Daudzkanālu analizators MCA ar gamma spektroskopijas NaI (Tl) detektoru: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Sveiki, Laipni lūdzam visus, kurus interesē hobija gamma spektroskopija. Šajā īsajā rakstā es tikai vēlos dalīties ar savu darba žurnāla procesu, kā izveidot pašdarinātu DIY gammaspektroskopijas detektoru ar MCA. Tas nav ceļvedis, es dalos tikai ar procesa fotogrāfijām.

Uzsākot projektu, es nolēmu izgatavot pārnēsājamu ar baterijām darbināmu ierīci ar labu linearitāti un FWHM% izšķirtspēju mazāk nekā 8%. Ķēde attīsta augstspriegumu fotomulgotāja caurulei, tai ir analogā elektronika, lai apstrādātu impulsa formu, un tai ir digitālā elektronika, lai skaitītu impulsus un analizētu spektrus.

1. darbība: izveidojiet NaI (Tl) detektoru

Detektora konstrukcija ir aprīkota ar R9420 Hamamtsu fotomulgotāja cauruli un 30x40 mm NaI (Tl) scintilācijas kristālu. Kristāls ir optiski savienots ar caurules fotokatoda logu. Caurule ir pārklāta ar vairākiem elektriskās lentes slāņiem, lai novērstu jebkādu ārēju gaismas fotonu iekļūšanu fotokatodā. Kad gamma stars nokrīt uz kristāla, tas rada mikro gaismas zibspuldzi, kuru paredzēts atklāt ar PMT cauruli. Gaismas zibspuldzes intensitāte sastāv no informācijas par gamma staru enerģiju.

Lai vadītu PMT cauruli, mums ir nepieciešams augstspriegums. Es izveidoju miniatūru un stabilizētu 5V līdz 1000V pārveidotāju. Strādājot ar gamma spektroskopiju, jums ir nepieciešams stingri regulēts augstspriegums ar labu temperatūras kompensāciju un ilgtermiņa stabilitāti. Mūsdienu elektroniskie komponenti ļauj izveidot šo dizainu.

Vadītājā ir arī sprieguma dalītājs dinodiem un impulsa apstrādes jaudas pastiprinātājs, kas uzstādīts tieši uz anoda stieples. Šim kompaktajam dizainam ir zems trokšņa signāls un tas palīdz izvairīties no zemes cilpām.

Korpuss izgatavots no alumīnija caurules mājas virpas mašīnā. Es neesmu profesionāls CNC, viss tiek darīts ar roku darbu.

Zem vāka (fotoattēlos nav parādīts) es uzstādīju papildu mazu dēli ar LiPO akumulatoru, lādētāju un LED indikatoru. Detektors automātiski ieslēdzas, kad ir pievienots kabelis. Akumulatoru var uzlādēt ar to pašu kabeli un jebkuru 5V adapteri.

No detektora var redzēt tipisku impulsa formas diapazona ekrānu. To var izmantot ar jebkuru datorizētu MCA programmatūru, piemēram, PRA, Theremino vai BecqMonitor2011. Šī programmatūra izmanto audio grozu, lai analizētu signālu.

Pēc 2 vai 3 vakariem es pavadīju detektora pielāgojumus, lai atrastu optimālus augstsprieguma un pastiprinātāja iestatījumus, tas galu galā iegūst diezgan labu linearitāti un ~ 7,30% FWHM% uz 662keV

Detektora testam es izmantoju bezmaksas programmatūru BecqMonitor2011 ar 24 bitu audio adapteri.

2. darbība. Pārnēsājamas MCA izveide

Tā kā es plānoju izmantot savu detektoru kā pārnēsājamu ierīci, es izveidoju daudzkanālu analizatoru, kas var uztvert signālu un saglabāt spektrus uSD grozā CSV formātā.

Es izmantoju korpusu MHH-95A un izveidoju sava MCA PCB dizainu, kas atbilst šim korpusam. MCA ir 8 bitu PIC18 mikroprocesors ar 10 bitu ADC 1024 kanāliem.

128x64 displejs parāda tikai daļēju spektra informāciju. Pilni 1024 tvertņu dati tiek saglabāti SD grozā, un tos vēlāk var atvērt BecqMonitor2011.

MCA elektroniku darbina 2xAA baterijas. Tam ir 2 pogas, lai kontrolētu programmatūru, un viena poga ieslēgšanai/izslēgšanai.

3. darbība. Rezultāti

Visa iestatīšana var noteikt gamma enerģiju diapazonā no 20keV-3000keV, tai ir laba linearitāte un ~ 7,30% FWHM% pie 662keV.

Pirmie spektri ir 1 stunda Cs-137 log. Skalas. Jūs varat redzēt arī Ka-40 pie 1460keV

Otrais spektrs ir antīks radija pulkstenis Ra-226 lineārā skala 30 minūtes

Trešais spektrs ir antīkais rādija pulkstenis Ra-226 log. skala 30 minūtes

Ceturtais spektrs ir thoriated laternu apvalks Th-232 log. skala 30 minūtes

Ceru, ka šis raksts var sniegt iedvesmu jūsu nākamajai būvei!

4. solis. Secinājumi un izmaksas

Projekts NAV lēts. Man nav precīzu izmaksu kopsavilkuma par katru daļu, ko izmantoju šajā projektā, bet visdārgākās ir:

1. NaI (Tl) kristāls. Es nopirku šo paraugu jaunu par aptuveni 200 USD. Tas ir dārgs galvenokārt tāpēc, ka tam ir garantēta izšķirtspēja un tas tiek ražots mūsdienās. Manā pieredzē vecie akciju kristāli ir problemātiski.

2. R9420 fotopavairotāja caurule. 60 ASV dolāri PMT caurule, kuru izmantoju, nav jauna, bet labā stāvoklī no uzticama piegādātāja.

3. Korpusu ražošana. Pat es to daru pats, tas maksā un prasa daudz laika. Materiāli nelielā daudzumā, ko es pērku, ir dārgi, piemēram, caurule, alumīnija stienis un plastmasa var izmaksāt aptuveni 100 USD, ieskaitot piegādi, jums ir jāpievieno arī apstrādes izmaksas instrumentiem, ieliktņiem utt.

4. Elektronikas prototipēšana un PCB ražošana. Izmaksas ir augstas - $$$$, es pat nevaru saskaitīt kopējās stundas, dienas un mēnešus, ko pavadīju par šo tēmu. Turklāt es cenšos izvairīties no lētiem ebay-ali elektroniskajiem komponentiem. Arī MCA mikroprocesora programmatūra ir manis rakstīta. Man vajadzēja pārāk daudz resursu un laika, jo kā pašnodarbināta veidotāja un studente es izvēlos nekopīgot savus avota failus, jo tas nekad nesedz manas izmaksas, atvainojiet. Bet, ja esat radošs un atvērts sadarbībai, varat man uzrakstīt priekšlikumu biznesa sadarbībai.

5. Visas pārējās detaļas, piemēram, kabeļi, domkrati, baterijas, materiāli, līmes, lentes un citi, ir aptuveni 100 ASV dolāri, un šeit viss ir atšķirīgs …

Secinājumi: Manuprāt, projektam ir lielisks sniegums. Es varu analizēt pārtiku, sēnes, ogas, atrast radona meitas lietus ūdenī, pārbaudīt betona materiālus vai minerālvielas radioaktīvajiem izotopiem gamma enerģijas diapazonā 20keV-3000keV. Pat ar visām augstām izmaksām kā DIY projekts, tas joprojām ir ļoti lēts, ja salīdzina to ar profesionāliem laboratorijas kvalitātes gamma spektrometriem. Ierīce var viegli noteikt visbiežāk sastopamos un bīstamos gamma izotopus.