Llum nocturna retro "Rayotron" (primera part): 16 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Introducció

Al desembre de 1956, Atomic Laboratories va anunciar el Rayotron com el "primer generador electrostàtic i accelerador de partícules de baix cost" per a professors de ciències i aficionats [1]. capaç de llançar espurnes de 500.000 volts des del seu terminal metàl·lic. Els VdG són exemples electromecànics de remenar sabates de sola de goma sobre una catifa i després tocar un objecte metàl·lic a terra. segons el fabricant, la descàrrega del microamp no suposava cap risc per a una persona sana.

El terminal carregat negativament del Rayotron va repel·lir electrons negatius per la longitud d’un tub de vidre segellat sota un buit dur fins a un objectiu situat a la base. La col·lisió d'aquest feix de partícules energitzat amb l'objectiu va permetre als usuaris realitzar diversos experiments de física (i també van exposar persones sense protecció a prop de perilloses dutxes de raigs X [1]). Finalment, Atomic Laboratories va deixar la producció a causa de problemes de seguretat.

Vaig dissenyar aquesta llum nocturna com un homenatge a una peça oblidada de tecnologia educativa de mitjan segle. A diferència de la unitat original, aquest model a semi-escala no emet radiacions perilloses i no us arruïnarà el dia deixant-vos amb una postresplendor verda fantasmal:>). El feix de partícules de Rayotron està modelat amb una llum de càtode fred en miniatura (CCL).

Pas 1: Esquema del projecte

I. Operació bàsica

Vaig substituir el sorollós cinturó i el mecanisme de corrons motoritzats que s’utilitzaven a la unitat original per un generador de ions negatius tranquil i comercialitzat per a ús domèstic. Una font d'alimentació proporciona corrent continu de baixa tensió al ionitzador; que impulsa el CCL. El llum es va muntar axialment en un cilindre de plàstic que suportava un globus de descàrrega. El CCL i l'estructura de suport es van connectar al tauler superior de la consola.

II. Muntatge del quadre d’instruments

El tauler d’instruments de la consola va ser un dels pocs components que van canviar d’aspecte durant la producció del Rayotron. Imatges i descripcions de diverses fonts que documenten aquestes modificacions en el disseny del panell guiat; les fotos mostren models de Rayotron primerencs i posteriors. Vaig fer servir un mesurador de 50 microampers de mitjan segle per mostrar la sortida d’ionitzador, així com un pom de control vintage i interruptors alternatius en combinació amb llums indicadors. El comptador i el comandament de control es van recuperar de l'electrònica de consum rebutjada.

(Dades curioses: una etiqueta de seguretat del producte a la base de la unitat advertia de l'emissió de raigs X durant el funcionament. Com a precaució addicional, el fabricant va suggerir incloure el Rayotron en un búnquer construït amb canonada de formigó per protegir l'operador i els espectadors de la intoxicació per radiació [2] !)

III. Muntatge de consola de cartró

La consola va ser MacGyvered re-proposició de cartró extret d'una pila de carpetes de 3 anells comprats en una venda de jardins locals. El tauler d’instruments i la columna de suport de plàstic coronada pel terminal es van muntar a la consola. Una versió anterior feia servir guarniments de metall sintètic al tauler per donar un toc de color, cosa que va fer que el projecte semblés massa contemporani de la IMHO; així que es va decidir per un aspecte retro i cutre per donar la impressió de l'edat.

Les dimensions físiques no són crítiques, de manera que cal escalar el projecte segons sigui necessari. Al final d'aquest instructiu, tindreu una font econòmica de corrent continu d'alta tensió (HVDC) per a demostracions electrostàtiques senzilles, així com una llum nocturna rad, sense que els problemes de intoxicació letal per radiació us arruïnin el dia (mal joc, però no podria no resisteixo:>). Per últim, utilitzeu el sentit comú amb l’ionitzador. Eviteu les sorpreses: desconnecteu l’alimentació abans de treballar amb el cablejat d’alta tensió.

Pas 2: peces i eines

Vaig reduir els costos de construcció reciclant articles usats o rebutjats quan era possible. Alguns components es poden improvisar. Per exemple, una llauna de beguda refrescant de 8 oz constitueix un terminal de descàrrega econòmic.

(Dades curioses: el model de mitjan segle presentava un terminal de descàrrega esfèrica. Un terminal més nefast que s’assembla a un núvol de bolets creixent va aparèixer en un model actualitzat dels anys seixanta [1, 2]).

Els components electrònics necessaris s’identifiquen a cada pas. Els elements diversos necessaris per a la construcció són: fulls de cartró de carpetes de 3 anells; plaques de circuits; cinta clara i blava; connexió / muntatge de maquinari; cola cianoacrilat (CA); fil de projecte aïllat; llapis; clips de pessic; transportador; regle; paper de vidre; tisores (o tallador de paper comercial); pintures en aerosol; i Elmer X-treme School Glue, així com diverses eines manuals; un trepant elèctric amb trossos variats i un llapis de soldar.

Pas 3: electrònica: ionitzador i font d'alimentació (Mod o compra'n un)

Vaig trobar un ionitzador d’habitació Radio Shack Micronta d’època en una venda de 1,50 dòlars. A l’ionitzador li faltava la font d’alimentació original, així que vaig piratejar una font de corrent continu d’un televisor portàtil en blanc i negre (en recordeu?).

Vaig obrir la caixa i vaig canviar el transformador original de 12 VDC @ 1 amp amb un altre transformador a causa del seu estat rovellat. Atenció: si feu això, assegureu-vos que els components estan classificats per al nou transformador o que cuinarà el circuit rectificador. Vaig muntar el nou transformador i el rectificador original en una placa de circuit i vaig soldar els components junts. Vaig deixar de banda aquest conjunt per a la posterior instil·lació quan es va completar la construcció de la consola.

No us preocupeu si no voleu fer una reconstrucció que requereixi molt de temps. Una solució molt millor és utilitzar una font d’alimentació comercial. Vaig trobar un adaptador de 12 VDC de 4 amperis en un garatge que pertanyia a un ordinador portàtil i el vaig fer servir amb el ionitzador sense cap problema (vegeu el pas 14).

Pas 4: Muntatge de la consola: disseny, retall i personalització del tauler d’instruments

La major part de l'esforç d'aquest projecte es va dedicar a dissenyar, fabricar i acabar la consola de cartró. Omet els passos següents per estalviar temps i fes servir una caixa de sabates normal. Per als veritables guerrers de bricolatge que hi ha a fora: ocupeu-vos de construir!

Peleu la coberta de plàstic dels enquadernadors per obtenir cartró per a panells d’instruments i altres consoles. Mesurador de disposició, comandament de control, dos interruptors i dos llums de senyal en una tira de cartró de longitud, amplada i doble gruix adequats. Vaig col·locar interruptors i llums en una disposició rectangular. Tallar o perforar forats de mida adequada per muntar cada component. Vaig escampar una fina capa de cola al voltant i dins de cada forat i després vaig lijar amb paper fi, que va ajudar a mantenir la forma de les parets laterals quan es va endurir la cola.

Una primera versió del projecte incorporava un fulletó publicitari per a la targeta Discover Platinum per donar al panell un acabat de metall fals. Vaig retallar el fulletó i després vaig perforar / tallar els forats de muntatge. Vaig deixar una vora aproximada de 5 mm per crear un efecte de contrast quan el tauler es pintava amb esprai d’un color clar. Es va afegir una placa d’esfera per cobrir la major part del logotip. (Finalment, vaig pintar amb esprai tot el quadre d’instruments i vaig descartar el fulletó perquè es podia fer fàcilment). Col·loqueu el tauler i els components de banda fins més tard.

(Dades curioses: els manuals d’operació originals es troben a la col·lecció permanent de la Biblioteca del National Institutes of Health Museum de Bethesda, MD [3]).

Pas 5: Muntatge de la consola: dibuixar, tallar, alinear i maquetar amb claus de cantonada

Determineu la mida de la consola donada les dimensions del tauler d’instruments. Deixeu espai suficient per muntar la font d’alimentació i el ionitzador. A més, tingueu en compte l’alçada desitjada de la columna de suport i el diàmetre del globus de descàrrega; escalar la consola en conseqüència.

Vaig dibuixar un esquema per a cada panell de cartró i després els vaig retallar. Els panells laterals tenen una inclinació descendent de 23 graus respecte a l'eix horitzontal per millorar la visibilitat del mesurador, el comandament i el clúster de llum de senyal. Vaig tallar un petit panell de doble gruix per inserir a l'extrem frontal del recinte per obtenir un suport addicional del tauler d'instruments. (Vaig optar per utilitzar un doble gruix per a tots els panells, excepte el panell superior, per obtenir un recinte de millor qualitat.)

Després de tallar els panells, col·loqueu-los sobre una superfície plana; comproveu si les vores i les cantonades són uniformes. Enganxeu els panells laterals, de peu, posterior i inferior junts per obtenir un doble gruix. Clip al seu lloc. Lijeu les vores desiguals sobre una superfície plana amb paper mitjà / fi. Munteu temporalment els panells amb clips de pinça i claus de cantonada de 2,5 cm per fer una consola maqueta. Col·loqueu el tauler d’instruments a la consola. Verifiqueu les cantonades quadrades i les vores enrasades. Com es mostra en una foto, he utilitzat cinta blava per mantenir la consola unida: GRAN ERROR. No ho facis! Les vores gairebé mai no s’alineaven correctament i tota la consola sempre es col·lapsava quan es col·locava el tauler d’instruments. Enganxeu tots els panells junts, excepte els panells superior i d’instruments. Assegureu-lo amb clips i claus fins que s’assequi la cola.

Consell de construcció núm. 1: utilitzeu un tallador de paper de qualitat comercial disponible a FedEx o Staples per obtenir vores netes i netes. (A més, pinteu la consola en aquest punt per evitar treure el maquinari més tard per acabar el projecte.)

Pas 6: muntatge de la consola: panell de cola; Connecta el tauler d’instruments

Fins i tot vores amb un bloc de polir i paper mitjà / fi si cal. Per a una major integritat estructural, foradeu un punt mig en els panells laterals i posteriors per acomodar els cargols de màquina de cap rodó de 8-32 x 1/2 polzades amb arandeles planes i claus que assegurin el panell inferior; a més, practiqueu un forat a les cantonades inferiors de cadascun d’aquests panells per adaptar-vos a una mènsula. Recobriu la paret lateral del forat amb cola inserint i girant una punta de llapis diverses vegades abans que s’endureixi la cola; polir lleugerament al voltant del forat fins que quedi suau. (BTW, vaig pensar que els cargols i claus fixats al tauler de punteria eren una distracció visual, així que els vaig retirar i vaig omplir els forats abans de pintar. Torqueu la mà tot el maquinari perquè s’ha de treure abans de pintar-lo).

Localitzeu el tauler d’instruments. Col·loqueu les frontisses a les cantonades interiors, inferiors esquerra i dreta amb cargols de màquina # 8-32 x 1/2 polzades i volanderes planes. Col·loqueu i alineeu el tauler a la consola. Cargol de frontisses a l'interior del panell de punteria. El quadre d’instruments s’ha de recolzar de manera uniforme contra la inclinació de cada tauler lateral. Cargols de la frontissa de parell manual; esmarqueu les vores dels panells fins que quedi al ras amb els panells laterals. Atenció: el tauler d’instruments no està dissenyat per moure’s més de diversos graus a causa de la configuració de la consola. L’accés a l’interior de la consola es fa a través del tauler superior; vegeu el següent pas.

Consell de construcció núm. 2: Traieu els forats de mida a les cantonades superiors del panell de punteria per permetre lleus ajustaments de frontissa

Pas 7: muntatge de la consola: prepara el tauler superior i alinea amb el tauler d’instruments

Nota: aquest pas requereix concentració i descansos freqüents.

Talla les osques a les cantonades superior esquerra i dreta del panell posterior per adaptar-les a les frontisses; col·loqueu-los de manera que quedin anivellats amb l'alçada dels panells laterals i posteriors. Marqueu, taladreu i prepareu els forats del cargol. Muntar les frontisses adequades a l'exterior del panell posterior. Confirmeu que la vora frontal del tauler superior està al mateix nivell que la vora superior del tauler d’instruments quan està tancada. Aneu amb compte a l'hora de polir les vores horitzontals o inclinades d'un o dels dos panells laterals segons sigui necessari per assegurar un ajustament suau entre els panells superiors i els instruments. Un excés de poliment provocarà buits entre els panells. Assegureu fermament el panell superior amb bandes de goma perquè el panell quedi en posició. Traieu el quadre d’instruments per accedir a les frontisses. Arribeu a la consola i marqueu els forats del cargol del tauler superior.

Consell de construcció núm. 3: Bisellar la vora interior del tauler d’instruments amb paper de vidre med per millorar l’ajust amb el tauler superior

He utilitzat dos varetes de cafè entre cada frontissa i el tauler superior com a separadors per reduir la unió durant l'obertura i el tancament. Els pals es van tallar a mida, es van enganxar, apilar junts i es van retallar a la part inferior del panell abans de perforar forats. Després, vaig enganxar un tros de fusta contraxapada a la part inferior del panell per proporcionar suport addicional per muntar el conjunt de tubs de biga en un pas posterior.

Pegar cola al llarg de la vora frontal del tauler superior i la vora superior del tauler d’instruments; fregar cola al cartró per reforçar les vores i les cantonades dels panells. Deixeu assecar els panells; després, liureu totes les vores i cantonades amb paper fi.

Pas 8: Muntatge de la consola: Mount Catch & Strike Plate; Adjuntar peus

Punt mitjà d'identificació a la vora frontal del tauler superior. Centreu i munteu un pany magnètic amb dos cargols de màquina de cap rodó # 4-40, volanderes planes i de bloqueig. Un tros de fusta de ferralla cargolat a l'exterior del tauler superior va servir com un mànec convenient per obrir la consola. Punt mitjà d’identificació a la vora superior del tauler d’instruments. Centrar i muntar la placa de cop amb cargols de màquina. Recordeu perforar forats de muntatge de grans dimensions i preparar-los amb cola. La captura i la placa requeriran ajustos per a un ajust adequat. Confirmeu l'alineació del tauler superior; a continuació, instal·leu cargols i arandeles de muntatge de frontissa.

Vaig utilitzar quatre peces de fusta de ferralla d’una botiga de material d’art com a peus; cada peça tenia un forat prèviament perforat de 3/16 ". Vaig pintar cada peça abans d’enganxar-hi una clavilla de fusta. He perforat un forat de 3/16" a cada cantonada del tauler inferior. Els tacs mantenien els peus al seu lloc temporalment. Per cert, no enganxeu peces fins que no es pinte la consola.

Pas 9: Muntatge del tub de biga: columna de suport i esfera de descàrrega

Inicialment, vaig tallar els fons de dos vials de medicaments rebutjats i els vaig gravar blau de punta a punta per fer una columna de suport. La columna es va assegurar cargolant un tap de vial a la tapa de la consola, tal com es mostra. Bummer … el plàstic fosc va atenuar la il·luminació interna i la cinta distreia visualment.

Aquí teniu una solució: comprar un tub d’acrílic transparent a la paperera d’una ferreteria o botiga de subministraments de plàstic. Vaig trobar un pesat tub de plàstic amb el mateix diàmetre exterior que el forat d’entrada d’una esfera buida d’alumini (8 cm de diàmetre; comprat en un esdeveniment de Teslathon). BTW, si no teniu una esfera de descàrrega, utilitzeu un globus metàl·lic de la botiga de dòlars o fins i tot una llauna de refresc d'alumini. Retalleu un forat d’entrada per a la vostra columna de suport amb talls metàl·lics. BTW, guardeu la tapa del flascó que s’utilitza per assegurar la columna a la tapa de la consola.

Pas 10: Muntatge del tub de biga: tallar i triturar espais en blanc per centrar els anells

Talla vuit espais en blanc d’un sol full de cartró igual al diàmetre exterior del tub. He forat els forats centrals de cada blanc per donar cabuda a un cargol de 6 cm, # 6-32; col·locats espais en blanc sobre cargol; els va subjectar amb una arandela de seguretat i una femella de retenció, i després els va llançar en un trepant elèctric. Vaig triturar espais en blanc amb el curs, després paper de vidre mitjà fins que el conjunt complet es va lliscar fàcilment pel tub.

Pas 11: Muntatge del tub de biga: anells de centratge de preparació

Traieu els espais en blanc acabats del cargol de la màquina. Necessitareu dos aïllants de cargol de niló de 1/4 de polzada (P / N: B-IN-14S / 4; peces petites). Forat central de la resa per adaptar-se al diàmetre de l'aïllant. Feu dos anells de centrat enganxant-los i després apilant-ne quatre. La pinça anella fins que s’assequi la cola. He utilitzat un cargol de 1-1 / 2 x 1/4 de polzada i dues volanderes planes de metall de 3 cm com a abraçadores. Deseu aquestes peces perquè es reutilitzaran. Decidiu si voleu pintar anells de retenció. Introduïu un aïllant a cada pila d’anells.

Prepareu dos taps obtinguts de tubs de pasta de dents perforant un forat de 1/4 de polzada a través de les tapes per fer cons de retenció per als CCL. Pinteu cons si ho desitgeu. Localitzeu un pas de goma que s’adapti al pou del tap. El forat ha de tenir el diàmetre suficient per acceptar la llum (P / N: 239610; Jameco). Utilitzeu la tapa del vial del pas anterior per a la base de la columna. Col·loqueu una arandela plana a l'interior del tap del vial com a ancoratge i, a continuació, col·loqueu un anell de retenció a la rentadora. Assegureu la tapa, la volandera i l’anella del flascó per consolar la tapa amb el cargol que serveix per fixar els anells. Col·loqueu temporalment un con sobre el cap del pern i el llavi de l’aïllant. Assegureu el muntatge a la tapa amb la femella. El conjunt del con superior és gairebé idèntic al con inferior; no obstant això, no fixeu les parts juntes. Mantingueu les peces juntes amb cinta blava fins que estiguin llestes per enganxar.

Col·loqueu la columna a la tapa del vial. Deixeu caure el llum a la columna i confirmeu que rellisca cap al forat de l’onada del con inferior i que toca físicament el cap del cargol. Inseriu el conjunt superior (passamans cap avall) a la columna. La làmpada ha de passar a través del forat de l’eix, però no sobresurt més enllà de la superfície de l’anell. Talleu la columna de suport a la longitud adequada o utilitzeu més volanderes com a separadors per elevar la llum. Quan hàgiu obtingut l'alçada correcta, enganxeu i, a continuació, fixeu la safata plana restant a la part superior del conjunt de l'anell de retenció superior. Traieu la làmpada.

Consell de construcció núm. 4: Augmenteu la il·luminació traient els passadors de goma i introduïu una segona làmpada directament als suports de cons

Pas 12: Instal·lació: tub de biga i columna de suport; Tauler d’instruments

El terminal de descàrrega descansa sobre un anell de suport. Construeix-ne un a partir de fulls de plàstic. Feu anells d’enfocament del feix d’electrons opcional tallant segments d’una palla de plàstic i relliscant-los per sobre de la làmpada (traieu-los, com he fet jo, si causen massa reducció de llum quan es prova la làmpada).

Utilitzeu un pern de metall per assegurar la tapa del flascó (des del pas 9) per consolar la tapa. Introduïu el conjunt del tub de biga al tap. Vaig introduir el comptador, el comandament de control, les palanques i els llums de senyal als forats adequats del tauler d’instruments per tenir una idea de com quedaria el projecte.

Pas 13: Instal·lació: components de panell i ionitzador de corrent continu modificats

Traieu la font d'alimentació i ionitzador modificats a la base de la consola. Cable dur aquests dos conjunts junt amb el comptador, les palanques, els llums indicadors i el fusible. BTW, el comandament de control de potència al centre del tauler d’instruments és per a decoració; no funciona: aquest problema es soluciona en la propera renovació de Rayotron.

Pas 14: Instal·lació: subministrament de CC comercial

Si utilitzeu una font d'alimentació comercial (molt recomanable!), Utilitzeu tires de velcro per fixar la unitat a la base de la consola, i després ionitzador de fil dur i tauler d'instruments.

Pas 15: Acabat: consola de pintura i muntatge d’elèctrodes Gnd

Si no heu pintat la consola al pas 5: traieu el maquinari de connexió, separeu el tauler d’instruments de la consola i el mànec del tauler superior. He utilitzat aquests colors per acabar el projecte:

Taulers de consola principals: brillant ametlla

Tapa i panells d’instruments: plata metàl·lica

Mànec de la tapa: coure

Vaig muntar una antena de televisió telescòpica al tauler superior amb un clip de pessic. L'antena, quan es connectava al retorn de terra del ionitzador, servia d'elèctrode de descàrrega.

Enceneu el projecte i, a continuació, esteneu l'antena segons sigui necessari fins que pugueu treure descàrregues contínues d'1 mm des del terminal. Ajusteu la bretxa amb un objecte no conductor, com ara un bolígraf de plàstic, fins que CCL proporcioni una brillantor contínua. El mesurador hauria de mostrar de 15 a 20 microamps. El vostre projecte Rayotron Night Light ja està completat.

Pas 16: fonts

1. Baez AV. El Rayotron (un generador d’alt voltatge i font de raigs X). American J Physics. 1957; 25: 499-501. S'ha accedit des de:

2. Miller E. Informe de proves per a l'emissió de raigs X d'un generador electrostàtic de Rayotron i un accelerador de partícules. Rocksville, MD: Departament de Salut, Educació i Benestar dels EUA. 1970. Accés des de:

3. Manual d'operacions de Rayotron. Atomic Laboratories, LLC. 1956. Accés des de: