Veilleuse rétro "Rayotron" (partie 1) : 16 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

introduction

En décembre 1956, Atomic Laboratories a annoncé le Rayotron comme le « premier générateur électrostatique et accélérateur de particules à faible coût » pour les professeurs de sciences et les amateurs [1]. Le Rayotron était un générateur Van de Graaff (VdG) surdimensionné et chargé par courroie en caoutchouc. capable de lancer des étincelles de 500 000 volts à partir de sa borne métallique. Les VdG sont des exemples électromécaniques de chaussures à semelles en caoutchouc traînant sur un tapis, puis de toucher un objet métallique mis à la terre. Bien que l'éclairage spectaculaire produit par cette machine impressionnante puisse choquer un sans méfiance personne debout, la décharge de microampères n'était pas un risque pour une personne en bonne santé selon le fabricant.

La borne chargée négativement du Rayotron a repoussé les électrons négatifs le long d'un tube de verre scellé sous un vide poussé vers une cible située à la base. La collision de ce faisceau de particules sous tension avec la cible a permis aux utilisateurs de mener diverses expériences de physique (et également d'exposer des personnes non protégées à proximité de douches de rayons X dangereuses [1]). Finalement, Atomic Laboratories a interrompu la production en raison de problèmes de sécurité.

J'ai conçu cette veilleuse en hommage à une pièce oubliée de la technologie éducative du milieu du siècle. Contrairement à l'unité d'origine, ce modèle semi-réduit n'émet pas de rayonnement dangereux et ne gâchera pas votre journée en vous laissant avec une rémanence verte fantomatique:>). Le faisceau de particules du Rayotron est modélisé avec une lumière miniature à cathode froide (CCL).

Étape 1: Aperçu du projet

I. Fonctionnement de base

J'ai remplacé la courroie bruyante et le mécanisme à rouleaux motorisés utilisés dans l'unité d'origine par un générateur d'ions négatifs silencieux commercialisé pour un usage domestique. Une alimentation électrique fournit une basse tension continue pour l'ioniseur; qui pilote le CCL. La lampe était montée axialement dans un cylindre en plastique qui supportait un globe de décharge. Le CCL et la structure de support étaient fixés au panneau supérieur de la console.

II. Assemblage du tableau de bord

Le tableau de bord de la console était l'un des rares composants à avoir changé d'apparence au cours de la production du Rayotron. Des images et des descriptions provenant de diverses sources documentant ces modifications ont guidé la conception des panneaux; les photos montrent des modèles Rayotron anciens et ultérieurs. J'ai utilisé un compteur de 50 microampères du milieu du siècle pour afficher la sortie de l'ioniseur ainsi qu'un bouton de commande vintage et des interrupteurs à bascule en combinaison avec des voyants. Le compteur et le bouton de commande ont été récupérés dans des appareils électroniques grand public mis au rebut.

(Fait amusant: une étiquette de sécurité du produit sur la base de l'unité avertissait de l'émission de rayons X pendant le fonctionnement. Par mesure de précaution supplémentaire, le fabricant a suggéré d'enfermer le Rayotron dans un bunker construit avec un tuyau en béton pour protéger l'opérateur et les passants d'un empoisonnement par rayonnement [2] !)

III. Assemblage de la console en carton

La console a été MacGyvered en réutilisant du carton provenant d'une pile de classeurs à 3 anneaux achetés lors d'une vente de garage locale. Le tableau de bord et la colonne de support en plastique surmontée du terminal ont été montés sur la console. Une version antérieure utilisait une garniture en faux métal sur le panneau pour une touche de couleur, ce qui rendait le projet trop contemporain à mon humble avis; alors opté pour un look rétro, shabby chic pour donner l'impression de vieillir.

Les dimensions physiques ne sont pas critiques, alors faites évoluer le projet selon vos besoins. À la fin de cette instructable, vous aurez une source peu coûteuse de courant continu haute tension (HVDC) pour des démonstrations électrostatiques simples ainsi qu'une veilleuse rad sans les problèmes d'empoisonnement mortel par rayonnement ruinant votre journée (mauvais jeu de mots, mais je pouvais ne résiste pas:>). Enfin, faites preuve de bon sens avec l'ioniseur. Évitez les surprises - débranchez l'alimentation avant de travailler sur le câblage HT.

Étape 2: Pièces et outils

J'ai réduit les coûts de construction en recyclant les objets usagés ou mis au rebut lorsque cela était possible. Certains composants peuvent être improvisés. Par exemple, une canette de boisson gazeuse de 8 oz constitue un terminal de décharge peu coûteux.

(Fait amusant: le modèle du milieu du siècle présentait un terminal de décharge sphérique. Un terminal plus menaçant ressemblant à un nuage en forme de champignon est apparu dans un modèle mis à jour des années 1960 [1, 2].

Les composants électroniques requis sont identifiés à chaque étape. Les éléments divers nécessaires à la construction sont: des feuilles de carton provenant de reliures à 3 anneaux; circuits imprimés; ruban transparent et bleu; matériel de connexion/montage; colle cyano-acrylate (CA); fil de projet isolé; crayon; pinces à pinces; rapporteur; règle; papier de verre; ciseaux (ou coupe-papier commercial); peintures en aérosol; et la colle scolaire X-treme d'Elmer ainsi que divers outils à main; une perceuse électrique avec embouts assortis et un crayon à souder.

Étape 3: Électronique: Ioniseur et alimentation (Modifier ou acheter un)

J'ai trouvé un ioniseur de pièce Radio Shack Micronta vintage lors d'une braderie pour 1,50 $. Il manquait à l'ioniseur l'alimentation d'origine, j'ai donc piraté une source CC à partir d'un téléviseur N&B portable (vous vous en souvenez ?).

J'ai ouvert le boîtier et remplacé le transformateur d'origine 12 VDC @ 1 amp par un autre transformateur en raison de son état rouillé. Attention: si vous faites cela, assurez-vous que les composants sont adaptés au nouveau transformateur ou vous ferez cuire le circuit du redresseur ! J'ai monté le nouveau transformateur et le redresseur d'origine sur une carte de circuit imprimé et j'ai soudé les composants ensemble. J'ai mis cet assemblage de côté pour une installation ultérieure lorsque la construction de la console était terminée.

Pas de soucis si vous ne voulez pas faire une reconstruction qui prend du temps. Une bien meilleure solution consiste à utiliser une alimentation électrique commerciale. J'ai trouvé un adaptateur 12 VDC, 4 ampères dans une vente de garage qui appartenait à un ordinateur portable et je l'ai utilisé avec l'ioniseur sans problème (voir l'étape 14).

Étape 4: Assemblage de la console: Disposition, découpe et personnalisation du tableau de bord

La plupart des efforts pour ce projet ont été consacrés à la conception, la fabrication et la finition de la console en carton. Sautez les étapes suivantes pour gagner du temps et utilisez simplement une boîte à chaussures ordinaire. Pour les vrais bricoleurs: mettez-vous au travail !

Décollez le revêtement en plastique des classeurs pour obtenir du carton pour les panneaux d'instruments et d'autres consoles. Disposition compteur, bouton de commande, deux interrupteurs et deux feux de signalisation sur une bande de carton de longueur, largeur et double épaisseur adaptées. J'ai placé des interrupteurs et des lumières dans un arrangement rectangulaire. Coupez ou percez des trous de taille appropriée pour monter chaque composant. J'ai étalé une fine couche de colle autour et à l'intérieur de chaque trou, puis j'ai poncé avec du papier fin, ce qui a aidé à maintenir la forme des parois latérales lorsque la colle a durci.

Une première version du projet incorporait une brochure publicitaire pour la Discover Platinum Card afin de donner au panneau une finition en faux métal. J'ai découpé la brochure, puis j'ai percé/découpé des trous de montage. J'ai laissé une bordure d'environ 5 mm pour créer un effet de contraste lorsque le panneau a été peint à la bombe dans une couleur claire. Une plaque de cadran a été ajoutée pour couvrir la majeure partie du logo. (Finalement, j'ai peint à la bombe tout le tableau de bord et j'ai jeté la brochure parce qu'elle était facilement abîmée.) Placez le panneau et les composants de côté jusqu'à plus tard.

(Fait amusant: les manuels d'utilisation originaux se trouvent dans la collection permanente de la bibliothèque du musée des National Institutes of Health à Bethesda, dans le Maryland [3].)

Étape 5: Assemblage de la console: dessinez, coupez, alignez et réalisez une maquette avec des renforts d'angle

Déterminez la taille de la console en fonction des dimensions de votre tableau de bord. Prévoyez suffisamment d'espace pour le montage de l'alimentation et de l'ioniseur. Tenez également compte de la hauteur souhaitée de votre colonne de support et du diamètre du globe de décharge; mettez la console à l'échelle en conséquence.

J'ai dessiné un contour pour chaque panneau sur du carton, puis je les ai découpés. Les panneaux latéraux ont une inclinaison de 23 degrés vers le bas par rapport à l'axe horizontal, pour améliorer la visibilité du compteur, du bouton de commande et du groupe de feux de signalisation. J'ai coupé un petit panneau de coup de pied de double épaisseur à insérer à l'extrémité avant du boîtier pour un support supplémentaire du tableau de bord. (J'ai choisi d'utiliser une double épaisseur pour tous les panneaux sauf le panneau supérieur pour un boîtier de meilleure qualité.)

Une fois les panneaux coupés, placez-les sur une surface plane; vérifiez si les bords et les coins sont égaux. Collez les panneaux latéraux, coup de pied, arrière et inférieur ensemble pour une double épaisseur. Clip en place. Poncez les bords irréguliers sur une surface plane avec du papier moyen/fin. Assemblez temporairement les panneaux à l'aide de pinces à pince et de renforts d'angle de 2,5 cm sur la console de maquette. Positionner le tableau de bord sur la console. Vérifiez les coins carrés et les bords affleurants. Comme le montre une photo, j'ai utilisé du ruban adhésif bleu pour maintenir la console ensemble - GROSSE ERREUR ! Ne fais pas ça ! Les bords ne s'alignaient presque jamais correctement et toute la console s'effondrait toujours lors de la mise en place du tableau de bord. Collez tous les panneaux ensemble, à l'exception des panneaux supérieurs et des instruments. Fixez avec des clips et des accolades jusqu'à ce que la colle sèche.

Conseil de construction n° 1: Utilisez un coupe-papier de qualité commerciale disponible chez FedEx ou Staples pour des bords propres et nets ! (De plus, peignez la console à ce stade pour éviter de retirer le matériel plus tard pour terminer le projet.)

Étape 6: Assemblage de la console: Panneau de colle; Fixez le tableau de bord

Même les bords avec un bloc de ponçage et du papier moyen/fin si nécessaire. Pour une intégrité structurelle accrue, percez un trou au milieu des panneaux latéraux et arrière pour accueillir des vis à tête ronde # 8-32 x 1/2 pouce avec des rondelles plates et des entretoises qui fixeront le panneau inférieur; aussi, percez un trou dans les coins inférieurs de chacun de ces panneaux pour accueillir un renfort. Enduire la paroi latérale du trou de colle en insérant et en tournant la pointe d'un crayon plusieurs fois avant que la colle ne durcisse; poncer légèrement autour du trou jusqu'à consistance lisse. (Au fait, je pensais que les vis et les renforts fixés au panneau de protection étaient une distraction visuelle, alors je les ai retirés et remplis les trous avant de peindre. Serrez à la main toute la quincaillerie car elle doit être retirée avant de peindre.)

Localisez votre tableau de bord. Fixez les charnières aux coins intérieurs, inférieurs gauche et droit avec des vis à métaux #8-32 x 1/2 pouce et des rondelles plates. Placer et aligner le panneau sur la console. Vissez les charnières à l'intérieur du panneau de protection. Le tableau de bord doit reposer uniformément contre l'inclinaison de chaque panneau latéral. Vis de charnière à couple manuel; poncer les bords des panneaux jusqu'à ce qu'ils affleurent les panneaux latéraux. Attention: le tableau de bord n'est pas conçu pour se déplacer de plus de plusieurs degrés en raison de la configuration de la console ! L'accès à l'intérieur de la console se fait par le panneau supérieur; voir étape suivante.

Conseil de construction n° 2: Percez des trous surdimensionnés dans les coins supérieurs du panneau de protection pour permettre de légers ajustements de charnière

Étape 7: Assemblage de la console: préparer le panneau supérieur et aligner avec le panneau d'instruments

Remarque: Cette étape nécessite de la concentration et des pauses fréquentes !

Couper des encoches dans les coins supérieurs gauche et droit du panneau arrière pour accueillir les charnières; positionnez-les de manière à ce qu'ils soient au même niveau que la hauteur des panneaux arrière et latéraux. Marquez, percez et préparez les trous de vis. Montez les charnières appropriées à l'extérieur du panneau arrière. Confirmez que le bord avant du panneau supérieur affleure le bord supérieur du tableau de bord lorsqu'il est fermé. Soyez prudent lorsque vous poncez les bords horizontaux ou inclinés d'un ou des deux panneaux latéraux au besoin pour assurer un ajustement parfait entre le dessus et les panneaux d'instruments. Trop de ponçage entraînera des espaces entre les panneaux ! Fixez fermement le panneau supérieur avec des élastiques pour que le panneau reste en place. Retirez le tableau de bord pour accéder aux charnières. Atteindre la console et marquer les trous de vis pour le panneau supérieur.

Conseil de construction n°3: biseautez le bord intérieur du tableau de bord avec du papier de verre med pour améliorer l'ajustement avec le panneau supérieur

J'ai utilisé deux bâtonnets de café entre chaque charnière et le panneau supérieur comme espaceurs pour réduire le grippage lors de l'ouverture et de la fermeture. Les bâtons ont été coupés sur mesure, collés, empilés et clipsés sous le panneau avant de percer des trous. Ensuite, j'ai collé un morceau de contreplaqué de rebut sur la face inférieure du panneau pour fournir un support supplémentaire pour le montage de l'assemblage du tube de poutre lors d'une étape ultérieure.

Étalez de la colle le long du bord avant du panneau supérieur et du bord supérieur du tableau de bord; frotter la colle dans le carton pour renforcer les bords et les coins des panneaux. Laisser sécher les panneaux; puis poncez tous les bords et coins avec du papier fin.

Étape 8: Assemblage de la console: Montez le loquet et la gâche; Attacher les pieds

Centre d'identification sur le bord avant du panneau supérieur. Centrez et montez un loquet magnétique avec deux vis à métaux à tête ronde #4-40, des rondelles plates et des rondelles de blocage. Un morceau de bois de rebut vissé à l'extérieur du panneau supérieur a servi de poignée pratique pour ouvrir la console. Centre d'identification sur le bord supérieur du tableau de bord. Centrez et montez la gâche à l'aide de vis à métaux. N'oubliez pas de percer des trous de montage surdimensionnés et de les préparer avec de la colle. Le loquet et la plaque nécessiteront des ajustements pour un ajustement approprié. Confirmez l'alignement du panneau supérieur; puis installez les vis et les rondelles de montage des charnières.

J'ai utilisé quatre morceaux de bois de rebut d'un magasin de fournitures d'art comme pieds; chaque pièce avait un trou de 3/16" pré-percé. J'ai peint chaque pièce avant de coller une cheville en bois dans chacune. J'ai percé un trou de 3/16" dans chaque coin du panneau inférieur. Les chevilles maintenaient temporairement les pieds en place. BTW, ne collez pas les pièces tant que la console n'est pas peinte.

Étape 9: Assemblage du tube de faisceau: colonne de support et sphère de décharge

Au départ, j'ai coupé les fonds de deux flacons de médicaments mis au rebut et les ai collés bout à bout pour former une colonne de support. La colonne a été fixée en boulonnant un capuchon de flacon sur le couvercle de la console, comme illustré. Dommage… le plastique sombre tamait l'éclairage interne et la bande était visuellement gênante.

Voici une solution de contournement: achetez un tube en acrylique transparent dans une poubelle d'un magasin de matériel ou de fournitures en plastique. J'ai trouvé un tube en plastique lourd avec le même diamètre extérieur que le trou d'entrée d'une sphère creuse en aluminium (8 cm de diamètre; acheté lors d'un événement Teslathon). BTW, si vous n'avez pas de sphère de décharge, utilisez un globe terrestre en métal du magasin à un dollar ou même une canette de boisson gazeuse en aluminium. Découpez un trou d'entrée pour votre colonne de support avec des cisailles à métaux. BTW, conservez le bouchon du flacon utilisé pour fixer la colonne au couvercle de la console.

Étape 10: Assemblage du tube de faisceau: découpez et rectifiez les ébauches pour les anneaux de centrage

Découpez huit découpes dans une seule feuille de carton égale au diamètre extérieur du tube. J'ai percé des trous centraux dans chaque ébauche pour accueillir une vis à métaux n° 6-32 de 6 cm; placé des blancs sur la vis; les a serrés avec une rondelle de blocage et un écrou de retenue, puis les a serrés dans une perceuse électrique. J'ai rectifié les ébauches avec du papier de verre moyen jusqu'à ce que tout l'assemblage glisse facilement à travers le tube.

Étape 11: Assemblage du tube de faisceau: Préparation des anneaux de centrage

Retirez les ébauches terminées de la vis à métaux. Vous aurez besoin de deux isolateurs à vis en nylon de 1/4 pouce (P/N: B-IN-14S/4; petites pièces). Aléser le trou central pour s'adapter au diamètre de l'isolateur. Réalisez deux anneaux de centrage en les collant, puis en empilant quatre anneaux ensemble. Serrez les anneaux jusqu'à ce que la colle sèche. J'ai utilisé un boulon de 1-1/2 x 1/4 pouce et deux rondelles plates en métal de 3 cm comme pinces. Conservez ces pièces car elles seront réutilisées. Décidez si vous voulez peindre les anneaux de retenue. Insérez un isolant dans chaque pile d'anneaux.

Préparez deux bouchons obtenus à partir de tubes de dentifrice en perçant un trou de 1/4 de pouce à travers les sommets pour faire des cônes de retenue pour les CCL. Peignez les cônes si vous le souhaitez. Localisez un œillet en caoutchouc qui s'insère dans le puits du capuchon. Le trou doit avoir un diamètre suffisant pour accepter votre lampe (P/N: 239610; Jameco). Utilisez le bouchon du flacon de l'étape précédente pour la base de la colonne. Placez une rondelle plate à l'intérieur du bouchon du flacon comme ancrage, puis placez un anneau de retenue sur la rondelle. Fixez le capuchon du flacon, la rondelle et la bague au couvercle de la console avec le boulon utilisé pour serrer les bagues. Placer temporairement un cône sur la tête du boulon et la lèvre de l'isolant. Fixez l'assemblage au couvercle avec un écrou. L'assemblage du cône supérieur est presque identique au cône inférieur; cependant, ne boulonnez pas les pièces ensemble. Maintenez les pièces ensemble avec du ruban bleu jusqu'à ce qu'elles soient prêtes à coller.

Positionner la colonne sur le bouchon du flacon. Déposez la lampe dans la colonne et vérifiez qu'elle glisse dans le trou de l'œillet du cône inférieur et touche physiquement la tête du boulon. Insérez l'assemblage supérieur (œillet vers le bas) dans la colonne. La lampe doit passer à travers le trou de l'œillet mais ne doit pas dépasser la surface de l'anneau. Coupez la colonne de support à la bonne longueur ou utilisez plus de rondelles comme espaceurs pour soulever la lampe. Lorsque vous avez obtenu la bonne hauteur, collez puis serrez la rondelle plate restante au sommet de l'ensemble de bague de retenue supérieur. Retirez la lampe.

Conseil de construction n° 4: Augmentez l'éclairage en retirant les œillets en caoutchouc et insérez une deuxième lampe directement dans les supports coniques

Étape 12: Installation: tube de poutre et colonne de support; Tableau de bord

La borne de décharge repose sur une bague de support. Construisez-en un à partir d'une feuille de plastique. Fabriquez des bagues facultatives de focalisation du faisceau d'électrons en coupant des segments d'une paille en plastique et en les glissant sur la lampe (enlevez-les, comme je l'ai fait, s'ils causent trop de réduction de la lumière lorsque la lampe est testée).

Utilisez un boulon en métal pour fixer le capuchon du flacon (de l'étape 9) au couvercle de la console. Insérez l'assemblage du tube du faisceau dans le capuchon. J'ai inséré le compteur, le bouton de commande, les bascules et les voyants lumineux dans les trous appropriés du tableau de bord pour avoir une idée de l'apparence du projet.

Étape 13: Installation: alimentation CC modifiée, ioniseur et composants du panneau

Boulonnez l'alimentation et l'ioniseur modifiés à la base de la console. Câblez ces deux ensembles avec le compteur, les bascules, les voyants et le fusible. BTW, le bouton de commande de puissance au centre du tableau de bord est destiné à la décoration; il n'est pas fonctionnel - ce problème sera résolu lors de la prochaine rénovation du Rayotron.

Étape 14: Installation: Alimentation CC commerciale

Si vous utilisez une source d'alimentation commerciale (fortement recommandée !), utilisez des bandes velcro pour fixer l'appareil à la base de la console, puis un ioniseur à fil dur et le tableau de bord.

Étape 15: Finition: Peignez la console et montez l'électrode de masse

Si vous n'avez pas peint la console à l'étape 5: retirez le matériel de connexion, séparez le tableau de bord de la console ainsi que la poignée du panneau supérieur. J'ai utilisé ces couleurs pour terminer le projet:

Panneaux de la console principale - Amande brillante

Couvercle et tableaux de bord - Argent métallisé

Poignée de couvercle - Cuivre

J'ai monté une antenne TV télescopique sur le panneau supérieur avec une pince à pince. L'antenne, lorsqu'elle est câblée au retour à la terre de l'ioniseur, servait d'électrode de décharge.

Mettez le projet sous tension, puis déployez l'antenne selon vos besoins jusqu'à ce que vous puissiez tirer des décharges continues de 1 mm du terminal. Ajustez l'éclateur avec un objet non conducteur, tel qu'un stylo en plastique, jusqu'à ce que le CCL fournisse une lueur continue. Le compteur doit afficher 15 à 20 microampères. Votre projet Rayotron Night Light est maintenant terminé !

Étape 16: Sources

1. Baez AV. Le Rayotron (un générateur haute tension et une source de rayons X). Physique américaine J. 1957;25:499-501. Accessible depuis:

2. Miller E. Rapport d'essais d'émission de rayons X d'un générateur électrostatique Rayotron et d'un accélérateur de particules. Rocksville, MD: Département américain de la santé, de l'éducation et du bien-être. 1970. Consulté à partir de:

3. Manuel d'utilisation du Rayotron. Laboratoires atomiques, LLC. 1956. Consulté à partir de: