Mitme kanaliga analüsaator MCA koos gammaspektroskoopia NaI (Tl) detektoriga: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Tere, Tere tulemast kõigile, keda huvitab gamma -spektroskoopia. Selles lühikeses artiklis tahan lihtsalt jagada oma töölogi protsessi omatehtud isetehtud gammaspektroskoopia detektori loomiseks MCA-ga. See ei ole juhend, jagan ainult fotosid protsessist.

Projekti alustades otsustasin teha kaasaskantava akuga seadme, millel on hea lineaarsus ja FWHM% eraldusvõime alla 8%. Ahel arendab fotokordisti toru jaoks kõrgepinget, sellel on analoog -elektroonika impulsi kuju töötlemiseks ja digitaalne elektroonika impulsside loendamiseks ja spektrite analüüsimiseks.

Samm: valmistage NaI (Tl) detektor

Detektor koosneb R9420 Hamamtsu fotokordisti torust ja 30x40 mm NaI (Tl) stsintillatsioonikristallist. Kristall on optiliselt ühendatud toru fotokatoodi aknaga. Toru on kaetud mitme kihi elektrilindiga, vältimaks väliste valgusfootonite sattumist fotokatoodisse. Kui gammakiirgus lööb kristalli, tekitab see mikrovalguse, mis on mõeldud PMT -toru tuvastamiseks. Valgusvälgu intensiivsus sisaldab teavet gammakiirguse energia kohta.

PMT -toru juhtimiseks vajame kõrgepinget. Lõin miniatuurse ja stabiliseeritud 5V kuni 1000V muunduri. Kui tegelete gammaspektroskoopiaga, vajate rangelt reguleeritud kõrgepinget, millel on hea temperatuuri kompenseerimine ja pikaajaline stabiilsus. Kaasaegsed elektroonilised komponendid võimaldavad seda disaini luua.

Juht sisaldab ka pingejaoturit dünoodide jaoks ja impulssitöötluse laengutundlikku võimendit, mis on paigaldatud otse anoodtraadile. Sellel kompaktsel konstruktsioonil on madal mürasignaal ja see aitab vältida maapealseid silmuseid.

Korpus on valmistatud alumiiniumtorust kodusel treipingil. Ma ei ole professionaalne CNC, kõik tehakse käsitsi.

Katte alla (fotodel pole näidatud) paigaldasin täiendava väikese tahvli LiPO aku, laadija ja LED -indikaatoriga. Andur lülitub kaabli ühendamisel automaatselt sisse. Akut saab laadida sama kaabli ja 5V adapteri abil.

Detektorist näete tüüpilist impulsi kuju ulatuse ekraani. Sellisena saab seda kasutada mis tahes arvutipõhise MCA tarkvaraga, näiteks PRA, Theremino või BecqMonitor2011. See tarkvara kasutab signaali analüüsimiseks helikorvi.

Pärast 2 või 3 õhtut kulutasin detektori reguleerimisele, et leida optimaalsed kõrgepinge ja võimendi seaded, lõpuks on see üsna hea lineaarsusega ja ~ 7,30% FWHM% 662keV

Detektori testimiseks kasutasin tasuta BecqMonitor2011 koos 24 -bitise audioadapteriga.

2. toiming: kaasaskantava MCA tegemine

Kuna plaanisin oma detektorit kasutada kaasaskantava seadmena, valmistasin mitme kanaliga analüsaatori, mis suudab signaali jäädvustada ja spektreid CSV -vormingus uSD -ostukorvi salvestada.

Kasutasin korpust MHH-95A ja lõin oma MCA PCB disaini, mis sobib selle korpusega. MCA-l on 8-bitine PIC18 mikroprotsessor 10-bitiste ADC 1024 kanalitega.

128x64 ekraan näitab ainult osalist teavet spektrite kohta. Kõik 1024 prügikasti andmed salvestatakse SD -ostukorvi ja neid saab hiljem avada BecqMonitor2011.

MCA elektroonika töötab 2xAA patareidega. Sellel on 2 nuppu tarkvara juhtimiseks ja üks nupp sisse/välja.

3. samm: tulemused

Kogu seadistus suudab tuvastada gammaenergiat vahemikus 20keV-3000keV, sellel on hea lineaarsus ja ~ 7,30% FWHM% 662keV juures.

Esimene spekter on 1 tund Cs-137 log. Skaalat. Näete ka Ka-40 kiirusel 1460keV

Teine spekter on antiikne raadiumikell Ra-226 lineaarne skaala 30 minutit

Kolmas spekter on antiikne raadiumi käekell Ra-226 log. skaala 30 minutit

Neljas spekter on thoriated laterna vahevöö Th-232 log. skaala 30 minutit

Loodan, et see artikkel võib teie järgmise ehituse jaoks inspiratsiooni tuua!

4. samm: järeldused ja maksumus

Projekt EI OLE odav. Mul ei ole täpset kulude kokkuvõtet iga selle projekti jaoks kasutatud osa kohta, kuid kõige kallimad on:

1. NaI (Tl) kristall. Ostsin selle proovi uuena umbes 200 dollari eest. See on kallis peamiselt seetõttu, et sellel on tagatud eraldusvõime ja seda toodetakse tänapäeval. Vanad varukristallid on minu kogemuse põhjal problemaatilised.

2. R9420 fotokordisti toru. $ 60 PMT toru, mida ma kasutasin, ei ole uus, kuid usaldusväärse tarnija heas seisukorras.

3. Korpuste tootmine. Isegi ma teen seda ise, see on maksnud ja nõuab palju aega. Väikeses koguses ostetud materjalid on kallid, näiteks toru, alumiiniumvarras ja plastik võivad teile maksta umbes 100 dollarit koos saatmisega, samuti peate lisama tööriistade, vahetükkide jms töötlemiskulud.

4. Elektroonika prototüüpimine ja trükkplaatide tootmine. Maksumus on kõrge - $$$$, ma isegi ei suuda kokku lugeda sellel teemal kulutatud tunde, päevi ja kuid. Lisaks püüan vältida odavaid ebay-ali elektroonikakomponente. MCA mikroprotsessori tarkvara kirjutas ka mina. Mul kulus liiga palju ressursse ja aega, kuna FIE tegija ja üliõpilasena otsustan oma allikafaile mitte jagada, sest see ei kata kunagi minu kulusid. Aga kui olete loominguline ja avatud koostööle, võite kirjutada mulle ettepaneku ärikoostööks.

5. Kõik muud osad, nagu kaablid, tungrauad, patareid, materjalid, liimid, lindid jms, on umbes 100 dollarit, siin on erinevusi…

Järeldused: Minu arvates on projekt suurepärase jõudlusega. Saan analüüsida toitu, seeni, marju, leida vihmaveest radoonitütreid, katsetada betoonmaterjale või mineraalaineid radioaktiivsete isotoopide jaoks vahemikus gammaenergia 20keV-3000keV. Isegi kui kõik DIY -projektid on kallid, on see siiski väga odav, kui võrrelda seda professionaalsete laboriklassi gammaspektromeetritega. Kõige tavalisemaid ja ohtlikumaid gamma isotoope saab seadme abil hõlpsasti tuvastada.