Analizor multicanal MCA cu detector NaI (Tl) cu spectroscopie gamma: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Salut, Bine ați venit la toți cei interesați de spectroscopia Gamma hobby. În acest scurt articol vreau doar să vă împărtășesc procesul de creare a jurnalului de lucru pentru crearea unui detector de spectroscopie gamma DIY de casă cu MCA. Nu este un ghid, împărtășesc doar fotografii ale procesului.

Când am început proiectul, am decis să fac un dispozitiv portabil cu baterie, cu liniaritate bună și rezoluție FWHM% mai mică de 8%. Circuitul evoluează de înaltă tensiune pentru un tub fotomultiplicator, are electronică analogică pentru a procesa forma impulsului și are electronică digitală pentru a număra impulsurile și a analiza spectrele.

Pasul 1: Realizarea detectorului NaI (Tl)

Detectorul este construit cu tub fotomultiplicator R9420 Hamamtsu și cristal de scintilație NaI (Tl) de 30x40mm. Cristalul este cuplat optic la fereastra tubului foto-catodic. Tubul este acoperit cu mai multe straturi de bandă electrică pentru a preveni intrarea fotonilor de lumină externă în fotocatod. Când o rază gamma lovește cristalul, acesta produce o bliț de lumină micro care intenționează să fie detectată de tubul PMT. Intensitatea fulgerului constă în informații despre energia razelor gamma.

Pentru a conduce tubul PMT avem nevoie de tensiune ridicată. Am creat un convertor step-up miniatural și stabilizat de 5V la 1000V. Când vă ocupați de spectroscopie gamma, aveți nevoie de tensiune înaltă strict reglată, cu compensare bună a temperaturii și stabilitate pe termen lung. Componentele electronice moderne permit crearea acestui design.

Driverul include, de asemenea, un divizor de tensiune pentru dinoduri și un amplificator sensibil la încărcare de procesare a impulsurilor instalat direct pe firul anodic. Acest design compact are un semnal de zgomot redus și ajută la evitarea buclelor la sol.

Carcasa realizată cu tub de aluminiu pe mașina de strung. Nu sunt CNC profesionist, totul se face cu lucrul manual.

Sub capac (neprezentat pe fotografii) am instalat o placă mică suplimentară cu baterie LiPO, încărcător și indicator LED. Detectorul se pornește automat la conectarea cablului. Încărcarea bateriei se poate face cu același cablu și orice adaptor de 5V.

Puteți vedea ecranul tipic al scopului cu formă de impuls de pe detector. Ca atare, poate fi utilizat cu orice software MCA bazat pe computer, de exemplu PRA, Theremino sau BecqMonitor2011. Acest software folosește cărucior audio pentru a analiza semnalul.

După 2 sau 3 seri pe care le-am petrecut pe ajustările detectorului pentru a găsi setări optime de înaltă tensiune și amplificator, se termină cu liniaritate destul de bună și ~ 7,30% FWHM% pe 662keV

Pentru testul detectorului am folosit freeware BecqMonitor2011 cu adaptor audio de 24 biți.

Pasul 2: Realizarea MCA portabil

Deoarece am planificat să-mi folosesc detectorul ca dispozitiv portabil, am realizat un Analizor multicanal care poate capta semnal și salva spectre în coșul uSD în format CSV.

Am folosit carcasa MHH-95A și am creat designul PCB al MCA-ului meu care se potrivește acestei carcase. MCA are microprocesor PIC18 pe 8 biți cu canale ADC 1024 pe 10 biți.

Afișajul de 128x64 arată doar informații parțiale ale spectrelor. Datele complete de 1024 coșuri sunt salvate în coșul SD și pot fi deschise ulterior de BecqMonitor2011.

Electronica MCA alimentată de baterii 2xAA. Are 2 butoane pentru controlul software-ului și un buton pentru On / Off.

Pasul 3: Rezultate

Întreaga configurație poate detecta energia gamma în intervalul 20keV-3000keV, are o liniaritate bună și ~ 7,30% FWHM% la 662keV.

Primul spectru este de 1 oră Cs-137 log.scale. De asemenea, puteți vedea Ka-40 la 1460keV

Al doilea spectru este ceasul cu radiu antic Ra-226 la scară liniară de 30 de minute

Al treilea spectru este ceasul cu radiu antic Ra-226 log. scala 30 de minute

Al patrulea spectru este manta lanternă toriată Th-232 log. scala 30 de minute

Sper că acest articol vă poate aduce inspirație pentru următoarea dvs. construcție!

Pasul 4: Concluzii și cost

Proiectul NU este ieftin. Nu am un rezumat exact al costurilor pentru fiecare parte pe care am folosit-o în acest proiect, dar cele mai scumpe sunt:

1. Cristal NaI (Tl). Am cumpărat acest eșantion nou pentru aproximativ 200 USD. Este scump mai ales pentru că are rezoluție garantată și a fost fabricat în zilele noastre. Cristalele vechi de stoc sunt problematice din experiența mea.

2. Tub fotomultiplicator R9420. 60 USD Tubul PMT pe care l-am folosit nu este nou, dar în stare bună de la furnizor de încredere.

3. Fabricarea incintei. Chiar și eu o fac singur, a costat și are nevoie de mult timp. Materialele în cantități mici pe care le cumpăr sunt scumpe, de exemplu tubul, tija de aluminiu și plasticul vă pot costa aproximativ 100 USD, inclusiv transportul, trebuie, de asemenea, să adăugați costuri de prelucrare la scule, inserții etc.

4. Prototiparea electronică și fabricarea PCB-urilor. Costul este ridicat - $$$$, nici măcar nu pot conta numărul total de ore, zile și luni petrecute pe acest subiect. În plus, încerc să evit componentele electronice ebay-ali cu costuri reduse. Software-ul microprocesorului MCA a scris și de mine. Mi-a trebuit prea multe resurse și timp, ca producător independent și student, aleg să nu-mi împărtășesc fișierele sursă, deoarece nu îmi vor acoperi niciodată costurile, îmi pare rău. Dar dacă sunteți creativi și deschiși la cooperare, îmi puteți scrie o propunere de cooperare în afaceri.

5. Toate celelalte părți din jur, cum ar fi cablurile, mufele, bateriile, materialele, lipiciile, benzile etc. sunt de aproximativ 100 USD, lucrurile mici fac diferența aici …

Concluzii: În opinia mea, proiectul are o performanță excelentă. Pot să analizez alimente, ciuperci, fructe de pădure, să găsesc fiice de radon în apa de ploaie, să testez materiale concrete sau minerale pentru izotopi radioactivi în gama de energie gamma 20keV-3000keV. Chiar și cu toate costurile ridicate ca proiect DIY, este încă foarte ieftin dacă îl comparați cu spectrometrele gamma profesionale de laborator. Cele mai comune și periculoase izotopi gamma pot fi ușor detectate de dispozitiv.