Retro lampka nocna „Rayotron” (część 1): 16 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Wstęp

W grudniu 1956 r. Atomic Laboratories reklamowało Rayotron jako „Pierwszy niskokosztowy generator elektrostatyczny i akcelerator cząstek” dla nauczycieli przedmiotów ścisłych i hobbystów [1]. Rayotron był superwymiarowym, ładowanym paskiem gumowym generatorem Van de Graaffa (VdG). jest w stanie wystrzelić iskry o napięciu 500 000 V ze swojego metalowego terminala. VdG to elektromechaniczne przykłady przesuwania butów z gumowymi podeszwami po dywanie, a następnie dotykania uziemionego metalowego przedmiotu. osoby z nóg, wyładowanie mikroampa nie stanowiło zagrożenia dla zdrowej osoby według producenta.

Ujemnie naładowany zacisk Rayotronu odpychał ujemne elektrony wzdłuż zamkniętej szklanej rurki pod twardą próżnią do celu znajdującego się u podstawy. Zderzenie tej energetyzowanej wiązki cząstek z celem umożliwiło użytkownikom przeprowadzanie różnych eksperymentów fizycznych (a także narażenie osób niechronionych w bliskim sąsiedztwie niebezpiecznych pęków promieni rentgenowskich [1]). Ostatecznie Atomic Laboratories zaprzestało produkcji ze względu na kwestie bezpieczeństwa.

Zaprojektowałem tę lampkę nocną jako hołd dla zapomnianego elementu technologii edukacyjnej z połowy wieku. W przeciwieństwie do oryginalnej jednostki, ten model w połowie skali nie emituje niebezpiecznego promieniowania i nie zrujnuje Ci dnia, pozostawiając cię z upiorną, zieloną poświatą:>). Wiązka cząstek Rayotron jest modelowana za pomocą miniaturowego światła zimnej katody (CCL).

Krok 1: Zarys projektu

I. Podstawowa obsługa

Zamieniłem głośny pasek i zmotoryzowany mechanizm rolkowy stosowane w oryginalnym urządzeniu na cichy generator jonów ujemnych sprzedawany do użytku domowego. Zasilacz zapewnia niskie napięcie prądu stałego dla jonizatora; który napędza CCL. Lampa została zamontowana osiowo w plastikowym cylindrze, który podtrzymywał kulę wyładowczą. CCL i konstrukcja wsporcza zostały przymocowane do górnego panelu konsoli.

II. Zespół panelu przyrządów

Deska rozdzielcza konsoli była jednym z niewielu elementów, które zmieniły wygląd podczas produkcji Rayotron. Obrazy i opisy z różnych źródeł dokumentujące te modyfikacje kierowały projektowaniem panelu; zdjęcia pokazują wczesne i późniejsze modele Rayotron. Użyłem miernika z połowy wieku, 50 mikroamperów, aby wyświetlić wyjście jonizatora, a także zabytkowego pokrętła sterującego i przełączników w połączeniu z lampkami kontrolnymi. Miernik i pokrętło zostały uratowane z zużytej elektroniki użytkowej.

(Ciekawostka: etykieta bezpieczeństwa produktu na podstawie urządzenia ostrzegała o emisji promieniowania rentgenowskiego podczas pracy. Jako dodatkowy środek ostrożności producent zasugerował zamknięcie Rayotronu w bunkrze wykonanym z betonowej rury, aby chronić operatora i osoby postronne przed zatruciem promieniowaniem [2] !)

III. Zespół konsoli kartonowej

Konsola została zmodyfikowana przez MacGyvered przez zmianę przeznaczenia kartonu wyjętego ze stosu 3-pierścieniowych segregatorów kupionych na lokalnej wyprzedaży. Na konsoli zamontowano tablicę przyrządów i plastikową kolumnę nośną zwieńczoną terminalem. Wcześniejsza wersja wykorzystywała sztuczne metalowe wykończenia na panelu dla odrobiny koloru, co sprawiło, że projekt wyglądał zbyt współcześnie IMHO; więc zdecydowałem się na retro, shabby chic, aby sprawić wrażenie wieku.

Wymiary fizyczne nie są krytyczne, więc przeskaluj projekt zgodnie z potrzebami. Pod koniec tej instrukcji będziesz mieć niedrogie źródło wysokiego napięcia DC (HVDC) do prostych, elektrostatycznych demonstracji, a także radośne nocne światło bez problemów ze śmiertelnym zatruciem promieniowaniem rujnującym Twój dzień (zła gra słów, ale mogłem nie oprzeć się:>). Na koniec kieruj się zdrowym rozsądkiem z jonizatorem. Unikaj niespodzianek – odłącz zasilanie przed przystąpieniem do pracy przy okablowaniu WN.

Krok 2: Części i narzędzia

Zmniejszyłem koszty budowy poprzez recykling zużytych lub wyrzuconych przedmiotów, jeśli to możliwe. Niektóre elementy można improwizować. Na przykład puszka 8 uncji napoju bezalkoholowego stanowi niedrogi terminal rozładunkowy.

(Ciekawostka: model z połowy wieku zawierał kulisty wylot wyładowania. Bardziej złowieszczy wylot przypominający wznoszącą się chmurę grzyba pojawił się w zaktualizowanym modelu z lat 60. [1, 2].

Wymagane komponenty elektroniczne są identyfikowane na każdym etapie. Pozostałe elementy potrzebne do budowy to: arkusze tektury z segregatorów 3-pierścieniowych; płytki drukowane; przezroczysta i niebieska taśma; sprzęt łączący/montażowy; klej cyjanoakrylowy (CA); izolowany drut projektowy; ołówek; zaciski do szczypania; kątomierz; linijka; papier ścierny; nożyczki (lub komercyjna gilotyna do papieru); farby w sprayu; i klej szkolny Elmer X-treme oraz różne narzędzia ręczne; wiertarka elektryczna z różnymi końcówkami i lutownicą.

Krok 3: Elektronika: Jonizator i zasilacz (Mod lub Kup jeden)

Znalazłem staromodny jonizator Radio Shack Micronta na wyprzedaży za 1,50 dolara. W jonizatorze brakowało oryginalnego zasilacza, więc zhakowałem źródło prądu stałego z przenośnego telewizora czarno-białego (pamiętasz je?).

Otworzyłem obudowę i wymieniłem oryginalny transformator 12 V DC @ 1 A na inny transformator ze względu na jego zardzewiały stan. Uwaga: jeśli to zrobisz, upewnij się, że komponenty są przystosowane do nowego transformatora, w przeciwnym razie ugotujesz obwód prostownika! Zamontowałem nowy transformator i oryginalny prostownik na płytce drukowanej i zlutowałem elementy razem. Odłożyłem ten zestaw na bok do późniejszego wkroplenia, gdy konstrukcja konsoli zostanie ukończona.

Nie martw się, jeśli nie chcesz robić czasochłonnej przebudowy. Znacznie lepszym obejściem jest użycie komercyjnego zasilacza. Znalazłem na wyprzedaży garażowej zasilacz 12 VDC, 4 A, który należał do laptopa i bez problemu użyłem go z jonizatorem (patrz Krok 14).

Krok 4: Montaż konsoli: układ, cięcie i dostosowywanie panelu przyrządów

Większość wysiłku przy tym projekcie poświęcono na zaprojektowanie, wyprodukowanie i wykończenie tekturowej konsoli. Pomiń poniższe kroki, aby zaoszczędzić czas i po prostu użyj zwykłego pudełka na buty. Dla prawdziwych wojowników DIY: zajmij się budowaniem!

Zdejmij plastikową osłonę ze spoiw, aby uzyskać karton na instrumenty i inne panele konsoli. Miernik układu, pokrętło sterujące, dwa przełączniki i dwie lampki sygnalizacyjne na tekturowym pasku o odpowiedniej długości, szerokości i podwójnej grubości. Przełączniki i światła umieściłem w układzie prostokątnym. Wytnij lub wywierć otwory o odpowiedniej wielkości, aby zamontować każdy element. Rozprowadzałem cienką warstwę kleju wokół i wewnątrz każdego otworu, a następnie szlifowałem drobnym papierem, co pomogło zachować kształt ścian bocznych po stwardnieniu kleju.

Wczesna wersja projektu zawierała broszurę reklamową karty Discover Platinum, aby nadać panelowi wykończenie ze sztucznego metalu. Przyciąłem broszurę, a następnie wywierciłem/wycięłem otwory montażowe. Pozostawiłem obramowanie około 5 mm, aby uzyskać efekt kontrastu, gdy panel został pomalowany natryskowo na jasny kolor. Dodano tarczę, która zakrywa większość logo. (W końcu pomalowałem natryskowo całą tablicę rozdzielczą i wyrzuciłem broszurę, ponieważ łatwo się zabrudziła.) Odłóż panel i elementy na bok na później.

(Ciekawostka: oryginalne instrukcje obsługi znajdują się w stałej kolekcji Biblioteki Muzeum Narodowego Instytutu Zdrowia w Bethesda, MD [3].)

Krok 5: Montaż konsoli: narysuj, wytnij, wyrównaj i makiety w/narożnych klamrach

Określ rozmiar konsoli podane wymiary tablicy rozdzielczej. Zapewnij wystarczającą ilość miejsca na zamontowanie zasilacza i jonizatora. Weź również pod uwagę pożądaną wysokość kolumny nośnej i średnicę kuli wyładowczej; odpowiednio przeskalować konsolę.

Narysowałem kontur dla każdego panelu na tekturze, a następnie je wyciąłem. Panele boczne mają 23 stopnie, pochylone w dół od osi poziomej, aby poprawić widoczność miernika, pokrętła i zestawu lamp sygnalizacyjnych. Wyciąłem mały panel kick o podwójnej grubości, aby wstawić go z przodu obudowy w celu dodatkowego podparcia deski rozdzielczej. (Zdecydowałem się na użycie podwójnej grubości dla wszystkich paneli z wyjątkiem panelu górnego, aby uzyskać lepszą jakość obudowy.)

Po przycięciu paneli umieść je na płaskiej powierzchni; sprawdź, czy krawędzie i rogi są równe. Przyklej panele boczne, dolne, tylne i dolne, aby uzyskać podwójną grubość. Zatrzaśnij na miejscu. Szlifuj nierówne krawędzie na płaskiej powierzchni papierem medycznym/cienkim. Tymczasowo montuj panele za pomocą zacisków zaciskowych i wsporników narożnych 2,5 cm do makiety konsoli. Ustaw deskę rozdzielczą na konsoli. Sprawdź kwadratowe rogi i równe krawędzie. Jak widać na jednym zdjęciu, użyłem niebieskiej taśmy, aby połączyć konsolę - DUŻY BŁĄD! Nie rób tego! Krawędzie prawie nigdy nie były wyrównane prawidłowo, a cała konsola zawsze zapadała się, gdy deska rozdzielcza była umieszczana na swoim miejscu. Sklej wszystkie panele razem z wyjątkiem paneli górnych i przyrządów. Zabezpiecz klipsami i klamrami, aż klej wyschnie.

Wskazówka budowlana nr 1: Użyj profesjonalnej gilotyny do papieru dostępnej w FedEx lub Staples, aby uzyskać czyste, równe krawędzie! (Ponadto pomaluj konsolę w tym momencie, aby uniknąć późniejszego usunięcia sprzętu w celu zakończenia projektu)

Krok 6: Montaż konsoli: Panel kleju; Zamocuj panel przyrządów

W razie potrzeby wyrównaj krawędzie klockiem ściernym i papierem medycznym/cienkim. Aby uzyskać dodatkową integralność strukturalną, wywierć otwór w środku paneli bocznych i tylnych, aby pomieścić wkręty z łbem okrągłym #8-32 x 1/2 cala z płaskimi podkładkami i klamrami, które zabezpieczą panel dolny; również wywierć otwór w dolnych rogach każdego z tych paneli, aby pomieścić usztywnienie. Pokryj ścianę boczną otworu klejem, wkładając i obracając kilkakrotnie końcówkę ołówka, zanim klej stwardnieje; delikatnie szlifuj wokół otworu, aż będzie gładka. (Przy okazji, myślałem, że śruby i klamry przymocowane do panelu stopki są wizualną przeszkodą, więc usunąłem je i wypełniłem otwory przed malowaniem. Ręcznie dokręć cały sprzęt, ponieważ musi zostać usunięty przed malowaniem.)

Zlokalizuj tablicę rozdzielczą. Przymocuj zawiasy do wewnętrznych, dolnych lewych i prawych rogów za pomocą wkrętów maszynowych #8-32 x 1/2 cala i płaskich podkładek. Umieść i wyrównaj panel na konsoli. Zawiasy przykręcić do wewnętrznej strony panelu stopki. Tablica przyrządów powinna przylegać równomiernie do skosu każdego panelu bocznego. Wkręty do zawiasów z ręcznym momentem obrotowym; szlifuj krawędzie paneli, aż będą zrównane z panelami bocznymi. Uwaga: ze względu na konfigurację konsoli tablica rozdzielcza nie może się poruszać o więcej niż kilka stopni! Dostęp do wnętrza konsoli przez panel górny; zobacz następny krok.

Porada konstrukcyjna nr 2: Wywierć otwory o rozmiarze w górnych rogach panelu dolnego, aby umożliwić niewielkie regulacje zawiasów

Krok 7: Montaż konsoli: przygotuj panel górny i wyrównaj panel z przyrządami

Uwaga: Ten krok wymaga koncentracji i częstych przerw na odpoczynek!

Wytnij wycięcia w lewym i prawym górnym rogu tylnego panelu, aby pomieścić zawiasy; ustaw je tak, aby były na poziomie wysokości tylnych i bocznych paneli. Zaznacz, wywierć i przygotuj otwory na śruby. Zamontuj odpowiednie zawiasy na zewnątrz tylnego panelu. Upewnij się, że przednia krawędź panelu górnego jest zrównana z górną krawędzią panelu przyrządów po zamknięciu. Zachowaj ostrożność podczas szlifowania poziomych lub skośnych krawędzi jednego lub obu paneli bocznych w razie potrzeby, aby zapewnić gładkie dopasowanie między panelem górnym a deską rozdzielczą. Zbyt duża ilość szlifowania doprowadzi do powstania szczelin między panelami! Mocno zabezpiecz górny panel za pomocą gumek, aby panel pozostał na swoim miejscu. Zdejmij tablicę przyrządów, aby uzyskać dostęp do zawiasów. Sięgnij do konsoli i zaznacz otwory na śruby do górnego panelu.

Wskazówka konstrukcyjna nr 3: Ukosuj wewnętrzną krawędź deski rozdzielczej papierem ściernym, aby poprawić dopasowanie do górnego panelu

Użyłem dwóch patyczków do mieszania kawy między każdym zawiasem a górnym panelem jako przekładek, aby zmniejszyć wiązanie podczas otwierania i zamykania. Pałki zostały przycięte na wymiar, sklejone, ułożone razem i przypięte do spodu panelu przed wywierceniem otworów. Następnie przykleiłem kawałek sklejki do spodu panelu, aby zapewnić dodatkowe wsparcie dla montażu zespołu rury belki w późniejszym kroku.

Rozsmarować klej wzdłuż przedniej krawędzi górnego panelu i górnej krawędzi tablicy rozdzielczej; wcieraj klej w karton, aby wzmocnić krawędzie i narożniki paneli. Pozwól panelom wyschnąć; następnie przeszlifuj wszystkie krawędzie i rogi drobnym papierem.

Krok 8: Montaż konsoli: Zamontuj zaczep i płytkę zaczepową; Dołącz stopy

Punkt środkowy ID na przedniej krawędzi górnego panelu. Wyśrodkuj i zamontuj zaczep magnetyczny za pomocą dwóch śrub z łbem okrągłym #4-40, podkładek płaskich i zabezpieczających. Kawałek kawałka drewna przykręcony do zewnętrznej części górnego panelu służył jako wygodny uchwyt do otwierania konsoli. Punkt środkowy ID na górnej krawędzi tablicy rozdzielczej. Wycentruj i zamontuj blachę zaczepową za pomocą wkrętów maszynowych. Pamiętaj o wywierceniu ponadwymiarowych otworów montażowych i przygotowaniu klejem. Zaczep i płytka będą wymagały regulacji w celu prawidłowego dopasowania. Potwierdź wyrównanie panelu górnego; następnie zainstaluj śruby mocujące zawiasy i podkładki.

Jako stóp użyłem czterech kawałków drewna ze sklepu z artykułami artystycznymi; każdy kawałek miał wstępnie wywiercony otwór 3/16 ". Pomalowałem każdy kawałek przed przyklejeniem do każdego drewnianego kołka. Wywierciłem otwór 3/16" w każdym rogu dolnego panelu. Kołki tymczasowo przytrzymywały stopy. BTW, nie kleić kawałków, dopóki konsola nie zostanie pomalowana.

Krok 9: Montaż rury belki: kolumna nośna i kula wyładowcza

Początkowo odciąłem dna z dwóch wyrzuconych fiolek z lekarstwami i przykleiłem je od końca do końca, tworząc kolumnę podtrzymującą. Kolumnę zabezpieczono przykręcając nasadkę fiolki do pokrywy konsoli, jak pokazano. Bummer… ciemny plastik przyciemniał wewnętrzne oświetlenie, a taśma wizualnie rozpraszała.

Oto obejście: kup przezroczystą tubę akrylową z kosza na złom w sklepie ze sprzętem lub tworzywami sztucznymi. Znalazłem ciężką plastikową rurkę o takiej samej średnicy zewnętrznej jak otwór wejściowy pustej aluminiowej kuli (średnica 8 cm; kupiona na imprezie Teslathon). BTW, jeśli nie masz kuli wylotowej, użyj metalowego globusa ze sklepu za dolara lub nawet aluminiowej puszki po napojach. Wytnij otwór wejściowy na kolumnę nośną za pomocą metalowych nożyc. BTW, zachowaj kapturek fiolki używany do mocowania kolumny do pokrywy konsoli.

Krok 10: Montaż rury belki: wytnij i szlifuj półfabrykaty do pierścieni centrujących

Wytnij osiem wykrojów z jednego arkusza tektury równej zewnętrznej średnicy tuby. Wywierciłem środkowe otwory w każdym półfabrykacie, aby pomieścić 6 cm śrubę maszynową #6-32; umieszczone półfabrykaty na śrubie; zacisnął je podkładką zabezpieczającą i nakrętką ustalającą, a następnie wbił je w wiertarkę elektryczną. Szlifowałem oczywiście półfabrykaty, a następnie średnim papierem ściernym, aż cały zespół z łatwością przesunął się przez rurkę.

Krok 11: Montaż rury belki: przygotuj pierścienie centrujące

Usuń gotowe półfabrykaty ze śruby maszynowej. Będziesz potrzebował dwóch nylonowych izolatorów śrubowych 1/4 cala (P/N: B-IN-14S/4; Małe części). Rozwiercić otwór środkowy, aby dopasować średnicę izolatora. Wykonaj dwa pierścienie centrujące, sklejając, a następnie układając cztery pierścienie razem. Zaciskaj pierścienie, aż klej wyschnie. Jako zaciski użyłem śruby 1-1/2 x 1/4 cala i dwóch 3-centymetrowych metalowych podkładek płaskich. Zachowaj te części, ponieważ zostaną ponownie użyte. Zdecyduj, czy chcesz pomalować pierścienie ustalające. Włóż izolator do każdego stosu pierścieni.

Przygotuj dwie nasadki uzyskane z tubek do pasty do zębów, wiercąc otwór 1/4 cala przez wierzchołki, aby wykonać stożki ustalające dla CCL. W razie potrzeby maluj szyszki. Zlokalizuj gumową przelotkę, która pasuje do zagłębienia nasadki. Otwór powinien mieć wystarczającą średnicę, aby pomieścić Twoją lampę (P/N: 239610; Jameco). Do podstawy kolumny użyj nasadki fiolki z poprzedniego kroku. Umieść płaską podkładkę wewnątrz nasadki fiolki jako kotwicę, a następnie umieść pierścień ustalający na podkładce. Zamocuj nakrętkę fiolki, podkładkę i pierścień do pokrywy konsoli za pomocą śruby służącej do zaciskania pierścieni. Tymczasowo umieść stożek na łbie śruby i wardze izolatora. Zabezpiecz montaż na pokrywie za pomocą nakrętki. Górny stożek jest prawie identyczny jak dolny stożek; jednak nie skręcaj części razem. Trzymaj kawałki razem niebieską taśmą, aż będą gotowe do klejenia.

Umieścić kolumnę na wieczku fiolki. Wrzuć lampę do kolumny i potwierdź, że wsuwa się w otwór przelotki dolnego stożka i fizycznie dotyka łba śruby. Włóż zespół górny (przelotka skierowana w dół) do kolumny. Lampa powinna przechodzić przez otwór przelotki, ale nie wystawać poza powierzchnię pierścienia. Przytnij kolumnę nośną na odpowiednią długość lub użyj więcej podkładek jako przekładek, aby podnieść lampę. Po uzyskaniu prawidłowej wysokości przyklej, a następnie dociśnij pozostałą płaską podkładkę do górnej części górnego zespołu pierścienia ustalającego. Wyjmij lampę.

Wskazówka konstrukcyjna nr 4: Zwiększ oświetlenie, usuwając gumowe pierścienie i włóż drugą lampę bezpośrednio do uchwytów stożka

Krok 12: Instalacja: rura belki i kolumna nośna; Panel przyrządów

Końcówka wyładowcza spoczywa na pierścieniu nośnym. Zbuduj jeden ze złomu plastikowego arkusza. Wykonaj opcjonalne pierścienie skupiające wiązkę elektronów, wycinając segmenty plastikowej słomki i nasuwając je na lampę (usuń je, tak jak ja, jeśli powodują zbyt dużą redukcję światła podczas testowania lampy).

Użyj metalowej śruby, aby przymocować zatyczkę fiolki (z kroku 9) do pokrywy konsoli. Włóż zespół rury belki w zatyczkę. Włożyłem miernik, pokrętło, włączniki i lampki sygnalizacyjne. W odpowiednie otwory tablicy rozdzielczej, aby zorientować się, jak będzie wyglądał projekt.

Krok 13: Instalacja: Zmodyfikowane zasilanie DC, jonizator i elementy panelu

Przykręć zmodyfikowany zasilacz i jonizator do podstawy konsoli. Okablowanie te dwa zespoły wraz z miernikiem, przełącznikami, lampkami kontrolnymi i bezpiecznikiem. BTW, pokrętło regulacji mocy na środku deski rozdzielczej służy do dekoracji; jest niefunkcjonalny – ten problem zostanie rozwiązany w nadchodzącej renowacji Rayotron.

Krok 14: Instalacja: Komercyjne zasilanie prądem stałym

Jeśli korzystasz z komercyjnego źródła zasilania (wysoce zalecane!), użyj pasków z rzepami, aby przymocować urządzenie do podstawy konsoli, a następnie jonizatora z twardym drutem i tablicy przyrządów.

Krok 15: Wykończenie: pomaluj konsolę i zamontuj elektrodę uziemiającą

Jeśli nie pomalowałeś konsoli w kroku 5: usuń elementy łączące, oddziel tablicę przyrządów od konsoli oraz uchwyt od górnego panelu. Do wykończenia projektu użyłem tych kolorów:

Panele Konsoli Głównej - Gloss Almond

Pokrywa i panele przyrządów - metaliczne srebro

Uchwyt pokrywy - miedziany

Zamontowałem teleskopową antenę telewizyjną na górnym panelu za pomocą klipsa zaciskowego. Antena po podłączeniu do uziemienia jonizatora służyła jako elektroda wyładowcza.

Włącz projekt, a następnie przedłuż antenę zgodnie z potrzebami, aż będziesz mógł pobierać ciągłe wyładowania o długości 1 mm z terminala. Wyreguluj iskiernik za pomocą nieprzewodzącego przedmiotu, takiego jak plastikowy długopis, aż CCL zapewni ciągły blask. Miernik powinien wskazywać 15 - 20 mikroamperów. Twój projekt Rayotron Night Light jest już ukończony!

Krok 16: Źródła

1. Baez AV. Rayotron (generator wysokiego napięcia i źródło promieniowania rentgenowskiego). Amerykańska fizyka J. 1957; 25:499-501. Dostęp z:

2. Miller E. Raport z badań emisji promieniowania rentgenowskiego z generatora elektrostatycznego Rayotron i akceleratora cząstek. Rocksville, MD: Departament Zdrowia, Edukacji i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych. 1970. Dostęp z:

3. Instrukcja obsługi Rayotronu. Laboratoria Atomowe, LLC. 1956. Dostęp z: