Физика на коленке: энтузиаст собрал детектор бета-частиц за 10 долларов

Энтузиаст-изобретатель Тим создал бюджетный детектор частиц, стоимость которого не превышает 10 долларов за плату. Это устройство способно обнаруживать бета-частицы, испускаемые природным изотопом калия-40.

Ключевой компонент детектора — набор фотодиодов, заключенных в защитный «сэндвич» из печатных плат. Когда высокоэнергетический электрон взаимодействует с полупроводником в фотодиоде, он создает измеримый импульс напряжения. Этот сигнал усиливается несколькими каскадами и затем обрабатывается микроконтроллером RP2040.

Примечательно, что источником бета-частиц в эксперименте выступает калий-40 — радиоактивный изотоп, присутствующий во многих обыденных предметах. Благодаря этому для проведения опытов не требуются редкие элементы или труднодоступные изотопы.

Проект Тима рассчитан на образовательные цели и предполагает массовое производство. Он наглядно показывает, что для экспериментов в области физики элементарных частиц не обязательны ни дорогостоящие ускорители, ни государственное финансирование.

Эта разработка — часть набирающей обороты тенденции, благодаря которой сложные научные приборы становятся доступными для широкой публики. Ранее уже были представлены детектор мюонов стоимостью около 100 долларов и детектор альфа-частиц на основе медного провода под высоким напряжением.

Тим опубликовал документацию по своему проекту на GitHub , чтобы другие энтузиасты могли воспроизвести его работу.

Бета-частицы представляют собой высокоэнергетические электроны или позитроны, испускаемые при радиоактивном распаде атомных ядер. Их обнаружение имеет важное значение в различных областях науки и техники. В медицине детекторы бета-частиц используются для диагностики и лечения рака, в экологии – для мониторинга радиационного фона, а в археологии – для датирования органических материалов методом радиоуглеродного анализа.

Изучение бета-частиц также помогает ученым глубже понять фундаментальные законы физики и процессы, происходящие внутри звезд. Доступные детекторы открывают новые горизонты для любительских исследований и образовательных программ.