Многоканален анализатор MCA с детектор на гама -спектроскопия NaI (Tl): 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Здравей, Добре дошли на всички, които се интересуват от хоби гама спектроскопия. В тази кратка статия просто искам да споделя моя работен дневник за създаването на домашен детектор за гама-спектроскопия DIY с MCA. Това не е ръководство, споделям само снимки на процеса.

Когато започнах проекта, реших да направя преносимо устройство с батерия с добра линейност и FWHM% резолюция по -малко от 8%. Веригата развива високо напрежение за фотоумножителна тръба, има аналогова електроника за обработка на формата на импулса и има цифрова електроника за преброяване на импулси и анализ на спектри.

Стъпка 1: Създаване на NaI (Tl) детектор

Детекторът е изграден с фотоумножителна тръба R9420 Hamamtsu и 30x40 mm NaI (Tl) сцинтилационен кристал. Кристалът е оптично свързан към прозореца с фотокатод на тръбата. Тръбата е покрита с няколко слоя електрическа лента, за да се предотврати навлизането на външни светлинни фотони във фотокатода. Когато гама лъч удари кристала, той произвежда микро светлинна светкавица, която е предназначена да бъде открита от PMT тръбата. Интензитетът на светлинната светкавица се състои от информация за енергията на гама лъчите.

За да задвижваме PMT тръбата се нуждаем от високо напрежение. Създадох миниатюрен и стабилизиран повишаващ преобразувател 5V към 1000V. Когато се занимавате с гама -спектроскопия, имате нужда от строго регулирано високо напрежение с добра температурна компенсация и дългосрочна стабилност. Съвременните електронни компоненти позволяват да се създаде този дизайн.

Драйверът включва също делител на напрежение за диноди и усилвател, чувствителен към импулсна обработка, инсталиран директно върху аноден проводник. Този компактен дизайн има нисък шум и помага да се избегнат контурите на земята.

Корпусът е направен с алуминиева тръба на домашна стругова машина. Не съм професионален CNC, всичко се прави с ръчна работа.

Под капака (не е показано на снимките) инсталирах допълнителна малка платка с LiPO батерия, зарядно и LED индикатор. Детекторът се включва автоматично, когато кабелът е свързан. Зареждането на батерията може да стане със същия кабел и всеки 5V адаптер.

Можете да видите типичен екран на обхвата на формата на импулса от детектора. Така или иначе, той може да се използва с всеки компютърно базиран MCA софтуер, например PRA, Theremino или BecqMonitor2011. Този софтуер използва аудио количка за анализ на сигнала.

След 2 или 3 вечери прекарах в настройките на детектора, за да намеря оптимални настройки за високо напрежение и усилвател, той завършва с доста добра линейност и ~ 7,30% FWHM% на 662keV

За теста на детектора използвах безплатен софтуер BecqMonitor2011 с 24 -битов аудио адаптер.

Стъпка 2: Направете преносим MCA

Тъй като планирах да използвам своя детектор като преносимо устройство, направих многоканален анализатор, който може да улавя сигнал и да запазва спектри в usD кошница в CSV формат.

Използвах корпус MHH-95A и създадох дизайн на печатна платка на моя MCA, който отговаря на този корпус. MCA има 8-битов PIC18 микропроцесор с 10-битов ADC 1024 канала.

Дисплеят 128x64 показва само частична информация за спектрите. Пълни данни от 1024 контейнера се записват в SD кошница и могат да бъдат отворени по -късно от BecqMonitor2011.

MCA електрониката се захранва от 2xAA батерии. Той има 2 бутона за управление на софтуера и един бутон за включване/изключване.

Стъпка 3: Резултати

Цялата настройка може да открие гама енергия в диапазона 20keV-3000keV, има добра линейност и ~ 7.30% FWHM% при 662keV.

Първите спектри са 1 час Cs-137 log.scal. Можете също да видите Ka-40 при 1460keV

Вторият спектър е античен радиев часовник Ra-226 линеен мащаб 30 минути

Трети спектър е античен радиев часовник Ra-226 log. скала 30 минути

Четвъртият спектър е мантия на Thor 232 на Thor 2300. скала 30 минути

Надявам се тази статия да донесе вдъхновение за следващото ви изграждане!

Стъпка 4: Заключения и разходи

Проектът НЕ е евтин. Нямам точно обобщение на разходите за всяка част, която използвах в този проект, но най -скъпите са:

1. NaI (Tl) кристал. Купих тази проба нова за около 200 долара. Той е скъп най -вече защото има гарантирана разделителна способност и се произвежда в днешно време. Старият стоков кристал е проблематичен според моя опит.

2. Фотоумножителна тръба R9420. $ 60 Тръбата PMT, която използвах, не е нова, но е в добро състояние от надежден доставчик.

3. Производство на корпуси. Дори аз го правя сам, струваше ми и ми трябва много време. Материалите в малки количества, които купувам, са скъпи, например тръба, алуминиев прът и пластмаса могат да ви струват около $ 100, включително доставка, също така трябва да добавите разходи за обработка на инструменти, вложки и т.н.

4. Прототипиране на електроника и производство на печатни платки. Цената е висока - $$$$, дори не мога да преброя общите часове, дни и месеци, които прекарах по тази тема. Освен това се опитвам да избягвам евтини електронни компоненти на ebay-ali. Софтуерът за микропроцесор MCA, написан и от мен. Отне ми твърде много ресурси и време, тъй като като самостоятелно заето лице и студент избирам да не споделям изходните си файлове, защото това никога няма да покрие разходите ми, съжалявам. Но ако сте креативни и отворени за сътрудничество, можете да ми напишете предложение за бизнес сътрудничество.

5. Всички други части наоколо като кабели, жакове, батерии, материали, лепила, ленти и т.н. са около 100 долара, да, малките неща правят разлика тук …

Изводите: Според мен проектът има отлично представяне. Мога да анализирам храна, гъби, горски плодове, да намеря дъщери на радон в дъждовна вода, да тествам бетонни материали или минерали за радиоактивни изотопи в диапазона на гама енергия 20keV-3000keV. Дори и с всички високи разходи като проект „направи си сам“, той все още е много евтин, ако го сравните с професионални лабораторни гама спектрометри. Най -често срещаните и опасни гама изотопи могат лесно да бъдат открити от устройството.