Večkanalni analizator MCA z detektorjem gama spektroskopije NaI (Tl): 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Zdravo, Dobrodošli vsi, ki jih zanima hobi gama spektroskopija. V tem kratkem članku želim samo deliti svoj delovni dnevnik ustvarjanja domačega detektorja gama spektroskopije DIY z MCA. To ni vodnik, delim samo fotografije procesa.

Ko sem začel s projektom, sem se odločil, da bom prenosno baterijsko napravo z dobro linearnostjo in ločljivostjo FWHM% manj kot 8%. Vezje razvija visokonapetostno cev za fotomnoževalnik, ima analogno elektroniko za obdelavo oblike impulza in ima digitalno elektroniko za štetje impulzov in analizo spektrov.

1. korak: Izdelava detektorja NaI (Tl)

Detektor je izdelan s cevjo za fotomnoževanje R9420 Hamamtsu in scintilacijskim kristalom NaI (Tl) 30x40 mm. Kristal je optično povezan s cevnim oknom s foto-katodo. Cev je prekrita z več plastmi električnega traku, ki preprečuje vdor fotonov zunanje svetlobe v foto-katodo. Ko gama žarek udari v kristal, proizvede mikro svetlobni blisk, ki ga namerava zaznati PMT cev. Intenzivnost svetlobnega bliska vsebuje informacije o energiji gama žarka.

Za pogon PMT cevi potrebujemo visoko napetost. Ustvaril sem miniaturni in stabiliziran povečevalni pretvornik 5V do 1000V. Ko se ukvarjate z gama spektroskopijo, potrebujete strogo regulirano visoko napetost z dobro temperaturno kompenzacijo in dolgotrajno stabilnostjo. Sodobne elektronske komponente omogočajo ustvarjanje te zasnove.

Gonilnik vključuje tudi delilnik napetosti za dinode in ojačevalnik, občutljiv na naboj, ki je namenjen obdelavi impulzov, nameščen neposredno na anodno žico. Ta kompaktna oblika ima nizek signal hrupa in pomaga pri izogibanju zank na tleh.

Ohišje iz aluminijaste cevi na stroju za stružnico za dom. Nisem profesionalni CNC, vse je narejeno z ročnim delom.

Pod pokrov (ni prikazan na fotografijah) sem namestil dodatno majhno ploščo z LiPO baterijo, polnilnikom in LED indikatorjem. Detektor se samodejno vklopi, ko je kabel priključen. Polnjenje baterije je mogoče z istim kablom in katerim koli 5V adapterjem.

Z detektorja si lahko ogledate zaslon z obsegom značilne oblike impulza. Tako kot je mogoče ga je uporabljati s katero koli računalniško zasnovano programsko opremo MCA, na primer PRA, Theremino ali BecqMonitor2011. Ta programska oprema uporablja zvočni voziček za analizo signala.

Po dveh ali treh večerih sem porabil za prilagajanje detektorja, da bi našel optimalne nastavitve visoke napetosti in ojačevalnika, na koncu ima precej dobro linearnost in ~ 7,30% FWHM% na 662keV

Za preizkus detektorja sem uporabil brezplačno programsko opremo BecqMonitor2011 s 24 -bitnim zvočnim vmesnikom.

2. korak: Prenosni MCA

Ker sem svoj detektor nameraval uporabiti kot prenosno napravo, sem izdelal večkanalni analizator, ki lahko zajame signal in shrani spektre v voziček v formatu CSV.

Uporabil sem ohišje MHH-95A in ustvaril PCB zasnovo svojega MCA, ki ustreza temu ohišju. MCA ima 8-bitni PIC18 mikroprocesor z 10-bitnimi ADC 1024 kanali.

Zaslon 128x64 prikazuje le delne informacije o spektru. Celotni podatki o 1024 posodah se shranijo v košarico SD in jih lahko BecqMonitor2011 pozneje odpre.

Elektronika MCA se napaja iz baterij 2xAA. Ima 2 gumba za upravljanje programske opreme in en gumb za vklop/izklop.

3. korak: Rezultati

Celotna nastavitev lahko zazna energijo gama v območju 20keV-3000keV, ima dobro linearnost in ~ 7,30% FWHM% pri 662keV.

Prvi spektri so 1 ura merjenja Cs-137 log. Ka-40 lahko vidite tudi pri 1460keV

Drugi spekter je starinska radijska ura Ra-226, linearna lestvica 30 minut

Tretji spekter je starinska ura iz radija Ra-226 log. lestvica 30 minut

Četrti spekter je torziran plašč luči Th-232 log. lestvica 30 minut

Upam, da vam bo ta članek navdihnil vašo naslednjo gradnjo!

4. korak: Sklepi in stroški

Projekt NI poceni. Nimam natančnega povzetka stroškov za vsak del, ki sem ga uporabil v tem projektu, vendar so najdražji:

1. NaI (Tl) kristal. Ta vzorec sem kupila novega za približno 200 USD. Draga je predvsem zato, ker ima zajamčeno ločljivost in je današnja izdelava. Po mojih izkušnjah so stari kristali iz zaloge problematični.

2. Cev za fotomnoževalnik R9420. 60 USD PMT cev, ki sem jo uporabil, ni nova, je pa v dobrem stanju od zaupanja vrednega dobavitelja.

3. Izdelava ohišja. Tudi jaz to počnem sam, stalo je in potrebuje veliko časa. Materiali v majhnih količinah, ki jih kupim, so dragi, na primer cev, aluminijasta palica in plastika vas lahko stanejo približno 100 USD, vključno z ladijskim stroškom, poleg tega morate dodati stroške obdelave orodja, vložkov itd.

4. Prototipiranje elektronike in izdelava PCB. Stroški so visoki - $$$$, sploh ne morem šteti skupnih ur, dni in mesecev, ki sem jih porabil za to temo. Poleg tega se poskušam izogniti poceni elektronskim komponentam ebay-ali. Mikroprocesorsko programsko opremo MCA sem napisal tudi jaz. Vzelo mi je preveč sredstev in časa, saj se kot samozaposleni ustvarjalec in študent odločim, da ne bom delil svojih izvornih datotek, ker to nikoli ne bo pokrilo mojih stroškov, žal. Če pa ste ustvarjalni in odprti za sodelovanje, mi lahko napišete predlog za poslovno sodelovanje.

5. Vsi drugi deli, kot so kabli, vtičnice, baterije, materiali, lepila, trakovi itd.

Zaključki: Po mojem mnenju je projekt odličen. Lahko analiziram hrano, gobe, jagode, najdem radonske hčere v deževnici, preizkusim betonske materiale ali minerale za radioaktivne izotope v območju energije gama 20keV-3000keV. Čeprav je projekt DIY zelo visok, je še vedno zelo poceni, če ga primerjate s profesionalnimi laboratorijskimi gama spektrometri. Naprava lahko zlahka zazna najpogostejše in nevarne izotope gama.