Multi Channel Analyzer MCA Met Gamma Spectroscopy NaI (Tl) Detector: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hi, Welkom aan almal wat belangstel in stokperdjie Gamma -spektroskopie. In hierdie kort artikel wil ek net my werk-log-proses van die maak van tuisgemaakte DIY Gamma-spektroskopiedetektor met MCA deel. Dit is nie 'n gids nie; ek deel slegs foto's van die proses.

Toe ek met die projek begin, het ek besluit om 'n draagbare battery -aangedrewe toestel met 'n goeie lineariteit en 'n FWHM% -resolusie van minder as 8% te maak. Die stroombaan ontwikkel hoogspanning vir 'n fotomultiplikatorbuis, dit het analoog elektronika om polsvorm te verwerk en digitale elektronika om pulse te tel en spektra te ontleed.

Stap 1: Maak NaI (Tl) Detector

Die detektor is gebou met R9420 Hamamtsu fotomultiplikatorbuis en 30x40mm NaI (Tl) skitterkristal. Die kristal is opties gekoppel aan die buis-fotokatodevenster. Die buis is bedek met verskeie lae elektriese band om te voorkom dat eksterne fotone in die fotokatode beland. As 'n gammastraal die kristal tref, produseer dit mikroligflits wat bedoel is om deur PMT -buis opgespoor te word. Die intensiteit van die ligflits bestaan uit inligting oor die energie van die gammastraal.

Om die PMT -buis aan te dryf, benodig ons hoogspanning. Ek het 'n miniatuur en gestabiliseerde stap-tot-5V na 1000V converter gemaak. As u met gamspektroskopie te doen het, benodig u streng gereguleerde hoogspanning met goeie temperatuurvergoeding en langtermynstabiliteit. Moderne elektroniese komponente laat hierdie ontwerp toe.

Die bestuurder bevat ook 'n spanningsverdeler vir dinodes en 'n laagsensitiewe versterker wat direk op die anodedraad geïnstalleer is. Hierdie kompakte ontwerp het 'n lae geraassein en help om grondlusse te vermy.

Die omhulsel is gemaak met aluminiumbuis op die tuisdraaibankmasjien. Ek is nie 'n professionele CNC nie, alles word met die hand gedoen.

Onder die omslag (nie op die foto's getoon nie) het ek 'n ekstra klein bord geïnstalleer met 'n LiPO -battery, laaier en LED -aanwyser. Die detektor word outomaties aangeskakel as die kabel gekoppel is. Die laai van die battery kan gedoen word met dieselfde kabel en enige 5V -adapter.

U kan die tipiese skerm vir die pulsvorm van die detektor sien. Soos dit kan, kan dit gebruik word met enige rekenaargebaseerde MCA -sagteware, byvoorbeeld PRA, Theremino of BecqMonitor2011. Hierdie sagteware gebruik klankkar om die sein te ontleed.

Na 2 of 3 aande bestee ek aan detektoraanpassings om optimale hoogspannings- en versterkerinstellings te vind, dit eindig met redelik goeie lineariteit en ~ 7.30% FWHM% op 662keV

Vir die detektortoets gebruik ek freeware BecqMonitor2011 met 'n 24bit -klankadapter.

Stap 2: Maak draagbare MCA

Omdat ek van plan was om my detektor as 'n draagbare toestel te gebruik, het ek 'n Multi Channel Analyzer gemaak wat seine kan opneem en spektra kan stoor in uSD -wa in CSV -formaat.

Ek het die MHH-95A-omhulsel gebruik en 'n PCB-ontwerp van my MCA gemaak wat by hierdie omhulsel pas. Die MCA het 'n 8-bis PIC18-mikroverwerker met 10-bis ADC 1024-kanale.

128x64 vertoon slegs gedeeltelike inligting van spektra. Volledige 1024 asblikke word in die SD -kar gestoor en kan later deur BecqMonitor2011 oopgemaak word.

Die MCA -elektronika word aangedryf deur 2xAA -batterye. Dit het 2 knoppies om die sagteware te beheer en een knoppie vir aan/uit.

Stap 3: Resultate

Die hele opstelling kan gamma-energie in die reeks van 20keV-3000keV opspoor, 'n goeie lineariteit en ~ 7.30% FWHM% by 662keV.

Die eerste spektra is 1 uur Cs-137 log. Skaal. U kan ook Ka-40 op 1460keV sien

Tweede spektra is antieke radiumhorlosie Ra-226 lineêre skaal 30 minute

Derde spektra is antieke radiumhorlosie Ra-226 log. skaal 30 minute

Vierde spektra is 'n verweerde lanternmantel Th-232 log. skaal 30 minute

Hoop dat hierdie artikel inspirasie kan bring vir u volgende konstruksie!

Stap 4: Gevolgtrekkings en koste

Die projek is NIE goedkoop nie. Ek het nie 'n presiese opsomming van die koste vir elke deel wat ek in hierdie projek gebruik het nie, maar die duurste is:

1. NaI (Tl) kristal. Ek het hierdie monster nuut gekoop vir ongeveer $ 200. Dit is meestal duur omdat dit 'n gewaarborgde resolusie het en tans vervaardig word. Ou voorraadkristalle is in my ervaring problematies.

2. R9420 fotomultiplikatorbuis. $ 60 Die PMT -buis wat ek gebruik het, is nie nuut nie, maar in 'n goeie toestand van betroubare verskaffer.

3. Omhulselvervaardiging. Selfs ek doen dit self, dit het kos en baie tyd nodig. Die klein hoeveelhede wat ek koop, is duur, byvoorbeeld buis, aluminiumstaaf en plastiek kan u ongeveer $ 100 kos, insluitend gestuur, u moet ook die bewerkingskoste van gereedskap, insetsels, ens.

4. Elektronika prototipering en PCB vervaardiging. Die koste is hoog - $$$$, ek kan selfs nie die totale ure, dae en maande wat ek aan hierdie onderwerp bestee het, tel nie. Ek probeer ook om elektroniese komponente van ebay-ali teen lae koste te vermy. Die MCA -mikroverwerkersagteware het ook deur my geskryf. Dit het my te veel hulpbronne en tyd gekos, want as selfstandige vervaardiger en student kies ek om nie my bronlêers te deel nie, want dit sal inderdaad nooit my koste dek nie, jammer. Maar as u kreatief is en oop is vir samewerking, kan u 'n voorstel vir besigheidsamewerking aan my skryf.

5. Alle ander onderdele, soos kabels, aansluitings, batterye, materiaal, gom, bande en ens, kos ongeveer $ 100, maar daar is baie klein dinge wat hier verskil maak …

Die gevolgtrekkings: myns insiens het die projek uitstekende prestasies. Ek kan voedsel, sampioene, bessies ontleed, radondogters in reënwater vind, betonmateriaal of minerale vir radioaktiewe isotope in die reeks gamma-energie 20keV-3000keV toets. Selfs al die hoë koste as 'n selfdoenprojek, is dit steeds baie goedkoop as u dit vergelyk met 'n professionele gamma -spektrum van laboratoriumgraad. Die mees algemene en gevaarlike gamma -isotope kan maklik deur die toestel opgespoor word.