Gama Spektroskopi NaI(Tl) Dedektörlü Çok Kanallı Analizör MCA: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Selam, Hobi Gama Spektroskopisi ile ilgilenen herkese hoş geldiniz. Bu kısa makalede, MCA ile ev yapımı DIY Gamma Spektroskopi dedektörü oluşturma çalışma günlüğü sürecimi paylaşmak istiyorum. Bu bir rehber değil, sadece sürecin fotoğraflarını paylaşıyorum.

Projeye başladığımda, iyi doğrusallık ve % FWHM çözünürlüğü %8'den az olan taşınabilir pille çalışan bir cihaz yapmaya karar verdim. Devre, bir fotoçoğaltıcı tüp için yüksek voltaj geliştirir, darbe şeklini işlemek için analog elektroniğe ve darbeleri saymak ve spektrumları analiz etmek için dijital elektroniklere sahiptir.

Adım 1: NaI(Tl) Dedektörünün Yapılması

Dedektör, R9420 Hamamtsu fotoçoğaltıcı tüp ve 30x40mm NaI(Tl) sintilasyon kristali ile yapılmıştır. Kristal, tüp foto-katot penceresine optik olarak bağlanmıştır. Tüp, herhangi bir dış ışık fotonunun foto katoda girmesini önlemek için birkaç kat elektrik bandı ile kaplanmıştır. Bir gama ışını kristale çarptığında, PMT tüpü tarafından algılanması amaçlanan mikro ışık flaşı üretir. Işık flaşının yoğunluğu, gama ışını enerjisi hakkında bilgi içerir.

PMT tüpünü sürmek için yüksek voltaja ihtiyacımız var. Minyatür ve stabilize edilmiş 5V - 1000V dönüştürücü oluşturdum. Gama spektroskopisi ile uğraşırken, iyi sıcaklık kompanzasyonu ve uzun vadeli stabilite ile sıkı bir şekilde düzenlenmiş yüksek voltaja ihtiyacınız vardır. Modern elektronik bileşenler bu tasarımın oluşturulmasına izin verir.

Sürücü ayrıca dinotlar için voltaj bölücü ve doğrudan anot kablosuna monte edilmiş darbe işleme şarja duyarlı amplifikatör içerir. Bu kompakt tasarım düşük gürültü sinyaline sahiptir ve toprak döngülerinden kaçınmaya yardımcı olur.

Ev torna makinesinde alüminyum boru ile yapılan muhafaza. Profesyonel CNC değilim, her şey manuel çalışma ile yapılır.

Kapağın altına (fotoğraflarda gösterilmemiştir) LiPO pil, şarj cihazı ve LED göstergeli ek küçük pano yerleştirdim. Kablo bağlandığında dedektör otomatik olarak açılır. Bataryanın şarjı aynı kablo ve herhangi bir 5V adaptör ile yapılabilir.

Dedektörden tipik darbe şekli kapsam ekranını görebilirsiniz. Olduğu gibi, herhangi bir bilgisayar tabanlı MCA yazılımı ile kullanılabilir, örneğin PRA, Theremino veya BecqMonitor2011. Bu yazılım, sinyali analiz etmek için ses kartını kullanır.

En uygun yüksek voltaj ve amplifikatör ayarlarını bulmak için dedektör ayarlarına harcadığım 2 veya 3 akşamdan sonra, 662keV'de oldukça iyi doğrusallık ve ~%7,30 FWHM ile sonuçlandı.

Dedektör testi için 24bit ses adaptörlü ücretsiz BecqMonitor2011 kullandım.

2. Adım: Taşınabilir MCA Oluşturma

Dedektörümü taşınabilir bir cihaz olarak kullanmayı planladığım için, sinyali yakalayan ve spektrumları uSD sepetine CSV formatında kaydedebilen Çok Kanallı Analizör yaptım.

MHH-95A muhafazasını kullandım ve MCA'mın bu muhafazaya uygun PCB tasarımını oluşturdum. MCA, 10-bit ADC 1024 kanallı 8-bit PIC18 mikroişlemciye sahiptir.

128x64 ekran, spektrumların yalnızca kısmi bilgilerini gösterir. Tam 1024 bins verisi SD sepetine kaydedilir ve daha sonra BecqMonitor2011 tarafından açılabilir.

2xAA pil ile çalışan MCA elektroniği. Yazılımı kontrol etmek için 2 düğmesi ve Açma/Kapama için bir düğmesi vardır.

3. Adım: Sonuçlar

Tüm kurulum, 20keV-3000keV aralığında gama enerjisini algılayabilir, iyi doğrusallığa ve 662keV'de ~%7,30 FWHM'ye sahiptir.

İlk spektrum 1 saatlik Cs-137 log.scale'dir. Ka-40'ı 1460keV'de de görebilirsiniz

İkinci spektrum antika radyum saatidir Ra-226 lineer ölçek 30 dakika

Üçüncü spektrum, antik radyum izle Ra-226 günlüğüdür. ölçek 30 dakika

Dördüncü spektrum, thoriated fener mantosu Th-232 günlüğüdür. ölçek 30 dakika

Umarım bu makale bir sonraki yapınız için ilham verebilir!

Adım 4: Sonuçlar ve Maliyet

Proje ucuz DEĞİLDİR. Bu projede kullandığım her parça için tam bir maliyet özetim yok ama en pahalıları:

1. NaI(Tl) kristali. Bu örneği yaklaşık 200 dolara yeni satın aldım. Çözünürlüğü garanti ettiği ve günümüzde üretildiği için pahalıdır. Tecrübelerime göre eski stok kristaller sorunlu.

2. R9420 Fotoçoğaltıcı Tüp. 60 $ Kullandığım PMT tüpü yeni değil, güvenilir tedarikçiden iyi durumda.

3. Muhafaza imalatı. Kendim yapsam bile maliyeti var ve çok zamana ihtiyacı var. Aldığım az miktardaki malzemeler pahalı, örneğin boru, alüminyum çubuk ve plastik size nakliye dahil yaklaşık 100 dolara mal olabilir, ayrıca takımlar, uçlar vb. için işleme maliyetlerini de eklemeniz gerekiyor.

4. Elektronik prototipleme ve PCB üretimi. Maliyeti yüksek - $$$$, bu konuda harcadığım toplam saatleri, günleri ve ayları sayamıyorum bile. Ayrıca düşük maliyetli ebay-ali elektronik bileşenlerden kaçınmaya çalışıyorum. MCA mikroişlemci yazılımı da benim tarafımdan yazılmıştır. Benim için çok fazla kaynak ve zaman aldı, kendi hesabına çalışan bir yapımcı ve öğrenci olarak kaynak dosyalarımı paylaşmamayı tercih ediyorum çünkü maliyetlerimi asla karşılamayacak, üzgünüm. Ancak yaratıcıysanız ve işbirliğine açıksanız, bana iş birliği için bir teklif yazabilirsiniz.

5. Kablolar, krikolar, piller, malzemeler, yapıştırıcılar, bantlar vb. diğer tüm parçalar yaklaşık 100 $ 'dır, evet burada küçük şeyler fark yaratır…

Sonuçlar: Bence proje harika bir performansa sahip. Yiyecekleri, mantarları, meyveleri analiz edebilirim, yağmur suyunda radon kızları bulabilir, beton malzemeleri veya mineralleri 20keV-3000keV gama enerjisi aralığında radyoaktif izotoplar için test edebilirim. Kendin-yap projesi olarak tüm yüksek maliyetine rağmen, bunu profesyonel laboratuvar sınıfı gama spektrometreleriyle karşılaştırırsanız yine de çok ucuz. En yaygın ve tehlikeli gama izotopları cihaz tarafından kolaylıkla tespit edilebilir.