шаг 15: Отделка: покраска консоли и установка электродного заземления

Если вы не красили консоль на шаге 5: снимите соединительное оборудование, отделите приборную панель от консоли, а также ручку от верхней панели. Я использовал эти цвета для завершения проекта:

Панели основной консоли - глянцевый миндаль

Крышка и приборные панели - серебристый металлик

Ручка крышки - медь

Я установил телескопическую телевизионную антенну на верхней панели с помощью зажима. Антенна, подключенная к заземлению ионизатора, служила разрядным электродом.

Включите проект, затем вытяните антенну по мере необходимости, пока вы не сможете получать непрерывные разряды в 1 мм от терминала. Отрегулируйте искровой зазор с помощью непроводящего предмета, например пластиковой ручки, до тех пор, пока CCL не будет обеспечивать непрерывное свечение. Измеритель должен показывать 15-20 мкА. Ваш проект Rayotron Night Light завершен!

Шаг 16: Источники

1. Баез А. В. Rayotron (генератор высокого напряжения и источник рентгеновского излучения). Американский J. Physics. 1957; 25: 499-501. Источник:

2. Миллер Э. Отчет об испытаниях рентгеновского излучения от электростатического генератора Rayotron и ускорителя частиц. Роксвилл, Мэриленд: Департамент здравоохранения, образования и социального обеспечения США. 1970 г. Источник:

3. Руководство по эксплуатации Райотрона. ООО «Атомные лаборатории». 1956. Источник: