Kelių kanalų analizatorius MCA su gama spektroskopijos NaI (Tl) detektoriumi: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Sveiki, Kviečiame visus, kurie domisi gama spektroskopija. Šiame trumpame straipsnyje aš tiesiog noriu pasidalyti savo darbo žurnalo procesu, kaip su MCA sukurti naminį „pasidaryk pats“gama spektroskopijos detektorių. Tai nėra vadovas, dalinuosi tik proceso nuotraukomis.

Kai pradėjau projektą, nusprendžiau pagaminti nešiojamą bateriją valdantį įrenginį, kurio linijiškumas būtų geras, o FWHM% skiriamoji geba būtų mažesnė nei 8%. Grandinė sukuria aukštą įtampą fotodulkių daugiklio vamzdeliui, ji turi analoginę elektroniką impulsų formai apdoroti ir skaitmeninę elektroniką impulsams skaičiuoti ir spektrams analizuoti.

1 žingsnis: sukurkite NaI (Tl) detektorių

Detektorius pagamintas naudojant R9420 „Hamamtsu“fotodulkių daugiklio vamzdelį ir 30x40 mm NaI (Tl) scintiliacijos kristalą. Kristalas yra optiškai prijungtas prie vamzdžio fotokatodo lango. Vamzdis yra padengtas keliais elektrinės juostos sluoksniais, kad išoriniai šviesos fotonai nepatektų į fotokatodą. Kai gama spindulys atsitrenkia į kristalą, jis sukuria mikro šviesos blykstę, kurią ketina aptikti PMT mėgintuvėlis. Šviesos blykstės intensyvumą sudaro informacija apie gama spindulių energiją.

Norėdami valdyti PMT vamzdį, mums reikia aukštos įtampos. Aš sukūriau miniatiūrinį ir stabilizuotą 5V iki 1000V keitiklį. Kai dirbate su gama spektroskopija, jums reikia griežtai reguliuojamos aukštos įtampos, geros temperatūros kompensavimo ir ilgalaikio stabilumo. Šiuolaikiniai elektroniniai komponentai leidžia sukurti šį dizainą.

Tvarkyklėje taip pat yra įtampos skirstytuvas, skirtas diodams, ir impulsų apdorojimo įkrovimui jautrus stiprintuvas, sumontuotas tiesiai ant anodo laido. Ši kompaktiška konstrukcija turi mažą triukšmo signalą ir padeda išvengti antžeminių kilpų.

Korpusas pagamintas iš aliuminio vamzdžio namų tekinimo staklėse. Nesu profesionalus CNC, viskas atliekama rankiniu darbu.

Po dangteliu (nerodomas nuotraukose) sumontavau papildomą mažą plokštę su LiPO baterija, įkrovikliu ir LED indikatoriumi. Jutiklis automatiškai įsijungia prijungus kabelį. Akumuliatorių galima įkrauti naudojant tą patį laidą ir bet kurį 5V adapterį.

Iš detektoriaus galite pamatyti tipišką pulso formos apimties ekraną. Jis gali būti naudojamas su bet kokia kompiuterine MCA programine įranga, pavyzdžiui, PRA, Theremino ar BecqMonitor2011. Ši programinė įranga naudoja garso krepšelį signalui analizuoti.

Po 2 ar 3 vakarų aš praleidau reguliuodamas detektorių, kad surastų optimalius aukštos įtampos ir stiprintuvo nustatymus, jis baigiasi gana geru tiesiškumu ir ~ 7,30% FWHM% 662keV

Detektoriaus bandymui naudojau nemokamą „BecqMonitor2011“su 24 bitų garso adapteriu.

2 veiksmas: sukurkite nešiojamą MCA

Kadangi planavau naudoti savo detektorių kaip nešiojamą įrenginį, sukūriau daugiakanalį analizatorių, kuris gali užfiksuoti signalą ir išsaugoti spektrus į uSD krepšelį CSV formatu.

Aš naudoju MHH-95A korpusą ir sukūriau savo MCA PCB dizainą, kuris tinka šiam korpusui. MCA turi 8 bitų PIC18 mikroprocesorių su 10 bitų ADC 1024 kanalais.

128x64 ekranas rodo tik dalinę spektro informaciją. Visi 1024 dėžių duomenys išsaugomi SD krepšelyje ir vėliau gali būti atidaryti naudojant „BecqMonitor2011“.

MCA elektronika maitinama 2xAA baterijomis. Jame yra 2 mygtukai programinei įrangai valdyti ir vienas mygtukas įjungimui/išjungimui.

3 žingsnis: Rezultatai

Visa sąranka gali aptikti gama energiją 20keV-3000keV diapazone, turi gerą tiesiškumą ir ~ 7,30% FWHM% esant 662keV.

Pirmieji spektrai yra 1 valanda Cs-137 log.skalės. Taip pat galite pamatyti Ka-40 esant 1460keV

Antrasis spektras yra senovinis radžio laikrodis Ra-226 linijinė skalė 30 minučių

Trečias spektras yra senovinis radžio laikrodis Ra-226 log. skalė 30 minučių

Ketvirtasis spektras yra Thoriated žibinto mantija Th-232 log. skalė 30 minučių

Tikimės, kad šis straipsnis gali įkvėpti jūsų kitą kūrimą!

4 žingsnis: Išvados ir kaina

Projektas nėra pigus. Neturiu tikslios kiekvienos šio projekto dalies sąnaudų suvestinės, tačiau brangiausios yra:

1. NaI (Tl) kristalas. Aš nusipirkau šį pavyzdį naują už maždaug 200 USD. Tai brangu daugiausia dėl to, kad turi garantuotą skiriamąją gebą ir gaminama šiais laikais. Mano patirtis rodo, kad seni kristalai yra problemiški.

2. R9420 fotopaliektuvo vamzdelis. 60 USD Naudotas PMT vamzdelis nėra naujas, bet geros būklės iš patikimo tiekėjo.

3. Korpuso gamyba. Netgi tai darau pats, tai kainuoja ir reikalauja daug laiko. Medžiagos, kurias perku nedideliu kiekiu, yra brangios, pavyzdžiui, vamzdis, aliuminio strypas ir plastikas jums gali kainuoti apie 100 USD, įskaitant pristatymą, taip pat turite pridėti įrankių, įdėklų ir kt.

4. Elektronikos prototipų kūrimas ir PCB gamyba. Kaina yra didelė - $$$$, net negaliu suskaičiuoti visų valandų, dienų ir mėnesių, kuriuos praleidau šia tema. Be to, stengiuosi išvengti pigių „ebay-ali“elektroninių komponentų. Mano parašyta MCA mikroprocesoriaus programinė įranga. Man prireikė per daug išteklių ir laiko, nes kaip savarankiškai dirbanti kūrėja ir studentė nusprendžiu nebendrinti savo šaltinio failų, nes tai tikrai nepadengs mano išlaidų, atsiprašau. Bet jei esate kūrybingas ir atviras bendradarbiavimui, galite parašyti man pasiūlymą dėl verslo bendradarbiavimo.

5. Visos kitos dalys, pvz., Kabeliai, lizdai, baterijos, medžiagos, klijai, juostos ir pan., Kainuoja apie 100 USD, tačiau čia yra daug dalykų …

Išvados: Mano nuomone, projektas turi puikių rezultatų. Galiu analizuoti maistą, grybus, uogas, rasti radono dukteris lietaus vandenyje, išbandyti betono medžiagas ar mineralus radioaktyviems izotopams, kurių gama energijos diapazonas yra 20keV-3000keV. Net jei visos „pasidaryk pats“projekto išlaidos yra didelės, jis vis tiek yra labai pigus, jei palyginsite jį su profesionaliais laboratorijos kokybės gama spektrometrais. Prietaisas gali lengvai aptikti dažniausiai pasitaikančius ir pavojingus gama izotopus.