Többcsatornás analizátor MCA gamma spektroszkópiás NaI (Tl) detektorral: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Szia, Üdvözlök mindenkit, akit érdekel a hobbis gammaspektroszkópia. Ebben a rövid cikkben csak meg szeretném osztani a házi DIY gamma spektroszkópia detektor létrehozásának munkanaplóját az MCA-val. Ez nem útmutató, csak fényképeket osztok meg a folyamatról.

Amikor elkezdtem a projektet, úgy döntöttem, hogy hordozható, akkumulátorral működő eszközt készítek, jó linearitással és 8% alatti FWHM% felbontással. Az áramkör nagyfeszültséget alakít ki egy fotomulszorozó cső számára, analóg elektronikával rendelkezik az impulzus alakjának feldolgozásához, és digitális elektronikával rendelkezik az impulzusok számlálásához és a spektrumok elemzéséhez.

1. lépés: NaI (Tl) detektor készítése

Az érzékelő R9420 Hamamtsu fotomultiplikátor csővel és 30x40 mm -es NaI (Tl) szcintillációs kristállyal készült. A kristály optikailag a cső fotokatód ablakához van csatlakoztatva. A csövet több réteg elektromos szalag borítja, hogy megakadályozza a külső fény fotonok bejutását a fotokatódba. Amikor egy gammasugár ütközik a kristályba, mikrofény villanást eredményez, amelyet PMT cső érzékel. A fényvillanás intenzitása a gamma -sugárzás energiájáról tartalmaz információkat.

A PMT cső meghajtásához nagy feszültségre van szükségünk. Létrehoztam egy miniatűr és stabilizált 5V-1000V átalakítót. Amikor gamma -spektroszkópiával foglalkozik, szigorúan szabályozott nagyfeszültségre van szüksége, jó hőmérséklet -kompenzációval és hosszú távú stabilitással. A modern elektronikus alkatrészek lehetővé teszik ennek a kialakításnak a létrehozását.

A meghajtó tartalmaz továbbá feszültségosztót a dinódákhoz és impulzusfeldolgozó töltésérzékeny erősítőt, közvetlenül az anódvezetékre szerelve. Ez a kompakt kialakítás alacsony zajszintű, és segít elkerülni a földhurokokat.

A ház alumínium csővel készült otthoni esztergagépen. Nem vagyok profi CNC, minden kézi munkával történik.

A fedél alá (a képeken nem látható) további kis táblát szereltem fel LiPO akkumulátorral, töltővel és LED -es visszajelzővel. Az érzékelő automatikusan bekapcsol, ha kábelt csatlakoztat. Az akkumulátor töltése ugyanazzal a kábellel és bármilyen 5V -os adapterrel történhet.

Az érzékelőből látható tipikus impulzus alakú képernyő. Bármilyen számítógépes MCA szoftverrel használható, például PRA, Theremino vagy BecqMonitor2011. Ezek a szoftverek hangkocsit használnak a jel elemzésére.

Két vagy három este után az érzékelők beállításával töltöttem, hogy megtaláljam az optimális nagyfeszültségű és erősítőbeállításokat, és végül nagyon jó linearitással és ~ 7,30% FWHM% -kal 662keV

Az érzékelőteszthez a BecqMonitor2011 ingyenes szoftvert használtam, 24 bites audio adapterrel.

2. lépés: Hordozható MCA készítése

Mivel azt terveztem, hogy az érzékelőmet hordozható eszközként fogom használni, többcsatornás elemzőt készítettem, amely képes rögzíteni a jelet és menteni a spektrumokat az uSD kosárba CSV formátumban.

Az MHH-95A házat használtam, és elkészítettem az MCA-m PCB tervezését, amely illeszkedik ehhez a házhoz. Az MCA 8 bites PIC18 mikroprocesszorral rendelkezik, 10 bites ADC 1024 csatornákkal.

A 128x64 -es kijelző csak részleges információkat tartalmaz a spektrumokról. A teljes 1024 tárolóadat SD -kosárba kerül, és a BecqMonitor2011 később megnyithatja.

Az MCA elektronika 2xAA elemekkel működik. 2 gombbal rendelkezik a szoftver vezérléséhez, és egy gombbal a be- és kikapcsoláshoz.

3. lépés: Eredmények

A teljes beállítás 20keV-3000keV tartományban képes észlelni a gamma energiát, jó linearitású és ~ 7,30% FWHM% 662keV-on.

Az első spektrum 1 óra Cs-137 log.skála. Látható a Ka-40 1460keV-on is

A második spektrum az antik Rádium óra Ra-226 lineáris skála 30 perc

A harmadik spektrum az antik Rádium óra Ra-226 log. skála 30 perc

A negyedik spektrum a Th-232 log thoriated lámpás palást. skála 30 perc

Remélem, ez a cikk inspirációt adhat a következő építéshez!

4. lépés: Következtetések és költségek

A projekt NEM olcsó. Nincs pontos költségösszegzésem a projektben felhasznált minden alkatrészre vonatkozóan, de a legdrágábbak a következők:

1. NaI (Tl) kristály. Ezt a mintát újonnan vásároltam, körülbelül 200 dollárért. Leginkább azért drága, mert garantált felbontású, és manapság gyártják. Tapasztalataim szerint a régi törzskristályok problémásak.

2. R9420 fénysokszorozó cső. $ 60 Az általam használt PMT cső nem új, de jó állapotú megbízható szállítótól.

3. Házak gyártása. Még akkor is, ha magam csinálom, sokba kerül, és sok időt igényel. A kis mennyiségben vásárolt anyagok drágák, például a cső, az alumínium rúd és a műanyag körülbelül 100 dollárba kerülhet szállítással együtt, és meg kell adni a szerszámok, betétek stb. Megmunkálási költségeit.

4. Elektronikai prototípus -készítés és NYÁK -gyártás. A költségek magasak - $$$$, nem is tudom számolni a teljes órákat, napokat és hónapokat, amelyeket ezzel a témával töltöttem. Ezen kívül igyekszem elkerülni az olcsó ebay-ali elektronikus alkatrészeket. Az MCA mikroprocesszoros szoftvert én is írtam. Túl sok erőforrást és időt vett igénybe számomra, önálló vállalkozóként és diákként úgy döntök, hogy nem osztom meg a forrásfájljaimat, mert ez soha nem fogja fedezni a költségeimet. De ha kreatív és nyitott az együttműködésre, írhat nekem egy üzleti együttműködési javaslatot.

5. Az összes többi alkatrész, mint a kábelek, jackek, elemek, anyagok, ragasztók, szalagok stb. Körülbelül 100 dollár, kb.

Következtetések: Véleményem szerint a projekt nagy teljesítményt nyújt. Képes vagyok elemezni az ételeket, gombákat, bogyókat, radon lányokat találni az esővízben, beton anyagokat vagy ásványokat tesztelni radioaktív izotópokra a 20keV-3000keV gamma energia tartományban. Még barkácsprojekt magas költségei ellenére is nagyon olcsó, ha professzionális laboratóriumi minőségű gamma -spektrométerekkel hasonlítjuk össze. A leggyakoribb és legveszélyesebb gamma -izotópokat a készülék könnyen észleli.