Gamma Spektroskopiyası NaI (Tl) Detektorlu Çox Kanallı Analizator MCA: 5 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Salam

Hobbi Gamma Spektroskopiyası ilə maraqlanan hər kəsə xoş gəlmisiniz. Bu qısa məqalədə, yalnız evdə DIY Gamma Spektroskopiyası detektoru yaratmaq iş prosesimi MCA ilə bölüşmək istəyirəm. Bələdçi deyil, yalnız prosesin fotoşəkillərini paylaşıram.

Layihəyə başlayanda yaxşı xətti və FWHM% qətnaməsi olan portativ akkumulyatorlu cihazı 8% -dən az etmək qərarına gəldim. Dövrə bir fotomultiplier borusu üçün yüksək gərginlik inkişaf etdirir, nəbz şəklini emal etmək üçün analoq elektronikaya malikdir və nəbzləri saymaq və spektrləri analiz etmək üçün rəqəmsal elektronikaya malikdir.

Addım 1: NaI (Tl) Detektoru hazırlayın

Detektor, R9420 Hamamtsu fotomultiplier borusu və 30x40 mm NaI (Tl) sintillasiya kristalından ibarətdir. Kristal optik olaraq boru foto-katod pəncərəsinə bağlanır. Boru, xarici işıq fotonlarının foto-katoda girməsinin qarşısını almaq üçün bir neçə təbəqə elektrik lenti ilə örtülmüşdür. Bir qamma şüası kristala dəyəndə PMT borusu ilə aşkarlanması nəzərdə tutulan mikro işıq flaşı istehsal edir. İşıq flaşının intensivliyi qamma şüasının enerjisi haqqında məlumatdan ibarətdir.

PMT borusunu idarə etmək üçün yüksək gərginliyə ehtiyacımız var. Minyatür və sabitləşdirilmiş 5V-dən 1000V-ə qədər çevirici yaratdım. Qamma spektroskopiyası ilə məşğul olanda yaxşı temperatur kompensasiyası və uzunmüddətli sabitlik ilə ciddi şəkildə tənzimlənmiş yüksək gərginliyə ehtiyacınız var. Müasir elektron komponentlər bu dizaynı yaratmağa imkan verir.

Sürücü, eyni zamanda anod telinə quraşdırılmış dinodlar üçün gərginlik bölücü və nəbz emal yükünə həssas gücləndirici də daxil edir. Bu kompakt dizayn aşağı səs siqnalına malikdir və yer döngələrinin qarşısını almağa kömək edir.

Ev torna maşınında alüminium borudan hazırlanmış korpus. Mən peşəkar CNC deyiləm, hər şey əl işi ilə aparılır.

Qapağın altında (fotoşəkillərdə göstərilməyib) LiPO batareyası, şarj cihazı və LED göstəricisi olan əlavə kiçik lövhə quraşdırdım. Kabel bağlandıqda detektor avtomatik olaraq açılır. Batareyanın doldurulması eyni kabel və istənilən 5V adapter ilə edilə bilər.

Detektordan tipik nəbz formasının əhatə dairəsi ekranını görə bilərsiniz. Olduğu kimi, hər hansı bir kompüter əsaslı MCA proqramı ilə istifadə edilə bilər, məsələn PRA, Theremino və ya BecqMonitor2011. Bu proqram siqnalı analiz etmək üçün audio arabadan istifadə edir.

2 və ya 3 axşamdan sonra optimal yüksək gərginlik və gücləndirici parametrlərini tapmaq üçün detektor tənzimləmələrinə sərf etdim, nəticədə 662keV -də olduqca yaxşı xətti və ~ 7.30% FWHM% ilə başa çatdı.

Detektor testi üçün 24 bit audio adapteri olan pulsuz BecqMonitor2011 istifadə etdim.

Addım 2: Portativ MCA etmək

Dedektorumu portativ cihaz kimi istifadə etməyi planlaşdırdığım üçün siqnal tuta bilən və CSV formatında uSD arabasına spektrləri saxlaya bilən Çox Kanallı Analizator hazırladım.

MHH-95A korpusundan istifadə etdim və MCA-nın bu korpusa uyğun PCB dizaynını yaratdım. MCA, 10 bit ADC 1024 kanallı 8 bit PIC18 mikroprosessoruna malikdir.

128x64 ekran spektrlərin yalnız qismən məlumatlarını göstərir. Tam 1024 zibil qutusu məlumatı SD səbətində saxlanılır və daha sonra BecqMonitor2011 tərəfindən açıla bilər.

2xAA batareyaları ilə işləyən MCA elektronikası. Proqramı idarə etmək üçün 2 düymə və On/Off üçün bir düymə var.

Addım 3: Nəticələr

Bütün qurğu, 20keV-3000keV aralığında qamma enerjisini aşkar edə bilər, yaxşı xətti və 662keV-də ~ 7.30% FWHM% -ə malikdir.

İlk spektrlər Cs-137 log.scale 1 saatdır. Ka-40-ı 1460keV-də də görə bilərsiniz

İkinci spektr, 30 dəqiqəlik Ra-226 xətti ölçülü antik radium saatıdır

Üçüncü spektrlər, qədim radium saatı Ra-226 logıdır. ölçüsü 30 dəqiqə

Dördüncü spektr Thori-232 loglı tororiyalı fənər mantiyasıdır. ölçüsü 30 dəqiqə

Ümid edirik ki, bu məqalə növbəti quruluşunuz üçün ilham verə bilər!

Addım 4: Nəticələr və Qiymət

Layihə ucuz deyil. Bu layihədə istifadə etdiyim hər bir hissənin dəqiq xərc xülasəsi yoxdur, amma ən bahalısı bunlardır:

1. NaI (Tl) kristal. Bu nümunəni təxminən 200 dollara təzə aldım. Zəmanət verilən qətnaməyə malik olduğu və bu günlərdə istehsal edildiyi üçün çox bahalıdır. Təcrübəmdə köhnə fond kristalları problemlidir.

2. R9420 Photomultiplier Boru. 60 dollar istifadə etdiyim PMT borusu yeni deyil, etibarlı təchizatçıdan yaxşı vəziyyətdədir.

3. Kassa istehsalı. Hətta bunu özüm də edirəm, bunun üçün çox vaxt lazımdır. Kiçik miqdarda aldığım materiallar bahadır, məsələn boru, alüminium çubuq və plastik sizə çatdırılma daxil olmaqla təxminən 100 dollara başa gələ bilər, həmçinin alətlər, əlavələr və s. Emal xərcləri əlavə etməlisiniz.

4. Elektronikanın prototipləşdirilməsi və PCB istehsalı. Qiyməti yüksəkdir - $$$$, hətta bu mövzuda keçirdiyim ümumi saatları, günləri və ayları belə saya bilmirəm. Əlavə olaraq aşağı qiymətli ebay-ali elektron komponentlərindən qaçmağa çalışıram. MCA mikroprosessor proqramı mənim tərəfimdən də yazılmışdır. Mənə çoxlu resurs və vaxt lazım gəldi, öz-özünə işləyən bir istehsalçı və tələbə olaraq mənbə sənədlərimi paylaşmamağı seçdim, çünki bu heç vaxt xərclərimi əsla ödəməyəcək. Ancaq yaradıcı və əməkdaşlığa açıqsınızsa, mənə işgüzar əməkdaşlıq üçün bir təklif yaza bilərsiniz.

5. Kabellər, krikolar, akkumulyatorlar, materiallar, yapışqanlar, bantlar və sair kimi bütün digər hissələr təxminən 100 dollardır, burada kiçik şeylər fərq edir …

Nəticələr: Məncə layihə əla performansa malikdir. Yeməkləri, göbələkləri, giləmeyvələri analiz edə bilərəm, yağış suyunda radon qızları tapa bilərəm, 20keV-3000keV qamma enerjisi aralığında radioaktiv izotoplar üçün beton materialları və ya minerallar yoxlaya bilərəm. Bir DIY layihəsi kimi yüksək qiymətə sahib olsanız da, peşəkar laboratoriya dərəcəli qamma spektrometrləri ilə müqayisə etsəniz yenə də çox ucuzdur. Ən ümumi və təhlükəli qamma izotopları cihaz tərəfindən asanlıqla aşkar edilə bilər.