Luce notturna "Rayotron" retrò (parte 1): 16 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

introduzione

Nel dicembre del 1956, Atomic Laboratories pubblicizzava il Rayotron come il "primo generatore elettrostatico a basso costo e acceleratore di particelle" per insegnanti di scienze e hobbisti [1]. Il Rayotron era un generatore Van de Graaff (VdG) di grandi dimensioni, caricato con una cinghia di gomma. in grado di scagliare scintille da 500.000 volt dal suo terminale metallico. I VdG sono esempi elettromeccanici di mischiare scarpe con suola di gomma su un tappeto e poi toccare un oggetto metallico messo a terra. Anche se lo spettacolare spettacolo di fulmini prodotto da questo imponente macchinario potrebbe scioccare un ignaro persona in piedi, la scarica del microampere non era un rischio per una persona sana secondo il produttore.

Il terminale caricato negativamente del Rayotron respingeva gli elettroni negativi lungo la lunghezza di un tubo di vetro sigillato sotto un vuoto rigido fino a un bersaglio situato alla base. La collisione di questo fascio di particelle energizzate con il bersaglio ha consentito agli utenti di condurre vari esperimenti di fisica (e ha anche esposto persone non protette in prossimità di pericolosi getti di raggi X [1]). Alla fine, Atomic Laboratories ha interrotto la produzione a causa di problemi di sicurezza.

Ho progettato questa luce notturna come tributo a un pezzo dimenticato della tecnologia educativa di metà secolo. A differenza dell'unità originale, questo modello in semi-scala non emette radiazioni pericolose e non rovinerà la tua giornata lasciandoti con un bagliore verde spettrale:>). Il fascio di particelle del Rayotron è modellato con una luce a catodo freddo in miniatura (CCL).

Passaggio 1: struttura del progetto

I. Operazioni di base

Ho sostituito la rumorosa cinghia e il meccanismo a rulli motorizzati utilizzati nell'unità originale con un generatore di ioni negativi silenzioso commercializzato per uso domestico. Un alimentatore fornisce CC a bassa tensione per lo ionizzatore; che guida il CCL. La lampada era montata assialmente in un cilindro di plastica che sosteneva un globo a scarica. Il CCL e la struttura di supporto sono stati fissati al pannello superiore della console.

II. Assemblaggio quadro strumenti

Il pannello degli strumenti della console è stato uno dei pochi componenti che ha cambiato aspetto durante la produzione del Rayotron. Immagini e descrizioni da varie fonti che documentano queste modifiche hanno guidato la progettazione del pannello; le foto mostrano i primi e successivi modelli Rayotron. Ho usato un misuratore da 50 microampere della metà del secolo per visualizzare l'uscita dello ionizzatore, nonché una manopola di controllo vintage e interruttori a levetta in combinazione con spie luminose. Il misuratore e la manopola di controllo sono stati recuperati dall'elettronica di consumo scartata.

(Fatto divertente: un'etichetta di sicurezza del prodotto sulla base dell'unità avvertiva dell'emissione di raggi X durante il funzionamento. Come ulteriore precauzione, il produttore ha suggerito di racchiudere il Rayotron in un bunker costruito con tubi di cemento per proteggere l'operatore e gli astanti dall'avvelenamento da radiazioni [2] !)

III. Assemblaggio console in cartone

La console è stata MacGyvered riproponendo del cartone preso da una pila di raccoglitori a 3 anelli acquistati in un mercatino locale. Sulla console sono stati montati il cruscotto e la colonna di supporto in plastica sormontata dal terminale. Una versione precedente utilizzava finiture in finto metallo sul pannello per un tocco di colore, il che faceva apparire il progetto troppo contemporaneo IMHO; così deciso su un look retrò, shabby chic per dare l'impressione dell'età.

Le dimensioni fisiche non sono critiche, quindi ridimensiona il progetto secondo necessità. Entro la fine di questo tutorial, avrai una fonte economica di alta tensione CC (HVDC) per semplici dimostrazioni elettrostatiche, nonché una luce notturna rad senza i problemi di avvelenamento da radiazioni letali che rovinano la tua giornata (pessimo gioco di parole, ma potrei non resistere:>). Infine, usa il buon senso con lo ionizzatore. Evita sorprese: scollega l'alimentazione prima di lavorare sul cablaggio HV.

Passaggio 2: parti e strumenti

Ho ridotto i costi di costruzione riciclando oggetti usati o scartati quando possibile. Alcuni componenti possono essere improvvisati. Ad esempio, una bibita da 8 once può essere un terminale di scarico economico.

(Fatto divertente: il modello della metà del secolo presentava un terminale di scarica sferico. Un terminale più minaccioso simile a un fungo atomico in aumento è apparso in un modello aggiornato degli anni '60 [1, 2].

I componenti elettronici necessari sono identificati in ogni passaggio. Gli elementi vari necessari per la costruzione sono: fogli di cartone da raccoglitori a 3 anelli; circuito; nastro trasparente e blu; hardware di collegamento/montaggio; colla di cianoacrilato (CA); filo di progetto isolato; matita; clip per pizzicare; goniometro; governate; carta vetrata; forbici (o tagliacarte commerciale); vernici spray; e la colla per la scuola X-treme di Elmer, oltre a vari strumenti manuali; un trapano elettrico con punte assortite e una matita saldante.

Passaggio 3: elettronica: ionizzatore e alimentatore (mod o acquistane uno)

Ho trovato uno ionizzatore per ambienti Radio Shack Micronta vintage a una svendita a 1,50 dollari. Allo ionizzatore mancava l'alimentatore originale, quindi ho hackerato una sorgente CC da una TV portatile in bianco e nero (ricordate quelli?).

Ho aperto la custodia e ho sostituito il trasformatore originale da 12 VDC @ 1 amp con un altro trasformatore a causa della sua condizione arrugginita. Attenzione: se lo fai, assicurati che i componenti siano classificati per il nuovo trasformatore o cucinerai il circuito del raddrizzatore! Ho montato il nuovo trasformatore e il raddrizzatore originale su un circuito e ho saldato i componenti insieme. Ho messo da parte questo assemblaggio per una successiva instillazione quando la costruzione della console era stata completata.

Nessun problema se non vuoi eseguire una ricostruzione che richiede tempo. Una soluzione molto migliore consiste nell'utilizzare un alimentatore commerciale. Ho trovato un adattatore da 12 VDC, 4 amp in una vendita in garage che apparteneva a un computer portatile e l'ho usato con lo ionizzatore senza problemi (vedi passaggio 14).

Fase 4: Assemblaggio della console: layout, taglio e personalizzazione del quadro strumenti

La maggior parte dello sforzo per questo progetto è stato dedicato alla progettazione, fabbricazione e finitura della console di cartone. Salta i passaggi seguenti per risparmiare tempo e usa semplicemente una normale scatola da scarpe. Per i veri guerrieri fai-da-te là fuori: impegnati a costruire!

Sbucciare la copertura di plastica dai raccoglitori per ottenere il cartone per strumenti e altri pannelli della console. Disposizione metro, manopola di comando, due interruttori e due luci di segnalazione su una striscia di cartone di opportuna lunghezza, larghezza e doppio spessore. Ho posizionato interruttori e luci in una disposizione rettangolare. Tagliare o praticare fori di dimensioni appropriate per montare ciascun componente. Ho steso un sottile strato di colla intorno e all'interno di ogni foro e poi ho carteggiato con carta fine, che ha aiutato a mantenere la forma della parete laterale quando la colla si è indurita.

Una prima versione del progetto incorporava una brochure pubblicitaria per la Discover Platinum Card per conferire al pannello una finitura in finto metallo. Ho ritagliato la brochure e poi ho praticato/ritagliato i fori di montaggio. Ho lasciato un bordo di circa 5 mm per creare un effetto di contrasto quando il pannello è stato verniciato a spruzzo con un colore chiaro. È stato aggiunto un quadrante per coprire la maggior parte del logo. (Alla fine, ho verniciato a spruzzo l'intero cruscotto e ho scartato la brochure perché si ammaccava facilmente.) Metti da parte il pannello e i componenti fino a tardi.

(Fatto divertente: i manuali operativi originali sono nella collezione permanente della Biblioteca del Museo del National Institutes of Health a Bethesda, MD [3].)

Passaggio 5: Assemblaggio della console: disegna, taglia, allinea e simula con bretelle angolari

Determinare le dimensioni della console date le dimensioni del cruscotto. Lasciare spazio sufficiente per il montaggio dell'alimentatore e dello ionizzatore. Inoltre, considera l'altezza desiderata della colonna di supporto e il diametro del globo di scarico; ridimensionare la console di conseguenza.

Ho disegnato un contorno per ogni pannello su cartone e poi li ho ritagliati. I pannelli laterali hanno un'inclinazione verso il basso di 23 gradi rispetto all'asse orizzontale, per migliorare la visibilità del misuratore, della manopola di controllo e del gruppo luci di segnalazione. Ho tagliato un piccolo battitacco di doppio spessore da inserire all'estremità anteriore dell'involucro per un ulteriore supporto del cruscotto. (Ho scelto di utilizzare il doppio spessore per tutti i pannelli tranne il pannello superiore per un involucro di migliore qualità.)

Dopo aver tagliato i pannelli, posizionarli su una superficie piana; controlla se i bordi e gli angoli sono uniformi. Incolla insieme i pannelli laterali, laterali, posteriori e inferiori per un doppio spessore. Clip in posizione. Carteggiare i bordi irregolari su una superficie piana con carta med/fine. Assembla temporaneamente i pannelli utilizzando clip a pinza e supporti angolari da 2,5 cm per simulare la console. Posizionare il quadro strumenti sulla console. Verifica angoli squadrati e bordi a filo. Come mostrato in una foto, ho usato del nastro adesivo blu per tenere insieme la console -- GRANDE ERRORE! Non farlo! I bordi non si allineavano quasi mai correttamente e l'intera console crollava sempre quando si metteva a posto il cruscotto. Incolla tutti i pannelli insieme tranne la parte superiore e i pannelli degli strumenti. Fissare con clip e bretelle finché la colla non si asciuga.

Suggerimento per la costruzione n. 1: utilizzare una taglierina per carta commerciale disponibile presso FedEx o Staples per bordi puliti e ordinati! (Inoltre, a questo punto dipingi la console per evitare di rimuovere l'hardware in un secondo momento per completare il progetto.)

Passaggio 6: assemblaggio della console: pannello di colla; Attacca il pannello degli strumenti

Bordi uniformi con un blocco di levigatura e carta med/fine se necessario. Per una maggiore integrità strutturale, praticare un foro nel punto medio dei pannelli laterali e posteriori per ospitare viti a testa tonda da 8-32 x 1/2 pollice con rondelle piatte e bretelle che fisseranno il pannello inferiore; inoltre, praticare un foro negli angoli inferiori di ciascuno di questi pannelli per ospitare un sostegno. Rivestire la parete laterale del foro con la colla inserendo e ruotando più volte la punta di una matita prima che la colla si indurisca; carteggiare leggermente intorno al foro fino a che liscio. (A proposito, pensavo che le viti e le staffe attaccate al pannello del calcio fossero una distrazione visiva, quindi le ho rimosse e ho riempito i buchi prima di dipingere. Serrare a mano tutto l'hardware perché deve essere rimosso prima di dipingere.)

Individua il tuo quadro strumenti. Fissare le cerniere agli angoli interni, inferiori sinistro e destro con viti a macchina # 8-32 x 1/2 pollice e rondelle piatte. Posiziona e allinea il pannello sulla console. Avvitare le cerniere all'interno del pannello del calcio. Il cruscotto deve poggiare uniformemente contro l'inclinazione di ciascun pannello laterale. Viti per cerniere a coppia manuale; levigare i bordi dei pannelli fino a filo con i pannelli laterali. Attenzione: il cruscotto non è progettato per spostarsi di più di diversi gradi a causa della configurazione della console! L'accesso all'interno della console avviene attraverso il pannello superiore; vedere il passaggio successivo.

Suggerimento per la costruzione n. 2: praticare fori di dimensioni eccessive negli angoli superiori del pannello del calcio per consentire una leggera regolazione della cerniera

Passaggio 7: Assemblaggio della console: preparare il pannello superiore e allineare con il pannello degli strumenti

Nota: questo passaggio richiede concentrazione e frequenti pause di riposo!

Tagliare le tacche sugli angoli superiori sinistro e destro del pannello posteriore per accogliere le cerniere; posizionarli in modo che siano a livello dell'altezza dei pannelli posteriori e laterali. Contrassegnare, praticare e preparare i fori per le viti. Montare le cerniere adatte all'esterno del pannello posteriore. Verificare che il bordo anteriore del pannello superiore sia a filo con il bordo superiore del cruscotto quando è chiuso. Prestare attenzione durante la levigatura dei bordi orizzontali o inclinati di uno o entrambi i pannelli laterali, se necessario, per garantire un adattamento uniforme tra la parte superiore e i pannelli degli strumenti. Un'eccessiva levigatura porterà a spazi vuoti tra i pannelli! Fissare saldamente il pannello superiore con degli elastici in modo che il pannello rimanga in posizione. Rimuovere il cruscotto per accedere alle cerniere. Raggiungi la console e segna i fori per le viti per il pannello superiore.

Consiglio di costruzione n. 3: smussare il bordo interno del cruscotto con carta vetrata medica per migliorare l'adattamento con il pannello superiore

Ho usato due bastoncini per mescolare il caffè tra ciascuna cerniera e il pannello superiore come distanziatori per ridurre l'incollaggio durante l'apertura e la chiusura. I bastoncini sono stati tagliati a misura, incollati, impilati e agganciati alla parte inferiore del pannello prima di praticare i fori. Successivamente, ho incollato un pezzo di compensato di scarto alla parte inferiore del pannello per fornire un supporto aggiuntivo per il montaggio dell'assieme del tubo della trave in una fase successiva.

Spalmare la colla lungo il bordo anteriore del pannello superiore e il bordo superiore del cruscotto; strofinare la colla sul cartone per rafforzare i bordi e gli angoli dei pannelli. Lasciare asciugare i pannelli; quindi carteggiare tutti i bordi e gli angoli con carta fine.

Fase 8: Montaggio della console: montare la piastra di chiusura e attacco; Attacca i piedi

ID punto medio sul bordo anteriore del pannello superiore. Centrare e montare un fermo magnetico con due viti a testa tonda #4-40, rondelle piatte e di bloccaggio. Un pezzo di legno di scarto avvitato all'esterno del pannello superiore fungeva da comoda maniglia per l'apertura della console. ID punto medio sul bordo superiore del cruscotto. Centrare e montare la piastra di riscontro utilizzando le viti a macchina. Ricorda di praticare fori di montaggio sovradimensionati e prepararli con la colla. Il fermo e la piastra richiedono regolazioni per un corretto adattamento. Confermare l'allineamento del pannello superiore; quindi installare le viti e le rondelle di montaggio della cerniera.

Come piedi ho usato quattro pezzi di legno di scarto di un negozio di articoli per l'arte; ogni pezzo aveva un foro da 3/16 "preforato. Ho dipinto ogni pezzo prima di incollare un tassello di legno in ciascuno. Ho praticato un foro da 3/16" in ogni angolo del pannello inferiore. I tasselli tenevano temporaneamente i piedi in posizione. A proposito, non incollare i pezzi finché la console non è verniciata.

Fase 9: Assemblaggio del tubo del fascio: colonna di supporto e sfera di scarico

Inizialmente, ho tagliato il fondo da due fiale di medicinali scartate e le ho fissate con del nastro adesivo blu da un'estremità all'altra per creare una colonna di supporto. La colonna è stata fissata avvitando un tappo della fiala al coperchio della console come mostrato. Peccato… la plastica scura oscurava l'illuminazione interna e il nastro distraeva visivamente.

Ecco una soluzione: acquista un tubo acrilico trasparente dal cestino dei rifiuti di un negozio di ferramenta o di plastica. Ho trovato un tubo di plastica pesante con lo stesso diametro esterno del foro di ingresso di una sfera di alluminio cava (8 cm di diametro; acquistato ad un evento Teslathon). A proposito, se non hai una sfera di scarico, usa un mappamondo di metallo dal negozio del dollaro o anche una lattina di alluminio per bibite. Ritaglia un foro di ingresso per la colonna di supporto con delle cesoie di metallo. A proposito, salva il tappo della fiala utilizzato per fissare la colonna al coperchio della console.

Fase 10: Assemblaggio del tubo del fascio: taglio e molatura degli spazi vuoti per gli anelli di centraggio

Taglia otto spazi vuoti da un singolo foglio di cartone uguale al diametro esterno del tubo. Ho praticato dei fori centrali in ogni pezzo grezzo per ospitare una vite da 6 cm, #6-32; spazi vuoti posizionati sulla vite; li bloccava con una rondella di sicurezza e un dado di fissaggio, quindi li fissava in un trapano elettrico. Ho macinato gli spazi vuoti con il corso, quindi carta vetrata media fino a quando l'intero gruppo è scivolato facilmente attraverso il tubo.

Fase 11: Assemblaggio del tubo del fascio: preparazione degli anelli di centraggio

Rimuovere gli spazi vuoti completati dalla vite della macchina. Avrai bisogno di due isolatori a vite in nylon da 1/4 di pollice (codice: B-IN-14S/4; piccole parti). Alesare il foro centrale per accogliere il diametro dell'isolatore. Crea due anelli di centraggio incollando, quindi impilando quattro anelli insieme. Bloccare gli anelli finché la colla non si asciuga. Ho usato un bullone da 1-1 / 2 x 1/4 di pollice e due rondelle piatte di metallo da 3 cm come morsetti. Salva queste parti perché verranno riutilizzate. Decidi se vuoi dipingere gli anelli di sicurezza. Inserire un isolante in ogni pila di anelli.

Preparare due cappucci ottenuti dai tubetti di dentifricio praticando un foro da 1/4 di pollice attraverso le parti superiori per creare coni di ritenzione per i CCL. Dipingi i coni se lo desideri. Individua un anello di tenuta in gomma che si inserisce nel pozzetto del cappuccio. Il foro dovrebbe avere un diametro sufficiente per accettare la tua lampada (P/N: 239610; Jameco). Utilizzare il tappo della fiala del passaggio precedente per la base della colonna. Posizionare una rondella piatta all'interno del cappuccio della fiala come ancoraggio, quindi posizionare un anello di ritegno sulla rondella. Fissare il tappo della fiala, la rondella e l'anello al coperchio della console con il bullone utilizzato per bloccare gli anelli. Posizionare temporaneamente un cono sulla testa del bullone e sul labbro dell'isolatore. Fissare l'assemblaggio al coperchio con il dado. Il cono superiore è quasi identico al cono inferiore; tuttavia, non avvitare le parti insieme. Tieni i pezzi insieme con del nastro adesivo blu fino al momento di incollarli.

Posizionare la colonna sul tappo del flaconcino. Far cadere la lampada nella colonna e verificare che scivoli nel foro dell'anello di tenuta del cono inferiore e tocchi fisicamente la testa del bullone. Inserire il gruppo superiore (gommino rivolto verso il basso) nella colonna. La lampada deve passare attraverso il foro del passacavo ma non sporgere oltre la superficie dell'anello. Tagliare la colonna di supporto alla lunghezza corretta o utilizzare più rondelle come distanziatori per sollevare la lampada. Una volta ottenuta l'altezza corretta, incollare e quindi fissare la rondella piatta rimanente alla parte superiore del gruppo dell'anello di sicurezza superiore. Rimuovere la lampada.

Consiglio di costruzione n. 4: aumentare l'illuminazione rimuovendo gli anelli di tenuta in gomma e inserire una seconda lampada direttamente nei fermi del cono

Passaggio 12: installazione: tubo trave e colonna di supporto; Pannello degli strumenti

Il terminale di scarica poggia su un anello di supporto. Costruiscine uno da un foglio di plastica di scarto. Realizza anelli di messa a fuoco opzionali del raggio di elettroni tagliando segmenti di una cannuccia di plastica e facendoli scivolare sopra la lampada (rimuovili, come ho fatto io, se causano una riduzione eccessiva della luce durante il test della lampada).

Utilizzare un bullone di metallo per fissare il tappo della fiala (dal punto 9) al coperchio della console. Inserire il gruppo del tubo della trave nel cappuccio. Ho inserito il misuratore, la manopola di controllo, le levette e le luci di segnalazione negli appositi fori del cruscotto per avere un'idea di come sarebbe stato il progetto.

Passaggio 13: Installazione: alimentazione CC modificata, ionizzatore e componenti del pannello

Fissa l'alimentatore e lo ionizzatore modificati alla base della console. Cablare questi due gruppi insieme a misuratore, interruttori, spie luminose e fusibile. A proposito, la manopola di controllo della potenza al centro del cruscotto è per la decorazione; non è funzionale: questo problema viene risolto nell'imminente ristrutturazione del Rayotron.

Passaggio 14: installazione: alimentazione CC commerciale

Se si utilizza una fonte di alimentazione commerciale (altamente consigliata!), utilizzare strisce di velcro per fissare l'unità alla base della console, quindi lo ionizzatore a filo rigido e il pannello degli strumenti.

Fase 15: Finitura: Vernice Console e Montare Gnd Electrode

Se non hai dipinto la console nel passaggio 5: rimuovi l'hardware di collegamento, separa il pannello degli strumenti dalla console e la maniglia dal pannello superiore. Ho usato questi colori per completare il progetto:

Pannelli della console principale - Gloss Almond

Coperchio e cruscotti - Argento metallizzato

Maniglia del coperchio - Rame

Ho montato un'antenna TV telescopica sul pannello superiore con una clip a pinza. L'antenna, quando collegata al ritorno di massa dello ionizzatore, fungeva da elettrodo di scarica.

Accendi il progetto, quindi estendi l'antenna secondo necessità fino a quando non puoi prelevare scariche continue di 1 mm dal terminale. Regolare lo spinterometro con un oggetto non conduttore, come una penna di plastica, fino a quando CCL fornisce un bagliore continuo. Lo strumento dovrebbe visualizzare 15 - 20 microampere. Il tuo progetto Rayotron Night Light è ora completo!

Passaggio 16: Fonti

1. Baez AV. Il Rayotron (generatore ad alta tensione e sorgente di raggi X). Fisica J americana. 1957;25:499-501. Accesso da:

2. Miller E. Report dei test per l'emissione di raggi X da un generatore elettrostatico Rayotron e acceleratore di particelle. Rocksville, MD: Dipartimento della salute, dell'istruzione e del benessere degli Stati Uniti. 1970. Accesso da:

3. Manuale operativo Rayotron. Laboratori Atomici, LLC. 1956. Accesso da: