Luz nocturna retro "Rayotron" (Parte 1): 16 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Introducción

En diciembre de 1956, Atomic Laboratories anunció al Rayotron como el "primer generador electrostático y acelerador de partículas de bajo costo" para profesores de ciencias y aficionados [1]. El Rayotron era un generador Van de Graaff (VdG) de gran tamaño y con correa de caucho. capaz de lanzar chispas de 500, 000 voltios desde su terminal de metal. Los VdG son ejemplos electromecánicos de arrastrar zapatos con suela de goma por una alfombra y luego tocar un objeto metálico conectado a tierra. Aunque la espectacular exhibición de rayos producida por esta impresionante maquinaria podría impactar a un desprevenido persona en pie, la descarga de microamperios no era un riesgo para una persona sana según el fabricante.

La terminal cargada negativamente del Rayotron repelió los electrones negativos a lo largo de un tubo de vidrio sellado bajo un fuerte vacío hasta un objetivo ubicado en la base. La colisión de este haz de partículas energizadas con el objetivo permitió a los usuarios realizar varios experimentos de física (y también expuso a personas desprotegidas en las proximidades de peligrosas lluvias de rayos X [1]). Finalmente, Atomic Laboratories interrumpió la producción debido a problemas de seguridad.

Diseñé esta luz nocturna como un tributo a una pieza olvidada de tecnología educativa de mediados de siglo. A diferencia de la unidad original, este modelo a media escala no emite radiación peligrosa y no arruinará tu día dejándote con un resplandor verde fantasmal:>). El haz de partículas del Rayotron se modela con una luz de cátodo frío en miniatura (CCL).

Paso 1: esquema del proyecto

I. Operación básica

Reemplacé la ruidosa correa y el mecanismo de rodillo motorizado que se usaba en la unidad original por un generador silencioso de iones negativos comercializado para uso doméstico. Una fuente de alimentación proporciona CC de bajo voltaje para el ionizador; que impulsa el CCL. La lámpara estaba montada axialmente en un cilindro de plástico que sostenía un globo de descarga. La CCL y la estructura de soporte se unieron al panel superior de la consola.

II. Ensamblaje del panel de instrumentos

El panel de instrumentos de la consola fue uno de los pocos componentes que cambiaron de apariencia durante la producción del Rayotron. Imágenes y descripciones de diversas fuentes que documentan estas modificaciones guían el diseño del panel; las fotos muestran los primeros y posteriores modelos de Rayotron. Usé un medidor de 50 microamperios de mediados de siglo para mostrar la salida del ionizador, así como una perilla de control vintage e interruptores de palanca en combinación con luces indicadoras. El medidor y la perilla de control se recuperaron de los dispositivos electrónicos de consumo desechados.

(Dato curioso: una etiqueta de seguridad del producto en la base de la unidad advirtió sobre la emisión de rayos X durante la operación. Como precaución adicional, el fabricante sugirió encerrar el Rayotron en un búnker construido con tubería de concreto para proteger al operador y a los transeúntes del envenenamiento por radiación [2] !)

III. Ensamblaje de consola de cartón

La consola fue MacGyvered reutilizando cartón tomado de una pila de carpetas de 3 anillos compradas en una venta de garaje local. El panel de instrumentos y la columna de soporte de plástico rematada por el terminal se montaron en la consola. Una versión anterior usaba molduras de imitación de metal en el panel para darle un toque de color, lo que hizo que el proyecto pareciera demasiado contemporáneo en mi humilde opinión; así que decidió un look retro, shabby chic para dar la impresión de edad.

Las dimensiones físicas no son críticas, así que escale el proyecto según sea necesario. Al final de este instructivo, tendrá una fuente económica de CC de alto voltaje (HVDC) para demostraciones electrostáticas simples, así como una luz nocturna radiante sin los problemas de envenenamiento por radiación letal arruinando su día (mal juego de palabras, pero no pude no te resistas:>). Por último, use el sentido común con el ionizador. Evite sorpresas: desconecte la alimentación antes de trabajar en el cableado de alta tensión.

Paso 2: Piezas y herramientas

Reduje los costos de construcción reciclando artículos usados o desechados cuando era posible. Algunos componentes se pueden improvisar. Por ejemplo, una lata de refresco de 8 oz es una terminal de descarga económica.

(Dato curioso: el modelo de mediados de siglo presentaba una terminal de descarga esférica. Una terminal más ominosa que se asemeja a una nube en forma de hongo en ascenso apareció en un modelo actualizado de la década de 1960 [1, 2].

Los componentes electrónicos necesarios se identifican en cada paso. Los elementos misceláneos necesarios para la construcción son: láminas de cartón de carpetas de 3 anillas; tablas de circiutos; cinta transparente y azul; hardware de conexión / montaje; pegamento de cianoacrilato (CA); alambre de proyecto aislado; lápiz; pinzas para pellizcar; transportador; regla; papel de lija; tijeras (o cortador de papel comercial); pinturas en aerosol; y el pegamento escolar X-treme de Elmer, así como varias herramientas manuales; un taladro eléctrico con puntas variadas y un lápiz de soldar.

Paso 3: Electrónica: ionizador y fuente de alimentación (mod o compra uno)

Encontré un ionizador de habitación Radio Shack Micronta antiguo en una venta de artículos usados por $ 1,50. Al ionizador le faltaba la fuente de alimentación original, así que pirateé una fuente de CC de un televisor en blanco y negro portátil (¿recuerdas eso?).

Abrí la caja y cambié el transformador original de 12 VCC a 1 amperio por otro transformador debido a su estado oxidado. Precaución: si hace esto, asegúrese de que los componentes estén clasificados para el nuevo transformador o cocinará el circuito rectificador. Monté el nuevo transformador y el rectificador original en una placa de circuito y soldé los componentes. Dejé este conjunto a un lado para instalarlo más tarde cuando se completó la construcción de la consola.

No se preocupe si no desea realizar una reconstrucción que requiera mucho tiempo. Una solución alternativa mucho mejor es utilizar una fuente de alimentación comercial. Encontré un adaptador de 12 VCC y 4 amperios en una venta de garaje que pertenecía a una computadora portátil y lo usé con el ionizador sin ningún problema (consulte el Paso 14).

Paso 4: Montaje de la consola: diseño, corte y personalización del panel de instrumentos

La mayor parte del esfuerzo de este proyecto se dedicó al diseño, fabricación y acabado de la consola de cartón. Omita los siguientes pasos para ahorrar tiempo y simplemente use una caja de zapatos común. Para los verdaderos guerreros del bricolaje: ¡ocupémonos de la construcción!

Despegue la cubierta de plástico de las carpetas para obtener cartón para el instrumento y otros paneles de la consola. Disposición del medidor, botón de control, dos interruptores y dos semáforos en una tira de cartón de longitud, anchura y doble espesor adecuadas. Coloqué interruptores y luces en una disposición rectangular. Corte o taladre orificios del tamaño adecuado para montar cada componente. Extendí una capa delgada de pegamento alrededor y dentro de cada agujero y luego lijé con papel fino, lo que ayudó a mantener la forma de las paredes laterales cuando el pegamento se endureció.

Una versión inicial del proyecto incorporó un folleto publicitario para la tarjeta Discover Platinum para darle al panel un acabado de imitación de metal. Recorté el folleto y luego taladré / corté los agujeros de montaje. Dejé un borde de aproximadamente 5 mm para crear un efecto de contraste cuando el panel se pintó con aerosol en un color claro. Se agregó una placa de marcado para cubrir la mayor parte del logotipo. (Al final, pinté con aerosol todo el panel de instrumentos y descarté el folleto porque se dañaba fácilmente). Coloque el panel y los componentes a un lado para más tarde.

(Dato curioso: los manuales de funcionamiento originales se encuentran en la colección permanente de la Biblioteca del Museo de los Institutos Nacionales de Salud en Bethesda, MD [3]).

Paso 5: Montaje de la consola: Dibujar, cortar, alinear y hacer una maqueta con tirantes de esquina

Determine el tamaño de la consola dadas las dimensiones de su panel de instrumentos. Deje suficiente espacio para montar la fuente de alimentación y el ionizador. Además, considere la altura deseada de su columna de soporte y el diámetro del globo de descarga; escala la consola en consecuencia.

Dibujé un contorno para cada panel en cartón y luego los recorté. Los paneles laterales tienen una inclinación hacia abajo de 23 grados desde el eje horizontal, para mejorar la visibilidad del medidor, la perilla de control y el grupo de luces de señalización. Corté un pequeño panel de protección de doble grosor para insertarlo en el extremo frontal del gabinete para un soporte adicional del panel de instrumentos. (Opté por usar doble espesor para todos los paneles excepto el panel superior para una mejor calidad del cerramiento).

Después de cortar los paneles, colóquelos sobre una superficie plana; compruebe si los bordes y las esquinas son uniformes. Pegue los paneles laterales, laterales, traseros e inferiores para obtener el doble de espesor. Clip en su lugar. Lije los bordes irregulares en una superficie plana con papel mediano / fino. Ensamble los paneles temporalmente con pinzas y abrazaderas de esquina de 2,5 cm para crear una consola. Coloque el panel de instrumentos en la consola. Verifique las esquinas cuadradas y los bordes nivelados. Como se muestra en una foto, utilicé cinta azul para unir la consola: ¡GRAN ERROR! ¡No hagas esto! Los bordes casi nunca se alinearon correctamente y toda la consola siempre colapsó cuando se colocó el panel de instrumentos. Pegue todos los paneles juntos excepto los paneles superior y de instrumentos. Asegure con clips y tirantes hasta que se seque el pegamento.

Consejo de construcción n. ° 1: use un cortador de papel de calidad comercial disponible en FedEx o Staples para obtener bordes limpios y prolijos. (Además, pinte la consola en este punto para evitar quitar el hardware más tarde para terminar el proyecto)

Paso 6: Montaje de la consola: Panel de pegamento; Coloque el panel de instrumentos

Empareje los bordes con un bloque de lijado y papel mediano / fino si es necesario. Para mayor integridad estructural, taladre un agujero en el punto medio de los paneles laterales y traseros para acomodar tornillos de máquina de cabeza redonda # 8-32 x 1/2 pulgada con arandelas planas y tirantes que sujetarán el panel inferior; también, taladre un agujero en las esquinas inferiores de cada uno de estos paneles para acomodar una riostra. Cubra la pared lateral del agujero con pegamento insertando y girando la punta de un lápiz varias veces antes de que el pegamento se endurezca; Lije ligeramente alrededor del agujero hasta que quede suave. (Por cierto, pensé que los tornillos y tirantes unidos al panel de protección eran una distracción visual, así que los quité y rellené los agujeros antes de pintar. Apriete a mano todos los herrajes porque deben quitarse antes de pintar).

Localiza tu panel de instrumentos. Sujete las bisagras a las esquinas interiores, inferiores izquierda y derecha con tornillos para metales # 8-32 x 1/2 pulgada y arandelas planas. Coloque y alinee el panel en la consola. Atornille las bisagras al interior del panel de protección. El panel de instrumentos debe descansar uniformemente contra la inclinación de cada panel lateral. Tornillos de bisagra de torsión manual; Lije los bordes de los paneles hasta que estén al ras con los paneles laterales. Precaución: el panel de instrumentos no está diseñado para moverse más de varios grados debido a la configuración de la consola. El acceso al interior de la consola es a través del panel superior; vea el siguiente paso.

Consejo de construcción n. ° 2: Taladre orificios de tamaño en las esquinas superiores del panel de protección para permitir ajustes leves de las bisagras

Paso 7: Ensamblaje de la consola: prepare el panel superior y alinee con el panel de instrumentos

Nota: ¡Este paso requiere concentración y descansos frecuentes!

Corte muescas en las esquinas superior izquierda y derecha del panel trasero para acomodar las bisagras; colóquelos de manera que queden nivelados con la altura de los paneles laterales y posterior. Marque, taladre y prepare los orificios de los tornillos. Monte bisagras adecuadas en el exterior del panel trasero. Confirme que el borde frontal del panel superior esté nivelado con el borde superior del panel de instrumentos cuando esté cerrado. Tenga cuidado al lijar los bordes horizontales o inclinados de uno o ambos paneles laterales según sea necesario para asegurar un ajuste suave entre la parte superior y los paneles de instrumentos. ¡Demasiado lijado dará lugar a espacios entre los paneles! Asegure el panel superior firmemente con bandas de goma para que el panel permanezca en su lugar. Retire el panel de instrumentos para acceder a las bisagras. Busque en la consola y marque los orificios de los tornillos para el panel superior.

Consejo de construcción n. ° 3: bisele el borde interior del panel de instrumentos con papel de lija mediano para mejorar el ajuste con el panel superior

Usé dos varillas para revolver café entre cada bisagra y el panel superior como espaciadores para reducir la unión durante la apertura y el cierre. Los palos se cortaron a la medida, se pegaron, se apilaron y se sujetaron a la parte inferior del panel antes de perforar los orificios. Luego, pegué un trozo de madera contrachapada de desecho en la parte inferior del panel para proporcionar soporte adicional para montar el ensamblaje del tubo de la viga en un paso posterior.

Unte pegamento a lo largo del borde frontal del panel superior y el borde superior del panel de instrumentos; frote el pegamento en el cartón para fortalecer los bordes y las esquinas de los paneles. Deje que los paneles se sequen; luego lije todos los bordes y esquinas con papel fino.

Paso 8: Ensamblaje de la consola: Monte la placa de enganche y golpe; Adjuntar pies

ID en el punto medio en el borde frontal del panel superior. Centre y monte un pestillo magnético con dos tornillos para metales de cabeza redonda # 4-40, arandelas planas y de bloqueo. Un trozo de madera de desecho atornillado al exterior del panel superior sirvió como asa conveniente para abrir la consola. Punto medio de identificación en el borde superior del panel de instrumentos. Centre y monte la placa de impacto con tornillos para metales. Recuerde perforar orificios de montaje de gran tamaño y prepararlos con pegamento. El cierre y la placa requerirán ajustes para un ajuste adecuado. Confirme la alineación del panel superior; luego instale los tornillos y las arandelas de montaje de las bisagras.

Usé cuatro piezas de madera de desecho de una tienda de suministros de arte como pies; cada pieza tenía un orificio pretaladrado de 3/16 ". Pinté cada pieza antes de pegar una clavija de madera en cada una. Perforé un orificio de 3/16" en cada esquina del panel inferior. Las clavijas mantenían los pies en su lugar temporalmente. Por cierto, no pegue piezas hasta que la consola esté pintada.

Paso 9: Ensamblaje del tubo de viga: columna de soporte y esfera de descarga

Inicialmente, corté el fondo de dos viales de medicamentos desechados y los pegué con cinta azul de un extremo a otro para hacer una columna de soporte. La columna se aseguró atornillando una tapa de vial a la tapa de la consola como se muestra. Qué lástima … el plástico oscuro atenuó la iluminación interna y la cinta distrajo visualmente.

Aquí hay una solución alternativa: compre un tubo acrílico transparente en el contenedor de desechos de una ferretería o tienda de suministros de plásticos. Encontré un tubo de plástico pesado con el mismo diámetro exterior que el orificio de entrada de una esfera de aluminio hueca (8 cm de diámetro; comprado en un evento de Teslathon). Por cierto, si no tiene una esfera de descarga, use un globo terráqueo de metal de la tienda de un dólar o incluso una lata de refresco de aluminio. Corte un orificio de entrada para su columna de soporte con tijeras de metal. Por cierto, guarde la tapa del vial que se usó para asegurar la columna a la tapa de la consola.

Paso 10: Ensamblaje del tubo de viga: corte y rectificado de espacios en blanco para anillos de centrado

Corte ocho espacios en blanco de una sola hoja de cartón igual al diámetro exterior del tubo. Perforé agujeros centrales en cada pieza en blanco para acomodar un tornillo de máquina de 6 cm, # 6-32; colocó espacios en blanco en el tornillo; los sujetó con una arandela de seguridad y una tuerca de retención, luego los colocó en un taladro eléctrico. Esterilé los espacios en blanco con un curso, luego con papel de lija mediano hasta que todo el conjunto se deslizó fácilmente a través del tubo.

Paso 11: Ensamblaje del tubo de la viga: Preparación de los anillos de centrado

Retire los espacios en blanco completos del tornillo para metales. Necesitará dos aisladores de tornillo de nailon de 1/4 de pulgada (N / P: B-IN-14S / 4; piezas pequeñas). Escariar el orificio central para acomodar el diámetro del aislante. Haga dos anillos de centrado pegando y luego apilando cuatro anillos juntos. Sujete los anillos hasta que se seque el pegamento. Usé un perno de 1-1 / 2 x 1/4 de pulgada y dos arandelas planas de metal de 3 cm como abrazaderas. Guarde estas piezas porque se reutilizarán. Decide si quieres pintar anillos de retención. Inserte un aislante en cada pila de anillos.

Prepare dos tapas obtenidas de tubos de pasta de dientes perforando un orificio de 1/4 de pulgada a través de la parte superior para hacer conos de retención para los CCL. Pinte conos si lo desea. Busque una arandela de goma que encaje en el hueco de la tapa. El orificio debe tener un diámetro suficiente para aceptar su lámpara (N / P: 239610; Jameco). Utilice la tapa del vial del paso anterior para la base de la columna. Coloque una arandela plana dentro de la tapa del vial como ancla, luego coloque un anillo de retención en la arandela. Asegure la tapa del vial, la arandela y el anillo a la tapa de la consola con el perno utilizado para sujetar los anillos. Coloque temporalmente un cono sobre la cabeza del perno y el labio aislante. Asegure el ensamblaje a la tapa con una tuerca. El conjunto del cono superior es casi idéntico al cono inferior; sin embargo, no atornille las piezas. Sujete las piezas con cinta azul hasta que estén listas para pegar.

Coloque la columna en la tapa del vial. Deje caer la lámpara en la columna y confirme que se desliza en el orificio del ojal del cono inferior y toca físicamente la cabeza del perno. Inserte el conjunto superior (la arandela hacia abajo) en la columna. La lámpara debe pasar a través del orificio del ojal pero no sobresalir de la superficie del anillo. Corte la columna de soporte a la longitud adecuada o use más arandelas como espaciadores para levantar la lámpara. Cuando haya obtenido la altura correcta, pegue y luego sujete la arandela plana restante a la parte superior del conjunto del anillo de retención superior. Quite la lámpara.

Consejo de construcción n. ° 4: aumente la iluminación quitando las arandelas de goma e inserte una segunda lámpara directamente en los retenedores de cono

Paso 12: Instalación: tubo de viga y columna de soporte; Tablero de instrumentos

El terminal de descarga descansa sobre un anillo de soporte. Construya uno a partir de una hoja de plástico de desecho. Haga anillos de enfoque de haz de electrones opcionales cortando segmentos de una pajita de plástico y deslizándolos sobre la lámpara (retírelos, como hice yo, si causan demasiada reducción de luz cuando se prueba la lámpara).

Utilice un perno de metal para asegurar la tapa del vial (del paso 9) a la tapa de la consola. Inserte el conjunto del tubo de la viga en la tapa. Inserté el medidor, la perilla de control, los conmutadores y las luces de señalización en los orificios correspondientes del panel de instrumentos para tener una idea de cómo se vería el proyecto.

Paso 13: Instalación: Suministro de CC modificado, ionizador y componentes del panel

Atornille la fuente de alimentación modificada y el ionizador a la base de la consola. Conecte estos dos conjuntos junto con el medidor, los conmutadores, las luces indicadoras y el fusible. Por cierto, la perilla de control de potencia en el centro del panel de instrumentos es para decoración; no es funcional: este problema se solucionará en la próxima renovación de Rayotron.

Paso 14: Instalación: suministro de CC comercial

Si está utilizando una fuente de alimentación comercial (¡muy recomendable!), Use tiras de velcro para asegurar la unidad a la base de la consola, luego el ionizador de alambre duro y el panel de instrumentos.

Paso 15: Acabado: Pinte la consola y monte el electrodo de tierra

Si no pintó la consola en el Paso 5: retire los accesorios de conexión, separe el panel de instrumentos de la consola y la manija del panel superior. Usé estos colores para terminar el proyecto:

Paneles de la consola principal - Almendra brillante

Paneles de instrumentos y tapa - Plata metalizada

Asa de la tapa - Cobre

Monté una antena de TV telescópica en el panel superior con un clip. La antena, cuando estaba conectada al retorno de tierra del ionizador, servía como electrodo de descarga.

Encienda el proyecto, luego extienda la antena según sea necesario hasta que pueda extraer descargas continuas de 1 mm desde el terminal. Ajuste el espacio de chispa con un objeto no conductor, como un bolígrafo de plástico, hasta que CCL proporcione un brillo continuo. El medidor debe mostrar entre 15 y 20 microamperios. ¡Su proyecto Rayotron Night Light ya está completo!

Paso 16: Fuentes

1. Baez AV. El Rayotron (un generador de alto voltaje y una fuente de rayos X). American J Physics. 1957; 25: 499-501. Consultado desde:

2. Miller E. Informe de pruebas de emisión de rayos X de un generador electrostático Rayotron y un acelerador de partículas. Rocksville, MD: Departamento de Salud, Educación y Bienestar de los EE. UU. 1970. Consultado en:

3. Manual de funcionamiento de Rayotron. Atomic Laboratories, LLC. 1956. Consultado en: