ชื่อโปรเจกต์: กิจกรรม Geiger Counter สำหรับผู้มีอายุ 12 ปีขึ้นไป
การสำรวจ STEM ขั้นสูง: เครื่องตรวจจับ Radiation แบบ Geiger-Mueller
การทำความเข้าใจพลังงานที่มองไม่เห็นซึ่งหล่อหลอมจักรวาลของเราเป็นรากฐานสำคัญของการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ โปรเจกต์นี้จะแนะนำนักเรียน (อายุ 12 ปีขึ้นไป) ให้รู้จักโลกของ nuclear physics ผ่านการสร้างและใช้งาน DIY Geiger Counter ด้วยการสร้างอุปกรณ์นี้ นักเรียนจะเปลี่ยนจากแนวคิดเชิงทฤษฎีของ "radiation" ไปสู่การวัดอนุภาคที่ก่อให้เกิดไอออนในสภาพแวดล้อมของตนเองได้อย่างเป็นรูปธรรมและเป็นตัวเลข
ฟิสิกส์ของการเกิดไอออน: GM Tube ทำงานอย่างไร
หัวใจของอุปกรณ์คือ Geiger-Mueller (GM) Tube ซึ่งเป็นกระบอกโลหะกลวงที่บรรจุแก๊สเฉื่อยแรงดันต่ำ (เช่น Neon หรือ Argon) และมีลวดไฟฟ้าแรงสูงพาดผ่านกลาง
- High-Voltage Bias: ชุด Radiation Detector สร้างแรงดันไฟฟ้าสูง (~400V) ที่จำเป็นในการทำให้หลอดไวต่อการตรวจจับ
- Ionization Event: เมื่ออนุภาคพลังงานสูง (Beta หรือ Gamma) เคลื่อนที่ผ่านหลอด มันจะชนอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของแก๊ส ทำให้เกิดการเรียงตัวเป็นทอดๆ (cascade)
- The "Pulse": ช่วงเวลาสั้นๆ ของการนำไฟฟ้าจะสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่สามารถวัดได้
- Interrupt Logic: Arduino Uno Wifi Rev.2 จะรับพัลส์นี้ผ่าน Digital Interrupt pin (INT) ทุกครั้งที่ตรวจพบพัลส์
void loop()จะเพิ่มค่าตัวนับ
การวิเคราะห์ข้อมูล: CPM และ Sieverts
เพื่อให้ข้อมูลมีความเกี่ยวข้องทางวิทยาศาสตร์ ค่าการนับดิบจะถูกประมวลผลผ่านตรรกะซอฟต์แวร์:
- CPM (Counts Per Minute): Arduino จะนับรวมพัลส์ในช่วงเวลา 60 วินาที นี่คือหน่วยมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบ radiation ทั่วไป
- Radiological Conversion: เพื่อทำความเข้าใจผลกระทบต่อสุขภาพ CPM จะต้องถูกแปลงเป็น µSv/h (Microsieverts per hour) สำหรับหลอดทั่วไปที่ใช้ในชุดอุปกรณ์เหล่านี้ จะใช้ค่าอ้างอิง 151 CPM = 1 µSv/h
- Environmental Benchmarking: นักเรียนจะได้เรียนรู้การเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับ "Background Radiation" ตามธรรมชาติ (โดยทั่วไปคือ 0.1 ถึง 0.2 µSv/h) โดยจะพบว่า radiation เป็นส่วนหนึ่งของชีวิตตามธรรมชาติที่มีอยู่ตลอดเวลา
การเรียนรู้แบบสหวิทยาการ: สุขภาพและสิ่งแวดล้อม
กิจกรรมนี้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการอภิปรายหัวข้อทางสังคมที่กว้างขึ้น:
- Medical Imaging: ทำความเข้าใจข้อดีข้อเสียของ X-rays และ CT scans
- Geology: ตรวจจับ radiation ตามธรรมชาติจากหินแกรนิตหรือแร่ธาตุ
- Public Safety: เรียนรู้เกี่ยวกับเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ เช่น Chernobyl และเกณฑ์สำหรับเขตความปลอดภัยทางสิ่งแวดล้อม
Geiger Counter นี้ติดตั้งพร้อมฝาครอบอะคริลิกเพื่อความปลอดภัยและความทนทาน ซึ่งเปลี่ยน Arduino ให้เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ระดับมืออาชีพ เชื่อมช่องว่างระหว่างทฤษฎีในห้องเรียนกับการเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อมในโลกแห่งความเป็นจริง
ในบทช่วยสอนนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีประกอบเครื่องตรวจจับ nuclear radiation
คุณสามารถซื้อ Geiger Counter Kit ได้ที่ นี่
Geiger counter เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับตรวจจับและวัด ionizing radiation หรือที่รู้จักกันในชื่อ Geiger–Mueller counter (หรือ Geiger–Müller counter) ซึ่งมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น radiation dosimetry, radiological protection, experimental physics และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์
Geiger counter ใช้สำหรับตรวจจับ radioactive emissions ซึ่งที่พบมากที่สุดคือ beta particles และ gamma rays ตัว counter ประกอบด้วยหลอดที่บรรจุแก๊สเฉื่อยซึ่งจะกลายเป็นสื่อนำไฟฟ้าเมื่อถูกกระทบด้วยอนุภาคพลังงานสูง
อุปกรณ์ที่ต้องใช้:
ในแพ็กเกจประกอบด้วย:
1 x ชุด Radiation Detector system
1 x GM Tube
1 x สาย Power supply
1 x ตัวยึดแบตเตอรี่ (ไม่รวมแบตเตอรี่)
3 x Jumper Wires
4 x น็อต
1 x Acrylic cover
Nuclear radiation detector ขณะทำงาน (คัดลอกลิงก์ต่อไปนี้ไปที่เบราว์เซอร์เพื่อรับชม): Http://v.youku.com/v_show/id_XNzI3MTU2NzQ0.html
ลูกค้าใช้ Geiger counter ของเราเพื่อบันทึกวิดีโอ: Http://v.youku.com/v_show/id_XOTE4ODIyNTIw.html
เข้ากันได้กับ Arduino: (แนะนำ Arduino UNO R3 หรือรุ่นอื่นๆ ที่มี 5V และ external interrupt INT) สามารถดาวน์โหลดได้จากอินเทอร์เน็ต: ตัวอย่าง SPI สำหรับ Radiation Logger Arduino Logger Radiation สามารถใช้เป็นซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์โฮสต์เพื่อสร้างสถานี monitoring radiation
ขั้นตอนที่ 1: Radiation คืออะไร?
https://world-nuclear.org/nuclear-basics/what-is-radiation.aspx
Radiation คือพลังงานที่เดินทางผ่านอวกาศ แสงแดดเป็น radiation รูปแบบหนึ่งที่คุ้นเคยมากที่สุด โดยให้ทั้งแสง ความร้อน และทำให้ผิวแทน แม้ว่าเราจะเพลิดเพลินและพึ่งพามัน แต่เราก็สามารถควบคุมการสัมผัส radiation ได้ นอกจาก ultraviolet radiation จากดวงอาทิตย์แล้ว ยังมี radiation พลังงานสูงกว่าที่ใช้ในการแพทย์ และที่เราทุกคนได้รับในปริมาณที่ต่ำจากอวกาศ จากอากาศ และจากโลกและหิน