Višekanalni analizator MCA s detektorom gama spektroskopije NaI (Tl): 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Bok, Dobro došli svima koji su zainteresirani za hobi gama spektroskopiju. U ovom kratkom članku samo želim podijeliti svoj radni dnevnik stvaranja domaćeg DIY gama spektroskopskog detektora s MCA-om. Nije vodič, dijelim samo fotografije procesa.

Kad sam započeo projekt, odlučio sam napraviti prijenosni uređaj na baterije s dobrom linearnošću i FWHM% razlučivošću manjom od 8%. Krug razvija visoki napon za cijev s fotomultiplikatorom, ima analognu elektroniku za obradu oblika impulsa i ima digitalnu elektroniku za brojanje impulsa i analizu spektara.

Korak 1: Izrada NaI (Tl) detektora

Detektor je izrađen od R9420 Hamamtsu cijevi za fotomnožavanje i 30x40 mm NaI (Tl) scintilacijskog kristala. Kristal je optički spojen na cijevni prozor s foto-katodom. Cijev je prekrivena s nekoliko slojeva električne trake kako bi se spriječilo da vanjski svjetlosni fotoni uđu u foto-katodu. Kad gama zraka udari u kristal, proizvodi mikrosvjetlosni bljesak koji se namjerava detektirati pomoću PMT cijevi. Intenzitet svjetlosnog bljeska sastoji se od informacija o energiji gama zraka.

Za pogon PMT cijevi potreban nam je visoki napon. Napravio sam minijaturni i stabilizirani pretvarač od 5V do 1000V. Kada se bavite gama spektroskopijom, trebate strogo regulirani visoki napon s dobrom temperaturnom kompenzacijom i dugoročnom stabilnošću. Suvremene elektroničke komponente omogućuju stvaranje ovog dizajna.

Upravljački program također uključuje razdjelnik napona za dinode i pojačalo osjetljivo na naboj osjetljivo na obradu impulsa instalirano izravno na anodnu žicu. Ovaj kompaktni dizajn ima nizak signal šuma i pomaže u izbjegavanju petlji uzemljenja.

Kućište izrađeno od aluminijske cijevi na stroju za kućne tokarilice. Nisam profesionalni CNC, sve se radi ručnim radom.

Ispod poklopca (nije prikazan na fotografijama) ugradio sam dodatnu malu ploču s LiPO baterijom, punjačem i LED indikatorom. Detektor se automatski uključuje kada je kabel spojen. Punjenje baterije može se obaviti istim kabelom i bilo kojim 5V adapterom.

S detektora možete vidjeti zaslon s opsegom tipičnog oblika impulsa. U svakom slučaju, može se koristiti sa bilo kojim računalnim MCA softverom, na primjer PRA, Theremino ili BecqMonitor2011. Ovaj softver koristi audio kolica za analizu signala.

Nakon 2 ili 3 večeri koje sam proveo na podešavanju detektora kako bih pronašao optimalne postavke visokog napona i pojačala, završava s prilično dobrom linearnošću i ~ 7,30% FWHM% na 662keV

Za test detektora koristio sam besplatni softver BecqMonitor2011 s 24 -bitnim audio adapterom.

Korak 2: Izrada prijenosnog MCA -a

Budući da sam svoj detektor planirao koristiti kao prijenosni uređaj, napravio sam višekanalni analizator koji može hvatati signal i spremati spektre u uSD košaricu u CSV formatu.

Koristio sam kućište MHH-95A i stvorio PCB dizajn svog MCA koji odgovara ovom kućištu. MCA ima 8-bitni PIC18 mikroprocesor s 10-bitnim ADC 1024 kanala.

Zaslon 128x64 prikazuje samo djelomične podatke o spektru. Punih 1024 kante podataka sprema se u SD košaricu i kasnije ih može otvoriti BecqMonitor2011.

MCA elektronika napaja se 2xAA baterijama. Ima 2 gumba za upravljanje softverom i jedan gumb za uključivanje/isključivanje.

Korak 3: Rezultati

Cijela postavka može detektirati gama energiju u rasponu od 20keV-3000keV, ima dobru linearnost i ~ 7,30% FWHM% na 662keV.

Prvi spektri su 1 sat Cs-137 log.skali. Također možete vidjeti Ka-40 na 1460keV

Drugi spektar je starinski radijski sat Ra-226 linearne ljestvice 30 minuta

Treći spektar je starinski radijski sat Ra-226 log. ljestvica 30 minuta

Četvrti spektar je tordirani fenjerski plašt Th-232 log. ljestvica 30 minuta

Nadam se da će vam ovaj članak donijeti inspiraciju za sljedeću izgradnju!

Korak 4: Zaključci i troškovi

Projekt NIJE jeftin. Nemam točan sažetak troškova za svaki dio koji sam koristio u ovom projektu, ali najskuplji su:

1. NaI (Tl) kristal. Kupio sam ovaj uzorak nov za oko 200 USD. Skupo je uglavnom zato što ima zajamčenu razlučivost i proizvodi se u današnje vrijeme. Po mom iskustvu, stari kristali su problematični.

2. R9420 Fotomultiplikacijska cijev. 60 USD PMT cijev koju sam koristio nije nova, ali je u dobrom stanju od pouzdanog dobavljača.

3. Proizvodnja kućišta. Čak i ja to radim sam, to je koštalo i treba mi puno vremena. Materijali u malim količinama koje kupujem su skupi, na primjer cijevi, aluminijske šipke i plastika mogu vas koštati oko 100 USD uključujući isporuku, također morate dodati troškove obrade alata, umetaka itd.

4. Prototipiranje elektronike i proizvodnja PCB -a. Cijena je visoka - $$$$, čak i ne mogu izbrojati ukupne sate, dane i mjesece koje sam proveo na ovu temu. Osim toga, pokušavam izbjeći jeftine eBay-ali elektroničke komponente. MCA mikroprocesorski softver sam također napisao. Trebalo mi je previše resursa i vremena, kao samozaposleni proizvođač i student odlučujem ne dijeliti svoje izvorne datoteke jer to nikada neće pokriti moje troškove, oprostite. No ako ste kreativni i otvoreni za suradnju, možete mi napisati prijedlog poslovne suradnje.

5. Svi ostali dijelovi poput kabela, utičnica, baterija, materijala, ljepila, traka itd. Koštaju oko 100 USD, ali male stvari ovdje čine razliku …

Zaključci: Po mom mišljenju, projekt ima izvrsne performanse. Mogu analizirati hranu, gljive, bobice, pronaći kćeri radona u kišnici, ispitati betonske materijale ili minerale na radioaktivne izotope u rasponu gama energije 20keV-3000keV. Čak i uz sve skupe troškove kao projekt „uradi sam“, još je uvijek vrlo jeftin ako ga usporedite s gama spektrometrima profesionalnog laboratorija. Uređaj može lako otkriti najčešće i opasne izotope gama.