Višekanalni analizator MCA s gama spektroskopijom NaI (Tl) detektor: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Zdravo, Dobrodošli svima koji se zanimaju za hobi gama spektroskopiju. U ovom kratkom članku samo želim podijeliti svoj radni dnevnik stvaranja domaćeg DIY gama spektroskopskog detektora s MCA-om. To nije vodič, dijelim samo fotografije procesa.

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

Korak 1: Izrada NaI (Tl) detektora

Detektor izrađen od R9420 Hamamtsu cijevi za fotomnožavanje i 30x40 mm NaI (Tl) scintilacijskog kristala. Kristal je optički spojen na cijevni fotokatodni prozor. Cijev je prekrivena s nekoliko slojeva električne trake kako bi se spriječilo da vanjski svjetlosni fotoni uđu u foto-katodu. Kada gama zrak udari u kristal, on proizvodi mikro svjetlosni bljesak koji je namjeravao detektirati PMT cijev. 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 5 V do 1000 V. Kada se bavite gama spektroskopijom, trebate strogo regulirani visoki napon s dobrom temperaturnom kompenzacijom i dugoročnom stabilnošću. Moderne elektroničke komponente omogućuju stvaranje ovog dizajna.

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

Kućište izrađeno od aluminijske cijevi na kućnoj tokarilici. Nisam profesionalni CNC, sve se radi ručnim radom.

Ispod poklopca (nije prikazano na fotografijama) ugradio sam dodatnu malu ploču sa 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.

Sa detektora možete vidjeti ekran opsega tipičnog oblika impulsa. U svakom slučaju, može se koristiti sa bilo kojim računarom zasnovanim MCA softverom, na primjer PRA, Theremino ili BecqMonitor2011. Ovaj softver koristi audio kolica za analizu signala.

Nakon 2 ili 3 večeri proveo sam 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 sa 24 -bitnim audio adapterom.

Korak 2: Napravite prijenosni MCA

Budući da sam planirao koristiti svoj detektor kao prijenosni uređaj, napravio sam višekanalni analizator koji može uhvatiti signal i spremiti spektre u USB kolica u CSV formatu.

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

Ekran 128x64 prikazuje samo parcijalne informacije o spektru. Puni podaci iz 1024 kante se spremaju u SD korpu i kasnije ih može otvoriti BecqMonitor2011.

MCA elektronika pokreće 2xAA baterije. Ima 2 dugmeta za upravljanje softverom i jedno dugme 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. Takođe možete vidjeti Ka-40 na 1460keV

Drugi spektar je starinski radijumski sat Ra-226 linearne skale 30 minuta

Treći spektar je starinski radijumski sat Ra-226 log. skala 30 minuta

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

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

Korak 4: Zaključci i troškovi

Projekat NIJE jeftin. Nemam tačan 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 zagarantovanu rezoluciju i proizvodi se u današnje vrijeme. Moje iskustvo je da su stari kristali problematični.

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

3. Proizvodnja kućišta. Čak i ja to radim sam, koštalo je 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, morate dodati i troškove obrade alata, umetaka itd.

4. Prototipiranje elektronike i proizvodnja PCB -a. Cijena je visoka - $$$$, čak ne mogu ni izbrojati ukupne sate, dane i mjesece koje sam proveo na ovu temu. Osim toga, pokušavam izbjeći jeftine eBay-ali elektroničke komponente. MCA mikroprocesorski softver koji sam i ja napisao. Trebalo mi je previše resursa i vremena, kao samostalni proizvođač i student odlučujem da ne dijelim svoje izvorne datoteke jer to nikada neće pokriti moje troškove, oprostite. Ali ako ste kreativni i otvoreni za saradnju, možete mi napisati prijedlog poslovne saradnje.

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 odlične performanse. Mogu analizirati hranu, gljive, bobice, pronaći kćeri radona u kišnici, testirati betonske materijale ili minerale na radioaktivne izotope u rasponu gama energije 20keV-3000keV. Čak i uz sve skupe troškove kao "uradi sam" projekat, još uvijek je vrlo jeftin ako ga uporedite s gama spektrometrima profesionalne laboratorijske klase. Uređaj može lako otkriti najčešće i opasne gama izotope.