Monikanava -analysaattori MCA, jossa gammaspektroskopia NaI (Tl) -ilmaisin: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Hei, Tervetuloa kaikki harrastuksen gammaspektroskopiasta kiinnostuneet. Tässä lyhyessä artikkelissa haluan vain jakaa työkirjaprosessini kotitekoisen DIY-gammaspektroskopian tunnistimen luomisesta MCA: n kanssa. Se ei ole opas, jaan vain kuvia prosessista.

Kun aloitin projektin, päätin tehdä kannettavan akkukäyttöisen laitteen, jolla on hyvä lineaarisuus ja FWHM% -tarkkuus alle 8%. Piiri kehittää korkean jännitteen valomonistinputkelle, siinä on analoginen elektroniikka pulssin muodon käsittelemiseksi ja digitaalinen elektroniikka pulssien laskemiseksi ja spektrien analysoimiseksi.

Vaihe 1: Tee NaI (Tl) -ilmaisin

Ilmaisin on rakennettu R9420 Hamamtsu -valomonistinputkella ja 30 x 40 mm: n NaI (Tl) -tuikekiteellä. Kide on optisesti kytketty putken fotokatodi-ikkunaan. Putki on päällystetty usealla kerroksella sähköteippiä estämään ulkoisten valofotonien pääsyä fotokatodiin. Kun gammasäde osuu kiteeseen, se tuottaa mikrovaloa, joka on tarkoitettu havaittavaksi PMT -putkella. Salaman voimakkuus koostuu informaatiosta gammasäteen energiasta.

PMT -putken ajamiseen tarvitsemme suurjännitettä. Tein pienikokoisen ja vakautetun 5V-1000V-muuntimen. Kun käsittelet gammaspektroskopiaa, tarvitset tiukasti säänneltyä korkeajännitettä, jolla on hyvä lämpötilan kompensointi ja pitkäaikainen vakaus. Nykyaikaiset elektroniset komponentit mahdollistavat tämän mallin luomisen.

Ajurissa on myös jännitteenjakaja dynodeille ja pulssinkäsittelyvarausherkkä vahvistin, joka on asennettu suoraan anodijohtoon. Tässä kompaktissa rakenteessa on hiljainen signaali ja se auttaa välttämään maasilmukoita.

Kotelo on valmistettu alumiiniputkesta kodin sorvin koneessa. En ole ammattimainen CNC, kaikki tehdään käsityöllä.

Kannen alle (ei näy kuvissa) asensin ylimääräisen pienen levyn, jossa oli LiPO -akku, laturi ja LED -merkkivalo. Ilmaisin käynnistyy automaattisesti, kun kaapeli on kytketty. Akku voidaan ladata samalla kaapelilla ja millä tahansa 5 V: n adapterilla.

Näet tyypillisen pulssin muodon laajuuden näytön ilmaisimesta. Sitä voidaan sellaisenaan käyttää minkä tahansa tietokonepohjaisen MCA -ohjelmiston kanssa, esimerkiksi PRA, Theremino tai BecqMonitor2011. Nämä ohjelmistot käyttävät äänikärryä signaalin analysointiin.

Kahden tai kolmen illan jälkeen käytin ilmaisimen säätöihin optimaalisten suurjännite- ja vahvistinasetusten löytämiseksi, ja lopulta se saa melko hyvän lineaarisuuden ja ~ 7,30% FWHM% 662keV

Ilmaisinkokeessa käytin ilmaisohjelmaa BecqMonitor2011, jossa oli 24 -bittinen äänisovitin.

Vaihe 2: Kannettavan MCA: n luominen

Koska aikoin käyttää ilmaisinta kannettavana laitteena, tein monikanava -analysaattorin, joka voi kaapata signaalin ja tallentaa spektrit uSD -ostoskoriin CSV -muodossa.

Käytin MHH-95A-koteloa ja loin MCA: n PCB-mallin, joka sopii tähän koteloon. MCA: ssa on 8-bittinen PIC18-mikroprosessori ja 10-bittinen ADC 1024 -kanava.

128x64 -näyttö näyttää vain osittaisia tietoja spektreistä. Kaikki 1024 lokeron tiedot tallennetaan SD -ostoskoriin, ja BecqMonitor2011 voi avata ne myöhemmin.

MCA -elektroniikka toimii 2xAA -paristoilla. Siinä on 2 painiketta ohjelmiston ohjaamiseksi ja yksi painike päälle/pois.

Vaihe 3: Tulokset

Koko asennus voi havaita gamma-energiaa alueella 20keV-3000keV, sillä on hyvä lineaarisuus ja ~ 7,30% FWHM% 662keV.

Ensimmäinen spektri on 1 tunti Cs-137-log-asteikkoa. Näet myös Ka-40: n 1460keV

Toinen spektri on antiikkiradiumkello Ra-226 lineaarinen asteikko 30 minuuttia

Kolmas spektri on antiikkiradiumkello Ra-226 log. asteikko 30 minuuttia

Neljäs spektri on thoriated lyhtyvaippa Th-232 log. asteikko 30 minuuttia

Toivottavasti tämä artikkeli voi tuoda inspiraatiota seuraavaan rakentamiseen!

Vaihe 4: Johtopäätökset ja kustannukset

Projekti EI ole halpa. Minulla ei ole tarkkaa kustannusyhteenvetoa jokaisesta osasta, jota käytin tässä projektissa, mutta kalleimmat ovat:

1. NaI (Tl) -kide. Ostin tämän mallin uutena noin 200 dollarilla. Se on kallista lähinnä siksi, että sillä on taattu resoluutio ja se valmistetaan nykyään. Vanhat kantakiteet ovat ongelmallisia kokemukseni mukaan.

2. R9420 -fotomonistinputki. 60 dollaria Käytetty PMT -putki ei ole uusi, mutta hyvässä kunnossa luotetulta toimittajalta.

3. Kotelon valmistus. Jopa minä teen sen itse, se maksaa ja vaatii paljon aikaa. Pienet materiaalit, joita ostan, ovat kalliita, esimerkiksi putki, alumiinitanko ja muovi voivat maksaa sinulle noin 100 dollaria, mukaan lukien toimitus, sinun on myös lisättävä työstökustannuksia työkaluihin, teriin jne.

4. Elektroniikan prototyyppien valmistus ja piirilevyjen valmistus. Kustannukset ovat korkeat - $$$$, en voi edes laskea tähän aiheeseen viettämiäni kokonaisia tunteja, päiviä ja kuukausia. Lisäksi yritän välttää edullisia ebay-ali-elektronisia komponentteja. MCA -mikroprosessoriohjelmisto on myös minun kirjoittamani. Se vei minulta liikaa resursseja ja aikaa, koska itsenäisenä ammatinharjoittajana ja opiskelijana päätän olla jakamatta lähdetiedostojani, koska se ei koskaan katta kustannuksiani. Mutta jos olet luova ja avoin yhteistyölle, voit kirjoittaa minulle ehdotuksen yritysyhteistyöksi.

5. Kaikki muut osat, kuten kaapelit, tunkit, paristot, materiaalit, liimat, nauhat ja muut, ovat noin 100 dollaria, mutta pienillä asioilla on väliä tässä…

Johtopäätökset: Mielestäni hankkeella on suuri suorituskyky. Voin analysoida ruokaa, sieniä, marjoja, löytää radon-tyttäriä sadevedestä, testata betonimateriaaleja tai mineraaleja radioaktiivisten isotooppien suhteen gamma-energia-alueella 20keV-3000keV. Vaikka kaikki DIY -projektin kustannukset olisivat korkeat, se on silti erittäin halpa, jos verrataan sitä ammattimaisiin laboratoriotason gammaspektrometreihin. Yleisimmät ja vaaralliset gamma -isotoopit voidaan helposti havaita laitteella.