Luz noturna "Rayotron" retro (parte 1): 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Introdução

Em dezembro de 1956, os Laboratórios Atômicos anunciaram o Rayotron como o "Primeiro gerador eletrostático e acelerador de partículas de baixo custo" para professores de ciências e amadores [1]. O Rayotron era um gerador Van de Graaff (VdG) superdimensionado e carregado com cinto de borracha capaz de lançar faíscas de 500.000 volts de seu terminal de metal. Os VdGs são exemplos eletromecânicos de arrastar sapatos com sola de borracha em um tapete e, em seguida, tocar em um objeto de metal aterrado. Embora a exibição espetacular de relâmpagos produzida por este maquinário impressionante possa chocar alguém desavisado pessoa fora de seus pés, a descarga de microamp não era um risco para uma pessoa saudável de acordo com o fabricante.

O terminal carregado negativamente do Rayotron repeliu elétrons negativos ao longo de um tubo de vidro selado sob forte vácuo até um alvo localizado na base. A colisão deste feixe de partículas energizadas com o alvo permitiu aos usuários realizar vários experimentos de física (e também expôs pessoas desprotegidas nas proximidades de perigosos chuveiros de raios-X [1]). Eventualmente, o Atomic Laboratories interrompeu a produção devido a questões de segurança.

Projetei esta luz noturna como um tributo a uma peça esquecida da tecnologia educacional de meados do século. Ao contrário da unidade original, este modelo em semi-escala não emite radiação perigosa e não vai arruinar o seu dia, deixando-o com um brilho verde fantasmagórico:>). O feixe de partículas do Rayotron é modelado com uma luz catódica fria em miniatura (CCL).

Etapa 1: Esboço do Projeto

I. Operação Básica

Substituí a correia barulhenta e o mecanismo de rolo motorizado usado na unidade original por um gerador de íons negativos silencioso vendido para uso doméstico. Uma fonte de alimentação fornece CC de baixa tensão para o ionizador; que impulsiona o CCL. A lâmpada foi montada axialmente em um cilindro de plástico que sustentava um globo de descarga. O CCL e a estrutura de suporte foram fixados no painel superior do console.

II. Conjunto do painel de instrumentos

O painel de instrumentos do console foi um dos poucos componentes que mudou de aparência durante a produção do Rayotron. Imagens e descrições de várias fontes documentando essas modificações no design do painel guiado; as fotos mostram modelos Rayotron anteriores e posteriores. Eu usei um medidor de 50 microamp de meados do século para exibir a saída do ionizador, bem como um botão de controle vintage e interruptores de alternância em combinação com luzes indicadoras. O medidor e o botão de controle foram recuperados de eletrônicos descartados.

(Curiosidade: uma etiqueta de segurança do produto na base da unidade avisava sobre a emissão de raios X durante a operação. Como precaução adicional, o fabricante sugeriu encerrar o Rayotron em um bunker construído com tubo de concreto para proteger o operador e observadores de envenenamento por radiação [2] !)

III. Conjunto de console de papelão

O console foi MacGyvered por papelão reaproveitado retirado de uma pilha de fichários comprados em uma venda de garagem local. O painel de instrumentos e a coluna de suporte de plástico encimada pelo terminal foram montados no console. Uma versão anterior usava acabamento de metal falso no painel para dar um toque de cor, o que fez o projeto parecer muito contemporâneo IMHO; então optei por um look retrô e chique surrado para dar a impressão de idade.

As dimensões físicas não são críticas, então dimensione o projeto conforme necessário. Ao final deste instrutível, você terá uma fonte barata de CC de alta tensão (HVDC) para demonstrações eletrostáticas simples, bem como uma luz noturna radiante sem os problemas de envenenamento por radiação letal arruinando seu dia (trocadilho, mas eu não poderia resista:>). Por último, use o bom senso com o ionizador. Evite surpresas - desconecte a alimentação antes de trabalhar na fiação de AT.

Etapa 2: Peças e Ferramentas

Reduzi os custos de construção reciclando itens usados ou descartados quando possível. Alguns componentes podem ser improvisados. Por exemplo, uma lata de refrigerante de 8 onças é um terminal de descarga barato.

(Curiosidade: o modelo de meados do século apresentava um terminal de descarga esférico. Um terminal mais sinistro, semelhante a uma nuvem de cogumelo em ascensão, apareceu em um modelo atualizado da década de 1960 [1, 2].

Os componentes eletrônicos necessários são identificados em cada etapa. Vários itens necessários para a construção são: folhas de papelão de fichários de 3 argolas; placas de circuito; fita transparente e azul; conexão / montagem de hardware; cola de cianoacrilato (CA); fio de projeto isolado; lápis; clipes de aperto; transferidor; régua; lixa; tesouras (ou cortador de papel comercial); tintas em spray; e a cola escolar X-treme de Elmer, bem como várias ferramentas manuais; uma furadeira elétrica com brocas variadas e um lápis de soldar.

Etapa 3: Eletrônica: Ionizador e fonte de alimentação (mod ou compre um)

Eu encontrei um ionizador de sala vintage Radio Shack Micronta em uma liquidação por US $ 1,50. O ionizador estava sem a fonte de alimentação original, então eu cortei uma fonte DC de uma TV portátil P&B (lembra delas?).

Abri a caixa e troquei o transformador original de 12 VCC @ 1 A por outro transformador por causa de sua condição enferrujada. Cuidado: se você fizer isso, certifique-se de que os componentes são classificados para o novo transformador ou você irá cozinhar o circuito retificador! Montei o novo transformador e o retificador original em uma placa de circuito e soldou os componentes juntos. Coloquei este conjunto de lado para instilação posterior, quando a construção do console foi concluída.

Não se preocupe se você não quiser fazer uma reconstrução demorada. Uma solução muito melhor é usar uma fonte de alimentação comercial. Encontrei um adaptador de 12 VCC e 4 amp em uma venda de garagem que pertencia a um laptop e usei-o com o ionizador sem problemas (consulte a Etapa 14).

Etapa 4: Montagem do console: Layout, corte e personalização do painel de instrumentos

A maior parte do esforço para este projeto foi gasta projetando, fabricando e terminando o console de papelão. Pule as etapas a seguir para economizar tempo e use apenas uma caixa de sapatos comum. Para os verdadeiros guerreiros DIY: ocupe-se da construção!

Retire a cobertura de plástico dos fichários para obter papelão para instrumentos e outros painéis de console. Medidor de layout, botão de controle, dois interruptores e duas luzes de sinalização em uma tira de papelão de comprimento, largura e espessura dupla adequados. Coloquei interruptores e luzes em um arranjo retangular. Corte ou faça orifícios de tamanho apropriado para montar cada componente. Espalhei uma fina camada de cola ao redor e dentro de cada furo e depois lixei com papel fino, o que ajudou a manter o formato da parede lateral quando a cola endureceu.

Uma versão inicial do projeto incorporou um folheto publicitário para o cartão Discover Platinum para dar ao painel um acabamento de metal falso. Cortei o folheto e, em seguida, perfurei / cortei orifícios de montagem. Deixei uma borda de aproximadamente 5 mm para criar um efeito de contraste quando o painel foi pintado com spray em uma cor clara. Uma placa de mostrador foi adicionada para cobrir a maior parte do logotipo. (Eventualmente, eu pintei todo o painel de instrumentos com spray e descartei o folheto porque era facilmente manchado.) Coloque o painel e os componentes de lado até mais tarde.

(Curiosidade: os manuais de operação originais estão na coleção permanente da Biblioteca do Museu dos Institutos Nacionais de Saúde em Bethesda, MD [3].)

Etapa 5: montagem do console: desenhar, cortar, alinhar e simular com suportes de canto

Determine o tamanho do console, dadas as dimensões do painel de instrumentos. Deixe espaço suficiente para montar a fonte de alimentação e o ionizador. Além disso, considere a altura desejada de sua coluna de suporte e o diâmetro do globo de descarga; dimensione o console em conformidade.

Desenhei um contorno para cada painel em um papelão e depois os recortei. Os painéis laterais têm uma inclinação para baixo de 23 graus em relação ao eixo horizontal, para aumentar a visibilidade do medidor, botão de controle e conjunto de luz de sinal. Cortei um pequeno painel de chute de espessura dupla para inserir na extremidade frontal do gabinete para suporte adicional do painel de instrumentos. (Optei por usar espessura dupla para todos os painéis, exceto o painel superior para um gabinete de melhor qualidade.)

Após o corte dos painéis, coloque-os sobre uma superfície plana; verifique se as bordas e os cantos estão uniformes. Cole os painéis laterais, de chute, de trás e de fundo para obter uma espessura dupla. Prenda no lugar. Lixe bordas irregulares em uma superfície plana com papel médio / fino. Monte temporariamente os painéis usando clipes de aperto e suportes de canto de 2,5 cm no console de simulação. Posicione o painel de instrumentos no console. Verifique os cantos quadrados e as bordas niveladas. Como mostrado em uma foto, usei fita azul para segurar o console - GRANDE ERRO! Não faça isso! As bordas quase nunca eram alinhadas corretamente e todo o console sempre entrava em colapso quando o painel de instrumentos era colocado no lugar. Cole todos os painéis juntos, exceto os painéis superior e de instrumentos. Prenda com grampos e suspensórios até a cola secar.

Dica de construção nº 1: use um cortador de papel comercial disponível na FedEx ou Staples para bordas limpas e perfeitas! (Além disso, pinte o console neste ponto para evitar a remoção do hardware posteriormente para concluir o projeto.)

Etapa 6: Montagem do console: Painel de cola; Anexar painel de instrumentos

Alinhe as bordas com um bloco de lixa e papel médio / fino, se necessário. Para maior integridade estrutural, faça um orifício no ponto médio dos painéis lateral e traseiro para acomodar parafusos de máquina de cabeça redonda # 8-32 x 1/2 polegada com arruelas planas e suportes que fixarão o painel inferior; Além disso, faça um furo nos cantos inferiores de cada um desses painéis para acomodar uma braçadeira. Cubra a parede lateral do orifício com cola inserindo e girando a ponta de um lápis várias vezes antes que a cola endureça; lixe levemente ao redor do buraco até ficar homogêneo. (Aliás, achei que os parafusos e braçadeiras presos ao painel de chute fossem uma distração visual, então eu os removi e preenchi os buracos antes de pintar. Aperte manualmente todas as ferragens porque deve ser removido antes de pintar.)

Localize o seu painel de instrumentos. Fixe as dobradiças para dentro, cantos inferiores esquerdo e direito com parafusos de máquina # 8-32 x 1/2 polegada e arruelas planas. Coloque e alinhe o painel no console. Aparafuse as dobradiças para dentro do painel de chute. O painel de instrumentos deve ficar apoiado uniformemente contra a inclinação de cada painel lateral. Parafusos de dobradiça de torque manual; lixe as bordas do painel até ficar nivelado com os painéis laterais. Cuidado: o painel de instrumentos não foi projetado para se mover mais do que vários graus devido à configuração do console! O acesso ao interior do console é feito pelo painel superior; veja a próxima etapa.

Dica de construção nº 2: faça furos nos cantos superiores do painel de chute para permitir pequenos ajustes de dobradiça

Etapa 7: Montagem do console: Prepare o painel superior e alinhe com o painel de instrumentos

Nota: Esta etapa requer concentração e pausas frequentes para descanso!

Corte entalhes nos cantos superiores esquerdo e direito do painel traseiro para acomodar as dobradiças; posicione-os de modo que fiquem nivelados com a altura dos painéis posterior e lateral. Marque, fure e prepare orifícios para parafusos. Monte as dobradiças adequadas na parte externa do painel traseiro. Confirme se a borda frontal do painel superior está alinhada com a borda superior do painel de instrumentos quando fechado. Tenha cuidado ao lixar as bordas horizontais ou inclinadas de um ou de ambos os painéis laterais, conforme necessário, para garantir um encaixe perfeito entre o painel superior e o painel de instrumentos. Demasiada lixagem causará espaços entre os painéis! Fixe o painel superior firmemente com elásticos para que o painel permaneça na posição. Remova o painel de instrumentos para acessar as dobradiças. Alcance o console e marque os orifícios dos parafusos para o painel superior.

Dica de construção nº 3: chanfrar a borda interna do painel de instrumentos com uma lixa média para melhorar o ajuste com o painel superior

Usei dois bastões para mexer café entre cada dobradiça e o painel superior como espaçadores para reduzir a amarração durante a abertura e o fechamento. As varas foram cortadas no tamanho certo, coladas, empilhadas e presas na parte de baixo do painel antes de fazer os furos. Depois, colei um pedaço de madeira compensada na parte de baixo do painel para fornecer suporte adicional para montagem do conjunto do tubo da viga em uma etapa posterior.

Passe cola ao longo da borda frontal do painel superior e da borda superior do painel de instrumentos; Esfregue cola no papelão para fortalecer as bordas e cantos dos painéis. Deixe os painéis secarem; em seguida, lixe todas as bordas e cantos com papel fino.

Etapa 8: Montagem do console: Monte a placa de trava e de impacto; Anexar os pés

ID ponto médio na borda frontal do painel superior. Centralize e monte uma trava magnética com dois parafusos de cabeça redonda # 4-40, arruelas planas e de travamento. Um pedaço de madeira aparafusado ao exterior do painel superior servia como uma alça conveniente para abrir o console. ID ponto médio na borda superior do painel de instrumentos. Centralize e monte a placa de impacto usando parafusos de máquina. Lembre-se de fazer furos de montagem grandes e preparar com cola. A trava e a placa exigirão ajustes para o encaixe adequado. Confirme o alinhamento do painel superior; em seguida, instale os parafusos e arruelas de montagem da dobradiça.

Usei como pés quatro pedaços de madeira de uma loja de materiais de arte; cada peça tinha um orifício pré-perfurado de 3/16 ". Pintei cada peça antes de colar um pino de madeira em cada uma. Furei um orifício de 3/16" em cada canto do painel inferior. Os tarugos mantiveram os pés no lugar temporariamente. BTW, não cole as peças até que o console esteja pintado.

Etapa 9: Montagem do tubo de viga: coluna de suporte e esfera de descarga

Inicialmente, cortei o fundo de dois frascos de remédio descartados e coloquei fita azul neles para fazer uma coluna de suporte. A coluna foi fixada aparafusando uma tampa do frasco à tampa do console, conforme mostrado. Que chatice … o plástico escuro diminuía a iluminação interna e a fita era visualmente perturbadora.

Aqui está uma solução alternativa: compre um tubo de acrílico transparente na lixeira de uma loja de materiais plásticos ou ferragens. Encontrei um tubo de plástico pesado com o mesmo diâmetro externo do orifício de entrada de uma esfera oca de alumínio (8 cm de diâmetro; comprado em um evento da Teslathon). Aliás, se você não tiver uma esfera de descarga, use um globo mundial de metal da loja do dólar ou mesmo uma lata de refrigerante de alumínio. Corte um orifício de entrada para a coluna de suporte com recortes de metal. A propósito, guarde a tampa do frasco usada para fixar a coluna à tampa do console.

Etapa 10: Conjunto de tubo de viga: corte e retifique espaços em branco para anéis de centralização

Corte oito blocos de uma única folha de papelão igual ao diâmetro externo do tubo. Fiz orifícios centrais em cada placa para acomodar um parafuso de máquina de 6 cm, # 6-32; colocados em branco no parafuso; prendeu-os com uma arruela de pressão e porca de retenção e depois os prendeu em uma furadeira elétrica. Eu esmerilhei os espaços em branco com um curso, depois lixei de tamanho médio até que todo o conjunto deslizasse facilmente pelo tubo.

Etapa 11: Montagem do tubo de viga: Preparar os anéis de centralização

Remova os espaços vazios completos do parafuso da máquina. Você precisará de dois isoladores de parafuso de náilon de 1/4 de polegada (P / N: B-IN-14S / 4; peças pequenas). Alargue o orifício central para acomodar o diâmetro do isolador. Faça dois anéis de centralização colando e, em seguida, empilhando quatro anéis juntos. Prenda os anéis até a cola secar. Usei um parafuso de 1-1 / 2 x 1/4 de polegada e duas arruelas planas de metal de 3 cm como braçadeiras. Guarde essas peças porque elas serão reutilizadas. Decida se deseja pintar os anéis de retenção. Insira um isolante em cada pilha de anéis.

Prepare duas tampas obtidas de tubos de pasta de dente, fazendo um orifício de 1/4 de polegada na parte superior para fazer cones de retenção para os CCLs. Pinte cones, se desejar. Localize um anel isolante de borracha que se encaixe bem na tampa. O orifício deve ter diâmetro suficiente para aceitar sua lâmpada (P / N: 239610; Jameco). Use a tampa do frasco da etapa anterior para a base da coluna. Coloque uma arruela plana dentro da tampa do frasco como âncora e, em seguida, coloque um anel de retenção na arruela. Fixe a tampa do frasco, a arruela e o anel à tampa do console com o parafuso usado para prender os anéis. Coloque temporariamente um cone sobre a cabeça do parafuso e a borda do isolador. Fixe o conjunto à tampa com a porca. O conjunto do cone superior é quase idêntico ao do cone inferior; no entanto, não aparafuse as peças. Segure os pedaços juntos com fita azul até que estejam prontos para colar.

Posicione a coluna na tampa do frasco. Solte a lâmpada na coluna e confirme se ela desliza no orifício do ilhó do cone inferior e toca fisicamente a cabeça do parafuso. Insira o conjunto superior (ilhó voltado para baixo) na coluna. A lâmpada deve passar pelo orifício do anel, mas não deve se projetar além da superfície do anel. Corte a coluna de suporte no comprimento adequado ou use mais arruelas como espaçadores para levantar a lâmpada. Quando tiver obtido a altura correta, cole e prenda a arruela plana restante no topo do conjunto do anel de retenção superior. Remova a lâmpada.

Dica de construção 4: aumente a iluminação removendo ilhós de borracha e insira uma segunda lâmpada diretamente nos retentores do cone

Etapa 12: Instalação: tubo de viga e coluna de suporte; Painel de instrumentos

O terminal de descarga repousa sobre um anel de suporte. Construa um com uma folha de plástico de refugo. Faça anéis opcionais de foco de feixe de elétrons cortando segmentos de um canudo plástico e colocando-os sobre a lâmpada (remova-os, como eu fiz, se eles causarem muita redução de luz quando a lâmpada for testada).

Use um parafuso de metal para prender a tampa do frasco (da Etapa 9) à tampa do console. Insira o conjunto do tubo de feixe na tampa. Inseri o medidor, o botão de controle, os interruptores e as luzes de sinalização nos orifícios apropriados do painel de instrumentos para ter uma ideia de como o projeto ficaria.

Etapa 13: Instalação: Fonte DC Modificada, Ionizador e Componentes do Painel

Aparafuse a fonte de alimentação modificada e o ionizador à base do console. Faça o cabeamento desses dois conjuntos junto com o medidor, os interruptores, as luzes indicadoras e o fusível. BTW, o botão de controle de energia no centro do painel de instrumentos é para decoração; não é funcional - esse problema será corrigido na próxima renovação do Rayotron.

Etapa 14: Instalação: Fonte DC comercial

Se você estiver usando uma fonte de alimentação comercial (altamente recomendado!), Use tiras de velcro para prender a unidade à base do console e, em seguida, ionizador de fio rígido e painel de instrumentos.

Etapa 15: Acabamento: Console de pintura e eletrodo Gnd de montagem

Se você não pintou o console na Etapa 5: remova o hardware de conexão, separe o painel de instrumentos do console e também a alça do painel superior. Usei essas cores para finalizar o projeto:

Painéis do console principal - Amêndoa brilhante

Tampa e painéis de instrumentos - prata metálica

Alça da tampa - cobre

Montei uma antena telescópica de TV no painel superior com um clipe de aperto. A antena, quando ligada ao retorno de aterramento do ionizador, servia como eletrodo de descarga.

Ligue o projeto e, em seguida, estenda a antena conforme necessário até que você possa obter descargas contínuas de 1 mm do terminal. Ajuste o centelhador com um objeto não condutor, como uma caneta de plástico, até que o CCL forneça um brilho contínuo. O medidor deve exibir 15 - 20 microampères. Seu projeto Rayotron Night Light agora está completo!

Etapa 16: Fontes

1. Baez AV. O Rayotron (um gerador de alta tensão e fonte de raios-X). American J Physics. 1957; 25: 499-501. Acessado em:

2. Miller E. Relatório de testes de emissão de raios-X de um gerador eletrostático de Rayotron e acelerador de partículas. Rocksville, MD: Departamento de Saúde, Educação e Bem-Estar dos EUA. 1970. Acessado em:

3. Manual de operação do Rayotron. Atomic Laboratories, LLC. 1956. Acessado em: