Химия и Химики № 2 2014. Спинтарископ

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Самодельный спинтарископ

Всяким наблюдателем, впервые смотрящим в спинтарископ и понимающим, в чем состоит смысл открывающегося перед ним зрелища, поневоле овладевает странное и жуткое чувство, похожее на то, которое овладевает нами, когда мы смотрим в телескоп на особенно богатые звездами участки Млечного Пути. И в том, и в другом случае мы видим перед собой бездну,- в одном случае бездну бесконечно малого, в другом - бездну бесконечно большого,- и, глядя в обе эти бездны, одинаково далекие от нас и одинаково безразличные к нам, мы начинаем понимать смысл странных слов Паскаля о том, что "человек подвешен между двумя бесконечностями".
М.П. Бронштейн

Наверняка некоторые любознательные читатели, прочитав предыдущую часть статьи, захотят посмотреть не на компьютерную симуляцию, а на реальные сцинтилляции. В данной части статьи мы расскажем, как можно сделать спинтарископ.

Напомним читателям устройство классического спинтарископа (рис 1): в сильную лупу С наблюдают экран А, покрытый сульфидом цинка (сцинтиллятор), на который направлен поток альфа - частиц от иголки В с ничтожным количеством радиоактивного препарата. Иголка-источник в некоторых моделях может подниматься и опускаться, в других она закреплена неподвижно.

Таким образом, нам понадобятся:

1.) Радиоактивный источник (альфа-активный)
2.) Сильная лупа
3.) Люминофор для экрана

Начнем с подходящего радиоактивного источника. Как Вы понимаете, это наибольшая трудность в наше радиофобное время. Приобрести источник без особых документов - противозаконно. В старинных спинтарископах традиционно использовался радий. В настоящее время единственно-возможный вариант для самодельщиков - америций-241. Понадобится камера HIS-07 от ионизационного детектора дыма или сам детектор. Как видно из описания производителя, внутри находится америциевый источник, активностью приблизительно 30 КБк.

Америций-241 имеет период полураспада - 433 года, в процессе распада образуются альфа-частицы и немного мягкого гамма-излучения. Обращение с америциевым источником из ионизационной камеры не требует особых мер предосторожности, однако следует отметить, что нельзя нарушать целостность источника - возможно образование "горячих" частиц и попадание их в организм, что может быть небезопасным. Однако этого и не требуется, наш источник довольно компактен.

Купить ионизационную камеру/детектор дыма сложно, поэтому проще всего заказать ионизационную камеру у китайских торговцев. К примеру, новая камера HIS-07 на сайте http://www.aliexpress.com/ обойдется вместе с пересылкой в Россию примерно в 5 долларов.

Искушенный читатель в курсе, что пересылка радиоактивных препаратов контролируется государством - поток почтовых отправлений идет через детекторы "Янтарь". Подозрительные "активные" посылки отсеиваются, но гамма-фон камеры очень слаб и детекторы радиоактивности его "не видят".

Сама камера невелика. Источник - "таблетка" находится закрепленной на пластиночке жести - активной стороной внутрь.

Несмотря на то, что невооруженный глаз видит сцинтилляции, понадобится сильная лупа с увеличением не менее 10 крат. Для временных наблюдений подходит складная ювелирная лупа, но для дальнейшего изготовления спинтарископа удобнее воспользоваться часовой, в цилиндрической оправе или подходящим окуляром. Очень удобно наблюдать в стереомикроскоп, у кого есть такая возможность.

В-третьих, понадобится люминофор-сцинтиллятор. Возможны всего два варианта - сульфид цинка, активированный медью и он же, активированный серебром. Если готовый порошок люминофора достать не удастся, можно его извлечь из подручных материалов. ZnS(Cu) очень распространенный компонент светящихся в темноте изделий. ZnS(Аg) используется в лучевых трубках и кинескопах.

ZnS(Аg), как нам кажется, предпочтительнее использовать, из-за слабого послесвечения, в отличие от ZnS(Cu), который необходимо выдерживать в темноте в течение многих часов, иначе фоновое свечение "забивает" сцинтилляции и в дальнейшем держать в темноте, оберегая от засветки.

В рыболовном магазине нам попался фосфоресцирующий лак "Светлячок". Он сделан на основе ZnS(Cu), разведенного нитролаком. Сливаем верхнюю половину лака, а нижнюю кашицу отмываем ацетоном. Получается порошок люминофора. Ацетон с примесью нитролака тоже пригодится - в качестве укрепляющей добавки для экрана.

ZnS(Аg) мы извлекли из небольшой лучевой трубки от приборов. Вначале необходимо осторожно отколоть запаянную трубку, по которой откачивали воздух. Трубку из предосторожности обертываем тканью. Потом экран заклеивают скотчем и ударяем молотком сбоку. Полученные куски держатся на слое скотча, осторожно, чтобы не порезаться, надрезаем его ножом. Люминофор "с той стороны" прикрыт тонкой металлизированной пленкой. Берем кусок упругой полиэтиленовой пластинки и плавно соскребаем люминофор, желательно широким слоем. Металлизированную пленку можно потрясти для осыпания люминофора, мелкие кусочки пленки извлекаем пинцетом и часть их можно "провеять" - осторожно подув. Правда, совсем немного примеси останется, но это терпимо.

Когда все компоненты в сборе, можно приступать к экспериментам. Вначале можно собрать спинтарископ на скорую руку, позже доработав его. Важным условием является возможность менять расстояние от источника до экрана. Вариант на скорую руку - простейший штатив из куска дерева с экраном, над которым находится изогнутая полоска жести с источником. Изгибая её, можно менять расстояние источника. Саму таблетку можно пока не извлекать из оправы. Наблюдаем, наклонив экран, чтобы избежать "тени". Наиболее оптимальный способ - закрепить источник на винте. Источник удобно приклеить с помощью двусторонней клейкой ленты - при необходимости его можно будет легко снять. Извлекаем таблетку из оправы. Для этого она осторожно надрезается ножницами, слегка изгибается круглогубцами и тогда можно осторожно поддеть таблетку. При этом источник легко может отлететь, будьте аккуратны. Как уже упоминалось, ковырять и повреждать таблетку не следует! В нашем случае была использована удобная плоская тефлоновая кювета, одновременно служащая экраном и основанием для крепления винта. Однако желающие изготовить спинтарископ легко подберут свой вариант, который будет работать ничем не хуже. Экран был сделан просто - в кювету помещалось немного люминофорной пыли [ZnS(Cu)], измельченной растиранием между двумя предметными стеклами, и добавлялось чуть-чуть ацетона. Покачиваниями кюветы добиваемся более-менее равномерного распределения люминофора и оставляем растворитель испаряться. Полученная пленка хотя и не содержит связующего (избыток последнего может повредить качеству), выдерживает переворачивания, но не выносит ударов - начинает осыпаться. Поэтому в последующем при изготовлении спинтарископа лучше добавить немного связующего. Винт надо так отрегулировать, чтобы источник приближался почти вплотную к экрану, вблизи центра. Поскольку он хотя и довольно компактен, но все же не игла, придется его укрепить под углом, тогда можно будет смотреть на сцинтилляции сбоку и сверху, и оправа источника почти не помешает наблюдениям. Удобно сделать упор на винте, чтобы предотвратить случайное касание с экраном, к примеру, намотав на резьбу ниток и закрепив каплей лака. Когда все собрано, как уже говорилось, необходимо выдержать экран в полной темноте. Минимум - это пара часов, однако фосфоресценция фона в этом случае все же мешает, и невооруженным глазом наблюдать плохо. Необходимо дождаться её прекращения и в дальнейшем не подвергать экран засветке, для чего спинтарископ в темноте укладывается в непрозрачную коробочку-чехол. В случае ZnS(Аg) можно не опасаться засветки экрана и мешающего свечения. Цвет сцинтилляций слегка отличается, "синее". Хорошо это заметно, если поднести источник совсем близко и оценивать цвет "пятна".

Наблюдать необходимо адаптированным к темноте глазом - не менее 5 минут. Вначале глаз замечает пятнышко (если источник находится вблизи экрана). Со временем чувствительность глаза увеличивается, достигая максимума, где-то через полчаса. Посмотрев краевым зрением (известный прием астрономов, поскольку края сетчатки богаты палочками) можно заметить флуктуации, как бы непрерывное "волнение" светящегося пятна. По краям экрана, где поток частиц не столь силен, видны отдельные искорки. Покрутим винт, отдаляя источник. Пятно постепенно слабеет, однако искорки равномерно распределяются по большей площади. При наблюдении невооруженным глазом сразу возникает ассоциация со звездным небом, Млечным Путем. Похоже на наблюдение звездного скопления Плеяд. Вооружимся лупой, желательно сильной. Картина меняется. Искорки становятся значительно более яркими и крупными, наблюдаются без труда. Это уже не только звезды, но и беспрерывное "роение насекомых возле фонаря", причем сходство усиливается тем, что на фоне слабого сияния экрана виден темный силуэт винта с полукруглым расширением источника, свечение люминофора дает как бы ореол вокруг "фонаря", дополняя сходство. Поскольку источник находится под углом, образуется веерообразный поток альфа-частиц. Зрелище довольно простое, но оно завораживает. Вот как его описывает М.П. Бронштейн в книге Атомы и электроны: "Странное зрелище тогда предстанет перед нашими глазами. На поверхности экрана вспыхивают и гаснут маленькие неяркие звездочки. Они загораются то тут, то там, и весь экран так и кишит ими. Его поверхность была бы похожа на звездное небо, видимое в телескоп, если бы вся картина не менялась так быстро, как в калейдоскопе. Разорванные вспышки, усеивающие экран, гаснут так же внезапно, как появляются, и все, что мы видим, производит впечатление беспрестанной бомбардировки экрана микроскопическими зажигательными снарядиками, вызывающими вспышку в той точке экрана, в которую они попадают".

Можно долгое время заворожено смотреть на этот "атомный фейерверк", "окно в квантовый мир", оборотами винта меняя картину.

При желании можно сделать более удобный и эстетичный вариант спинтарископа, похожий на фабричный. Мы воспользовались измерительным окуляром от микроскопа.

Линзы в верхней оправе могут вывинчиваться, что необходимо при фокусировке изображения экрана. Иначе, четкой красивой картины не получится. Одну из линз (внутреннюю) придется, удались. Оправу можно временно вывинтить, чтобы понаблюдать сцинтилляции невооруженным глазом, что тоже красиво.

Доработка окуляра проста. В нижней части вывинчиваем измерительный стеклянный экран и извлекаем его из оправы.

В подходящую по размеру емкость (обрезанный полиэтиленовый пузырек) помещаем стеклянный кружок - будущий экран, насыпаем люминофор с лучевой трубки [ZnS(Ag)], два раза промываем ацетоном (чтобы удалить "блестки" - частички металлизированного слоя), далее взбалтываем и ставим высыхать. К ацетону были добавлены две капли разведенного нитролака.

Пока экран сохнет, к оправе приклеиваем вырезанную из жести пластиночку-держатель для источника, сам источник крепим двухсторонней клейкой лентой.

Остается только подобрать коробочку для футляра, защищающую от пыли и ударов, и вполне удобный спинтарископ готов. Несмотря на то, что со временем экран будет "портиться", из-за разрушения кристалликов люминофора, а свечение - постепенно ослабевать, служить он будет долго, на протяжении, как минимум, нескольких лет.