Retro "Rayotron" nachtlampje (deel 1) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Invoering

In december 1956 adverteerde Atomic Laboratories met de Rayotron als de "eerste goedkope elektrostatische generator en deeltjesversneller" voor natuurkundeleraren en hobbyisten [1]. De Rayotron was een supergrote, met rubberen riem geladen, Van de Graaff (VdG) generator in staat om vonken van 500.000 volt uit de metalen aansluiting te slingeren. VdG's zijn elektromechanische voorbeelden van het schuifelen van schoenen met rubberen zolen over een tapijt en vervolgens het aanraken van een geaard metalen voorwerp. Hoewel de spectaculaire bliksemschicht die door deze indrukwekkende machine wordt geproduceerd, een nietsvermoedende persoon uit de voeten, was de ontlading van de microampère volgens de fabrikant geen risico voor een gezond persoon.

De negatief geladen aansluiting van de Rayotron stootte negatieve elektronen af over de lengte van een afgesloten glazen buis onder een hard vacuüm naar een doelwit aan de basis. De botsing van deze energetische deeltjesstraal met het doelwit stelde gebruikers in staat verschillende natuurkundige experimenten uit te voeren (en ook onbeschermde personen in de nabijheid van gevaarlijke röntgendouches bloot te stellen [1]). Uiteindelijk heeft Atomic Laboratories de productie stopgezet vanwege veiligheidsproblemen.

Ik ontwierp dit nachtlampje als een eerbetoon aan een vergeten stukje educatieve technologie uit het midden van de eeuw. In tegenstelling tot de originele unit, straalt dit semi-schaalmodel geen gevaarlijke straling uit en zal het je dag niet verpesten door je achter te laten met een spookachtige groene gloed:>). De deeltjesbundel van de Rayotron is gemodelleerd met een miniatuur koud kathodelicht (CCL).

Stap 1: Projectoverzicht

I. Basisbediening

Ik heb de luidruchtige riem en het gemotoriseerde rolmechanisme dat in de oorspronkelijke eenheid werd gebruikt, vervangen door een stille, negatieve ionengenerator die op de markt werd gebracht voor thuisgebruik. Een voeding levert laagspanningsgelijkstroom voor de ionisator; die de CCL aandrijft. De lamp was axiaal gemonteerd in een plastic cilinder die een ontladingsbol ondersteunde. De CCL en de ondersteuningsstructuur werden bevestigd aan het bovenpaneel van de console.

II. Instrumentenpaneel montage

Het instrumentenpaneel van de console was een van de weinige onderdelen die tijdens de productie van de Rayotron van uiterlijk veranderde. Afbeeldingen en beschrijvingen uit verschillende bronnen die deze wijzigingen documenteren begeleid paneelontwerp; foto's tonen vroege en latere Rayotron-modellen. Ik gebruikte een 50 microampère meter uit het midden van de eeuw om de ionisatoruitgang weer te geven, evenals een vintage bedieningsknop en tuimelschakelaars in combinatie met indicatielampjes. De meter en bedieningsknop werden geborgen uit afgedankte consumentenelektronica.

(Leuk weetje: een productveiligheidslabel op de basis van het apparaat waarschuwde voor röntgenstraling tijdens bedrijf. Als extra voorzorgsmaatregel stelde de fabrikant voor om de Rayotron in een bunker van betonnen pijp te plaatsen om de operator en omstanders te beschermen tegen stralingsvergiftiging [2] !)

III. Kartonnen consoleconstructie

De console werd MacGyvered door karton te hergebruiken uit een stapel 3-ringbanden die bij een plaatselijke werfverkoop waren gekocht. Het instrumentenpaneel en de plastic steunkolom met daarbovenop de terminal werden op de console gemonteerd. Een eerdere versie gebruikte faux metalen rand op het paneel voor een vleugje kleur, waardoor het project IMHO te eigentijds leek; dus koos voor een retro, shabby-chique look om de indruk van leeftijd te wekken.

Fysieke afmetingen zijn niet kritisch, dus schaal het project naar behoefte. Aan het einde van deze instructie heb je een goedkope bron van hoogspannings-DC (HVDC) voor eenvoudige, elektrostatische demo's en een rad-nachtlampje zonder de problemen van dodelijke stralingsvergiftiging die je dag verpest (slechte woordspeling, maar ik kon niet weerstaan:>). Gebruik ten slotte uw gezond verstand met de ionisator. Voorkom verrassingen - ontkoppel de stroom voordat u aan HV-bedrading gaat werken.

Stap 2: Onderdelen & Gereedschap

Ik heb de bouwkosten verlaagd door gebruikte of afgedankte items waar mogelijk te recyclen. Sommige onderdelen kunnen worden geïmproviseerd. Een blikje frisdrank van 8 oz is bijvoorbeeld een goedkope losterminal.

(Leuk weetje: het model uit het midden van de eeuw had een bolvormige ontladingsterminal. Een meer onheilspellende terminal die leek op een stijgende paddenstoelwolk verscheen in een bijgewerkt model uit de jaren zestig [1, 2].

Bij elke stap worden de vereiste elektronische componenten geïdentificeerd. Overige zaken die nodig zijn voor de bouw zijn: kartonnen vellen uit 3-ringbanden; printplaten; duidelijke & blauwe band; aansluit/montage hardware; cyanoacrylaat (CA) lijm; geïsoleerde projectdraad; potlood; knijp clips; gradenboog; heerser; schuurpapier; schaar (of commerciële papiersnijder); spuitverven; en Elmer's X-treme School Glue evenals verschillende handgereedschappen; een elektrische boor met diverse bits en een soldeerpotlood.

Stap 3: Elektronica: ionisator en voeding (mod of koop er een)

Ik vond een vintage Radio Shack Micronta kamer-ionisator op een rommelmarkt voor $ 1,50. De ionisator miste de originele voeding, dus ik hackte een gelijkstroombron van een draagbare zwart-wit-tv (weet je nog?).

Ik opende de behuizing en verwisselde de originele 12 VDC @ 1 ampère transformator met een andere transformator vanwege de verroeste staat. Let op: als u dit doet, zorg er dan voor dat de componenten geschikt zijn voor de nieuwe transformator, anders kookt u het gelijkrichtercircuit! Ik heb de nieuwe transformator en originele gelijkrichter op een printplaat gemonteerd en de componenten aan elkaar gesoldeerd. Ik legde deze assemblage opzij voor latere instillatie toen de consoleconstructie voltooid was.

Geen zorgen als u geen tijdrovende verbouwing wilt doen. Een veel betere oplossing is om een commerciële voeding te gebruiken. Ik vond op een garageverkoop een 12 VDC, 4 ampère adapter die bij een laptop hoorde en gebruikte deze zonder problemen met de ionisator (zie stap 14).

Stap 4: Console-montage: instrumentenpaneel indelen, knippen en aanpassen

De meeste inspanning voor dit project werd besteed aan het ontwerpen, fabriceren en afwerken van de kartonnen console. Sla de volgende stappen over om tijd te besparen en gebruik gewoon een gewone schoenendoos. Voor de echte doe-het-zelvers: ga aan de slag met bouwen!

Trek de plastic bekleding van de binders om karton te krijgen voor instrument- en andere consolepanelen. Lay-outmeter, bedieningsknop, twee schakelaars en twee signaallampen op een kartonnen strook van geschikte lengte, breedte en dubbele dikte. Ik plaatste schakelaars en lichten in een rechthoekige opstelling. Snijd of boor gaten van de juiste grootte om elk onderdeel te monteren. Ik smeerde een dunne laag lijm rond en in elk gat en schuurde het vervolgens met fijn papier, wat hielp om de vorm van de zijwand te behouden wanneer de lijm uithardde.

Een vroege versie van het project bevatte een reclamebrochure voor de Discover Platinum Card om het paneel een faux-metalen afwerking te geven. Ik heb de brochure bijgesneden en vervolgens montagegaten geboord / uitgesneden. Ik liet een rand van ongeveer 5 mm om een contrasteffect te creëren wanneer het paneel in een lichte kleur werd gespoten. Een wijzerplaat werd toegevoegd om het grootste deel van het logo te bedekken. (Uiteindelijk heb ik het hele instrumentenpaneel gespoten en de brochure weggegooid omdat er gemakkelijk krassen op konden komen.) Leg het paneel en de onderdelen opzij tot later.

(Leuk weetje: originele gebruiksaanwijzingen bevinden zich in de permanente collectie van de National Institutes of Health Museum Library in Bethesda, MD [3].)

Stap 5: Console-montage: tekenen, knippen, uitlijnen en modelleren met hoeksteunen

Bepaal de grootte van de console gegeven afmetingen van uw instrumentenpaneel. Zorg voor voldoende ruimte voor montage van voeding en ionisator. Houd ook rekening met de gewenste hoogte van uw steunkolom en de diameter van de afvoerbol; schaal console dienovereenkomstig.

Ik tekende voor elk paneel een omtrek op karton en knipte ze vervolgens uit. Zijpanelen hebben een neerwaartse helling van 23 graden ten opzichte van de horizontale as, om de zichtbaarheid van de meter, bedieningsknop en signaallichtcluster te verbeteren. Ik heb een klein kickpaneel van dubbele dikte gesneden om aan de voorkant van de behuizing in te voegen voor extra ondersteuning van het instrumentenpaneel. (Ik heb ervoor gekozen om dubbele dikte te gebruiken voor alle panelen behalve het bovenpaneel voor een behuizing van betere kwaliteit.)

Nadat de panelen zijn gesneden, plaatst u ze op een vlakke ondergrond; controleer of randen en hoeken gelijk zijn. Lijm zij-, kick-, rug- en bodempanelen aan elkaar voor dubbele dikte. Klem op zijn plaats. Schuur ongelijke randen op een vlakke ondergrond met med/fijn papier. Monteer tijdelijk panelen met knijpclips en 2,5 cm hoekschoren tot mock-up console. Instrumentenpaneel op console plaatsen. Controleer vierkante hoeken en vlakke randen. Zoals op een foto te zien is, heb ik blauwe tape gebruikt om de console bij elkaar te houden -- GROTE FOUT! Doe dit niet! De randen waren bijna nooit goed uitgelijnd en de hele console stortte altijd in als het instrumentenpaneel werd geplaatst. Lijm alle panelen aan elkaar behalve het boven- en instrumentenpaneel. Zet vast met clips en beugels totdat de lijm droogt.

Constructietip #1: Gebruik een commerciële papiersnijder die verkrijgbaar is bij FedEx of Staples voor schone, nette randen! (Verf ook de console op dit punt om te voorkomen dat u de hardware later verwijdert om het project te voltooien.)

Stap 6: Console Montage: Lijm Paneel; Instrumentenpaneel bevestigen

Egaliseer randen met een schuurblok en med/fijn papier indien nodig. Voor extra structurele integriteit boort u een gat in het midden van de zij- en achterpanelen om plaats te bieden aan #8-32 x 1/2 inch machineschroeven met ronde kop met platte ringen en beugels die het bodempaneel vastzetten; Boor ook een gat in de onderste hoeken van elk van deze panelen om plaats te bieden aan een beugel. Smeer de zijwand van het gat in met lijm door een potloodpunt er meerdere keren in te steken en te draaien voordat de lijm hard wordt; licht rond het gat schuren tot het glad is. (Tussen haakjes, ik dacht dat de schroeven en beugels die aan het schoppaneel waren bevestigd een visuele afleiding waren, dus ik heb ze verwijderd en gaten opgevuld voordat ik ging schilderen. Draai alle hardware met de hand aan omdat het moet worden verwijderd voordat je gaat schilderen.)

Zoek uw instrumentenpaneel. Bevestig de scharnieren aan de binnen-, linker- en rechterhoeken met #8-32 x 1/2 inch machineschroeven en platte ringen. Plaats het paneel en lijn het uit op de console. Schroef de scharnieren aan de binnenkant van het schoppaneel. Het instrumentenpaneel moet gelijkmatig tegen de helling van elk zijpaneel rusten. Hand draaimoment scharnier schroeven; de randen van de panelen schuren tot ze gelijk liggen met de zijpanelen. Let op: het instrumentenpaneel is niet ontworpen om meer dan enkele graden te bewegen vanwege de configuratie van de console! Toegang tot de binnenkant van de console is via het bovenpaneel; zie volgende stap.

Constructietip #2: Boor grotere gaten in de bovenhoeken van het schoppaneel om kleine scharnieraanpassingen mogelijk te maken

Stap 7: Console-montage: bovenpaneel voorbereiden en uitlijnen met instrumentenpaneel

Opmerking: deze stap vereist concentratie en frequente rustpauzes!

Snijd inkepingen in de linker- en rechterbovenhoeken van het achterpaneel om plaats te bieden aan scharnieren; plaats ze zo dat ze gelijk zijn met de hoogte van de rug- en zijpanelen. Markeer, boor en bereid schroefgaten voor. Monteer geschikte scharnieren aan de buitenkant van het achterpaneel. Controleer of de voorkant van het bovenpaneel in gesloten toestand gelijk ligt met de bovenrand van het instrumentenpaneel. Wees voorzichtig bij het schuren van horizontale of schuine randen van een of beide zijpanelen, om een soepele pasvorm tussen het boven- en instrumentenpaneel te garanderen. Te veel schuren leidt tot kieren tussen de panelen! Zet het bovenpaneel stevig vast met elastiekjes zodat het paneel op zijn plaats blijft. Verwijder het instrumentenpaneel om bij de scharnieren te kunnen. Reik in de console en markeer de schroefgaten voor het bovenpaneel.

Constructietip #3: Schuin de binnenrand van het instrumentenpaneel af met med schuurpapier om de pasvorm met het bovenpaneel te verbeteren

Ik gebruikte twee koffieroerstaafjes tussen elk scharnier en het bovenpaneel als afstandhouders om binding tijdens het openen en sluiten te verminderen. De stokken werden op maat gesneden, gelijmd, op elkaar gestapeld en aan de onderkant van het paneel geklikt voordat er gaten werden geboord. Daarna heb ik een stuk schroot multiplex aan de onderkant van het paneel gelijmd om extra ondersteuning te bieden voor het monteren van de balkbuismontage in een latere stap.

Smeer lijm langs de voorkant van het bovenpaneel en de bovenrand van het instrumentenpaneel; wrijf lijm in karton om randen en hoeken van panelen te versterken. Laat panelen drogen; schuur vervolgens alle randen en hoeken met fijn papier.

Stap 8: Console-montage: monteer de vang- en sluitplaat; Bevestig voeten

ID-middelpunt op de voorkant van het bovenpaneel. Centreer en monteer een magnetische pal met twee #4-40 machineschroeven met ronde kop, platte en borgringen. Een stuk sloophout dat aan de buitenkant van het bovenpaneel was geschroefd, diende als een handig handvat om de console te openen. ID-middelpunt op de bovenrand van het instrumentenpaneel. Centreer en monteer de sluitplaat met behulp van machineschroeven. Vergeet niet om extra grote montagegaten te boren en voor te bereiden met lijm. Vangst en plaat vereisen aanpassingen voor een goede pasvorm. Bevestig de uitlijning van het bovenpaneel; installeer vervolgens de bevestigingsschroeven en ringen van de scharnieren.

Ik gebruikte vier stukken sloophout uit een kunstwinkel als voeten; elk stuk had een voorgeboord gat van 3/16 ". Ik schilderde elk stuk voordat ik een houten deuvel in elk stuk lijmde. Ik boorde een gat van 3/16 " in elke hoek van het onderste paneel. Deuvels hielden de voeten tijdelijk op hun plaats. Tussen haakjes, lijm geen stukken totdat de console is geverfd.

Stap 9: Beam Tube Assembly: steunkolom en afvoerbol

Aanvankelijk sneed ik de bodems van twee weggegooide medicijnflesjes af en plakte ze van begin tot eind met blauwe tape om een steunkolom te maken. De kolom werd vastgezet door een dop van een flacon op het consoledeksel te schroeven, zoals weergegeven. Jammer… het donkere plastic dempte de interne verlichting en de tape was visueel storend.

Hier is een tijdelijke oplossing: koop een doorzichtige acrylbuis uit de schrootbak van een hardware- of kunststofwinkel. Ik vond een zware plastic buis met dezelfde buitendiameter als het ingangsgat van een holle aluminium bol (8 cm diameter; gekocht op een Teslathon-evenement). Trouwens, als je geen ontladingsbol hebt, gebruik dan een metalen wereldbol uit de dollarwinkel of zelfs een aluminium frisdrankblikje. Knip een ingangsgat voor uw steunkolom uit met metalen knipsels. Trouwens, bewaar de dop van de flacon die wordt gebruikt om de kolom aan het consoledeksel te bevestigen.

Stap 10: Beam Tube Assembly: Cut & Grind Blanks voor centreerringen

Snijd acht blanco's uit een enkele kartonnen plaat die gelijk is aan de buitendiameter van de buis. Ik boorde gaten in het midden in elke blanco voor een 6 cm, # 6-32 machineschroef; geplaatste spaties op schroef; klemde ze vast met een borgring en borgmoer en gooide ze vervolgens in een elektrische boormachine. Ik gemalen blanks met natuurlijk, dan medium schuurpapier totdat de hele montage gemakkelijk door de buis gleed.

Stap 11: Beam Tube Montage: Prep centreerringen

Verwijder de voltooide spaties van de machineschroef. U hebt twee 1/4 inch nylon schroefisolatoren nodig (P/N: B-IN-14S/4; kleine onderdelen). Ruim het middelste gat op om de isolatordiameter op te vangen. Maak twee centreerringen door ze te lijmen en vervolgens vier ringen op elkaar te stapelen. Klem ringen totdat de lijm droogt. Ik gebruikte een bout van 1-1 / 2 x 1/4 inch en twee metalen platte ringen van 3 cm als klemmen. Bewaar deze onderdelen want ze worden hergebruikt. Bepaal of je borgringen wilt schilderen. Plaats een isolator in elke ringstapel.

Bereid twee doppen voor die zijn verkregen uit tandpastabuizen door een gat van 1/4 inch door de bovenkanten te boren om borgkegels voor de CCL's te maken. Verf kegels indien gewenst. Zoek een rubberen doorvoertule die in de dop past. Gat moet voldoende diameter hebben om uw lamp te kunnen opnemen (P/N: 239610; Jameco). Gebruik de dop van de injectieflacon uit de vorige stap voor de kolombasis. Plaats een platte ring in de dop van de injectieflacon als anker en plaats vervolgens een borgring op de ring. Zet de dop van de injectieflacon, de ring en de ring vast aan het consoledeksel met de bout die wordt gebruikt om de ringen vast te klemmen. Plaats tijdelijk een kegel over de boutkop en de isolatorlip. Bevestig de montage aan het deksel met een moer. De bovenste conus is bijna identiek aan de onderste conus; bout echter geen onderdelen aan elkaar. Houd stukken bij elkaar met blauwe tape totdat ze klaar zijn om te lijmen.

Plaats de kolom op de dop van de injectieflacon. Laat de lamp in de kolom vallen en controleer of deze in het doorvoergat van de onderste kegel glijdt en de boutkop fysiek raakt. Steek de bovenste montage (doorvoer naar beneden) in de kolom. De lamp moet door het doorvoergat gaan, maar mag niet buiten het oppervlak van de ring uitsteken. Snijd de steunkolom op de juiste lengte of gebruik meer ringen als afstandhouders om de lamp omhoog te brengen. Als u de juiste hoogte hebt bereikt, lijmt u de resterende platte ring vast en klemt u deze vast aan de bovenkant van de bovenste borgring. Lampje verwijderen.

Constructietip #4: Verhoog de verlichting door rubberen doorvoertules te verwijderen en plaats een tweede lamp rechtstreeks in de kegelhouders

Stap 12: Installatie: Beam Tube & Support Column; Instrumentenpaneel

De afvoerterminal rust op een steunring. Construeer er een van afvalplastic. Maak optionele focusringen voor elektronenstralen door segmenten van een plastic rietje af te snijden en deze over de lamp te schuiven (verwijder ze, zoals ik deed, als ze te veel lichtreductie veroorzaken wanneer de lamp wordt getest).

Gebruik een metalen bout om de dop van de injectieflacon (van stap 9) op het consoledeksel te bevestigen. Steek de balkbuisconstructie in de dop. Ik heb de meter, de bedieningsknop, de schakelaars en de signaallampjes in de daarvoor bestemde gaten van het instrumentenpaneel gestoken om een idee te krijgen van hoe het project eruit zou zien.

Stap 13: Installatie: gemodificeerde DC-voeding, ionisator en paneelcomponenten

Schroef de aangepaste voeding en ionisator vast aan de onderkant van de console. Sluit deze twee assemblages hard aan, samen met de meter, schakelaars, indicatielampjes en zekering. Trouwens, de power control knop in het midden van het instrumentenpaneel is voor decoratie; het is niet-functioneel - dit probleem wordt verholpen in de komende Rayotron-renovatie.

Stap 14: Installatie: Commerciële DC-voeding

Als u een commerciële stroombron gebruikt (sterk aanbevolen!), gebruik dan klittenbandstrips om het apparaat aan de basis van de console te bevestigen en vervolgens de ionisator met harde draad en het instrumentenpaneel.

Stap 15: Afwerking: verfconsole en Gnd-elektrode monteren

Als u de console in stap 5 niet hebt geverfd: verwijder de verbindingshardware, scheid het instrumentenpaneel van de console en de handgreep van het bovenpaneel. Ik heb deze kleuren gebruikt om het project af te maken:

Hoofdconsolepanelen - Glanzend Amandel

Deksel en instrumentenpanelen - metallic zilver

Dekselhandvat - Koper

Ik heb een telescopische tv-antenne op het bovenpaneel gemonteerd met een knijpclip. De antenne, wanneer aangesloten op de grondretour van de ionisator, diende als ontladingselektrode.

Schakel het project in en verleng de antenne indien nodig totdat u continue ontladingen van 1 mm uit de terminal kunt trekken. Pas de vonkbrug aan met een niet-geleidend voorwerp, zoals een plastic pen, totdat CCL een continue gloed geeft. De meter moet 15 - 20 microampère aangeven. Uw Rayotron Night Light-project is nu voltooid!

Stap 16: Bronnen

1. Baez AV. De Rayotron (een hoogspanningsgenerator en röntgenbron). Amerikaanse J-fysica. 1957;25:499-501. Betreden via:

2. Miller E. Rapport van tests voor röntgenstraling van een Rayotron elektrostatische generator en deeltjesversneller. Rocksville, MD: US Dept Health, Education & Welfare. 1970. Betreden via:

3. Rayotron-bedieningshandleiding. Atomic Laboratoria, LLC. 1956. Betreden via: