在家做核子研究：怎麼DIY一個粒子檢測器_風聞

大數據文摘出品

來源：clanhouse

編譯：肥恬兒、coolboy

如果把你和16歲的兒子關在家裏，你們會做什麼？

好吧，第一個答案可能是造一個遊戲PC，但現在DIY遊戲PC的項目太多，有其他一些不一樣的東西嗎？

或許，可以試着做一個粒子探測器？

這個叫Steve Foster的博主在網上碰巧看到了一篇介紹歐洲核子研究中心(CERN)外聯項目的文章，這個項目説，你能以不到30英鎊的價格打造你自己的粒子探測器？？

       

GitHub鏈接：

https://github.com/ozel/DIY_particle_detector

不過，感覺也挺值得嘗試一番？

於是，Steve Foster就和兒子一起，搗鼓着DIY了一個粒子探測器，過程中肯定也遇到了一些困難和好玩的事，接下來就和文摘菌一起來看看吧。

需要購買的組件

其實要DIY一個CERN套件並沒有那麼困難，你可以在kitspace上訂購需要的零件。但問題是，你能用30歐元（27英鎊）左右的價格搭建出來嗎？

       

kitspace鏈接：

https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/electron-detector/

單個組件的價格自然在30歐元以下了，但只購買單個組件顯然是不夠的，有時候你必須購買10個電阻器，因為它們太便宜了，到最後，3便士的零件你可能前前後後花費了30便士。（這消費主義的陷阱）

其中，最大的驚喜是，你最好購買三塊電路板，實際經驗告訴你這會物有所值的，尤其是，如果你對自己的焊接技能不自信的話，可以準備一塊備用板，正好Alpha檢測器型號也可以用同一塊板。

總的來説，所有電子元件的成本幾乎都不到40英鎊。如果你要購買一個有十幾塊板的經典模型，整體價格將接近每塊木板33英鎊/37歐元。

除了上面的零部件外，你還可以考慮購買一些自選零件。

我們在亞馬遜上以大約8英鎊的價格購買了鏈接BNC（連接器）和音頻插孔的電纜，因為這樣一來就比從頭開始構建整個模型來得更快，更容易並且更便宜。

我們還購買了一些現在工具箱裏沒有的工具。你可能更願意以6英鎊左右的價格購買金屬盒或包裝盒，但我建議可以使用舊的罐子或類似的物品代替。我們用的是我妻子在聖誕節時收到的Fossil手錶上的展示盒。

為了在外殼中安裝板子，你需要某種金屬支架。我們在亞馬遜上以約11英鎊的價格購買了一盒M3黃銅支架，不僅具有各種長度，並且包括所有必要的螺釘和螺栓。（120個組件，僅需一個！）然後你還需要一些較短的連接線——總計約30釐米。（温馨提示：如果你需要在購買過程中訂購所有這些物品，那麼Amazon Prime絕對物有所值。）

最後，你需要某種放射源來嘗試檢測器。我們在亞馬遜上以不到5英鎊的價格購買了100克高純度的氯化鉀（KCl），這價格明顯比亞馬遜上也有較高鉀含量的富含鉀的鹽替代品更好。

你還需要哪些工具

上面列舉的都是一些專業零件，還有一些基礎零件也不能忘了。

       

開始之前，請確保你擁有所有需要的工具：

帶有小尖頭並且適用於組件和電路板的烙鐵

拆焊泵和編織帶（以防萬一）

用於在焊接組件時整理多餘的電線的小型剪鉗

整理接線末端的剝線鉗

用於測試接頭和檢查電路板的小型萬用表

在舊的錫盒上打孔的打釘機

用於銼掉剛打的孔上尖鋭邊緣的銼刀

進行焊接時，用來固定電路板和組件的物件。我們用的是舊的牆磚和六角鉛筆

讓我們來動手構造一個探測器吧！

我們在大約3周的時間裏每天花了大約3個小時來製作電路板，也許還要花一個小時來製作機箱並將把電路板安裝到裏面。

為什麼這麼久呢？好吧，這個項目對於一個16歲的年輕人來説，和製造遊戲PC的吸引力還是很不同的，做遊戲PC通常比這個項目來得更有幹勁兒。

話歸正轉，我們現在決定將組件成組焊接。首先製造電阻器，然後製造電容器，之後是半導體。Wiki中的構建説明書非常好用，跟着步驟做就行了。

我們在焊接時測試了每個接頭，並且從電路板上的另一點也進行測試，以確保連接沒有問題。我兒子在一塊PCB上進行了所有焊接，而我開始在第二塊板上進行工作，一部分用作備份板，另一部分可以構成Alpha檢測器的基礎。

（同時我悲催的發現了這兩樣在第三個組件R3上已經是不一樣的組裝構造了！）

以下是不同建設階段的一些鏡頭：

第一階段

       

底部電阻

       

頂部電阻

第二階段 

       

電容器底部

       

電容器頂部

第三階段

       

成品的底部

       

成品的頂部

第四階段 

帶有開關，電池和連接器的完整探測器

探測器測試

測試檢測器時，要做的第一件事是通過測量電源連接器上的電阻來確保沒有短路， （技能get！一個令人滿意的9.8千歐姆），並確保電源已到達板上。

然後我們將它插入PC並打開電源。

接着我們用JavaScript的脈衝檢測器來檢查它是否正常工作。我輕按了開關，……居然什麼也沒有。

因此，我們檢查了電路板。有些焊接處看起來很乾，而在另外一兩個焊接處上，我們不能百分百確定相鄰焊接處之間是否有氣隙，因此我們只好拆焊並重新制作了大約3個焊接。

然後，我們再次連接到PC，並在打開和關閉設備時看到了令人滿意的脈衝。當錫罐被移動或當我們中的一個人靠近錫罐講話時，我們還看到了很多拾音器。

OK，那麼下一步就是嘗試使用輻射源。

我稱出約10g氯化鉀放入一個塑料蓋中，並放在檢測器中的二極管下方。雖然我們沒有在錫的蓋子上開一個輻射窗，但是二極管就在氯化鉀表面上方約1.5釐米處。接着我打開了檢測器，哎…什麼都沒有，甚至沒顯示開/關脈衝。

看到探測器似乎沒啥反應， 我只好將設備拆開並重新測試了與萬用表的連接，並所有外殼連接都是可以的，以及檢查外殼是正確接地的。我檢查了電池的電是否都通到每一個必備的部件，也看了一下電池電量是良好的。檢查完這一圈，還是沒發現哪裏有錯。

不過很快地，我就發現了一個間歇性問題。有時，當設備打開或關閉時，JavaScript檢測器會看到一個脈衝，但是其實並沒有東西在檢測。有時你會在網絡示波器上看到噪音，有時卻看不到。

於是當我在摸索到底出了什麼問題時， 我終於想到，或許可以嘗試收聽音頻輸出，這在Windows下就是一件微不足道的事情。

還真的是！打開設備後，我會聽到白噪聲，每過20-30秒，就會聽到輕聲的咔嗒聲。顯然，檢測器正在工作，只不過是因為軟件的問題。

論一台舊電腦和聲卡的重要性

我不得不説，在嘗試使檢測器工作時，Oliver Keller太給力了。有一説一，聽他説一些關於音頻連接和聲卡的建議真的很重要。

       

GitHub主頁雙手奉上：

https://github.com/ozel

問題在現代PC中的聲卡（或芯片）太過智能了。它們主要任務是優化Skype和Zoom的麥克風輸入，但這也意味着消除了恰好是探測器發出的信號噪聲和多餘的喀噠聲。

因為現代技術假設檢測器信號為有害噪聲，所以我需要一些原始技術。我有一台舊的筆記本電腦——Asus EeePC901，大約是十年前買的。多年來，它一直兢兢業業的成為我的實驗工具人。

比如説， 我試過把它的內存升級到2GB，又把可笑的小型4GB SSD換成32GB。我還通過多個版本的Ubuntu將它從Windows XP Home升級到Windows 10 Home。你可能會驚訝於這樣的機器居然可以運行Windows 10和MS Office，只不過雖然可以運行，但是效果不佳。

不僅如此，我又將它備份（對VMWare進行了虛擬化），並安裝了Lubuntu的新副本。我還在FireFox下啓動了網絡示波器，此時我們終於有一個可以正常工作的檢測器：

         

你可以在屏幕截圖中清楚地看到檢測器脈衝。

噪聲有時會達到峯值，並可能導致讀數錯誤，但這些噪聲是很容易被發現的。虛假脈衝是單邊的，沒有真實脈衝的回彈峯。

從大約25克的氯化鉀中，我發現檢測器每分鐘有兩到三個脈衝。

那麼，接下來呢？

OK，既然檢測器能工作了，接下來還能用它來做什麼？

我們首先考慮的計劃是嘗試Python，確保我們可以看到並正確分析KCl的能譜， 然後將嘗試各種措施以減少電氣噪聲。我懷疑錫會向內部泄漏一點光，但是可以用黑色膠帶來補救。

第三步將從我在探測器中，對收集的小型礦物質進行實驗——那裏肯定有放射性的東西。

第四步會很有趣。不知道你是否聽説過古老的格言，即**香蕉也具有放射性？**我們計劃通過測量一團即美味又富含鉀的香蕉的β衰減率來證明這一點！

請大家拭目以待吧！

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