Multi Channel Analyzer MCA With Gamma Spectroscopy NaI (Tl) Detector: 5 Trins

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej, Velkommen til alle, der er interesseret i hobbygammaspektroskopi. I denne korte artikel vil jeg bare dele min arbejdslogproces med at oprette hjemmelavet DIY Gamma Spectroscopy-detektor med MCA. Det er ikke en guide, jeg deler kun fotos af processen.

Da jeg startede projektet, besluttede jeg at lave en bærbar batteridrevet enhed med god linearitet og FWHM% -opløsning mindre end 8%. Kredsløbet udvikler højspænding til et fotomultiplikatorrør, det har analog elektronik til at behandle pulsform, og det har digital elektronik til at tælle pulser og analysere spektre.

Trin 1: Fremstilling af NaI (Tl) detektor

Detektoren er bygget med R9420 Hamamtsu fotomultiplikatorrør og 30x40 mm NaI (Tl) scintillationskrystal. Krystallen er optisk koblet til røret fotokatodevindue. Røret er dækket med flere lag elektrisk tape for at forhindre eventuelle eksterne lysfotoner i at komme ind i fotokatoden. Når en gammastråle rammer krystallen, producerer den mikrolysblitz, der er beregnet til at blive detekteret af PMT -rør. Intensiteten af lysglimt består af information om gammastrålingens energi.

For at drive PMT -røret har vi brug for højspænding. Jeg oprettede miniature og stabiliseret step-up 5V til 1000V converter. Når du beskæftiger dig med gammaspektroskopi har du brug for strengt reguleret højspænding med god temperaturkompensation og langsigtet stabilitet. Moderne elektroniske komponenter gør det muligt at skabe dette design.

Driveren inkluderer også spændingsdeler til dynoder og impulsbehandlingsladningsfølsom forstærker installeret direkte på anodetråd. Dette kompakte design har et lavt støjsignal og hjælper med at undgå jordsløjfer.

Kabinettet lavet med aluminiumsrør på hjemmebænke. Jeg er ikke professionel CNC, alt er udført med manuelt arbejde.

Under dækslet (ikke vist på billederne) installerede jeg et ekstra lille kort med LiPO -batteri, oplader og LED -indikator. Detektoren tænder automatisk, når der tilsluttes kabel. Opladning af batteriet kan foretages med samme kabel og enhver 5V adapter.

Du kan se det typiske skærmbillede for pulsform fra detektoren. Som det er, kan det bruges med enhver computerbaseret MCA -software, for eksempel PRA, Theremino eller BecqMonitor2011. Denne software bruger lydvogn til at analysere signalet.

Efter 2 eller 3 aftener brugte jeg på detektorjusteringer for at finde optimale højspændings- og forstærkerindstillinger, det ender med ret god linearitet og ~ 7,30% FWHM% på 662keV

Til detektortesten brugte jeg freeware BecqMonitor2011 med 24bit lydadapter.

Trin 2: Lav bærbar MCA

Fordi jeg planlagde at bruge min detektor som en bærbar enhed, lavede jeg Multi Channel Analyzer, der kan fange signal og gemme spektre i uSD -vogn i CSV -format.

Jeg brugte MHH-95A kabinet og skabte PCB-design af min MCA, der passede til dette kabinet. MCA har 8-bit PIC18 mikroprocessor med 10-bit ADC 1024 kanaler.

128x64 display viser kun delvis information om spektre. Hele 1024 skraldespanddata gemmes i SD -vogn og kan åbnes senere af BecqMonitor2011.

MCA -elektronikken drives af 2xAA -batterier. Den har 2 knapper til styring af softwaren og en knap til tænd/sluk.

Trin 3: Resultater

Hele opsætningen kan registrere gammaenergi i området 20keV-3000keV, har god linearitet og ~ 7,30% FWHM% ved 662keV.

Det første spektre er 1 time Cs-137 log. Skala. Du kan også se Ka-40 ved 1460keV

Andet spektrum er antikt radiumur Ra-226 lineær skala 30 minutter

Tredje spektre er antikt radiumur Ra-226 log. skala 30 minutter

Fjerde spektre er thoriated lantern mantle Th-232 log. skala 30 minutter

Håber denne artikel kan bringe inspiration til din næste build!

Trin 4: Konklusioner og omkostninger

Projektet er IKKE billigt. Jeg har ikke nøjagtig omkostningsoversigt for hver del, jeg brugte i dette projekt, men de dyreste er:

1. NaI (Tl) krystal. Jeg købte denne prøve ny for omkring $ 200. Det er mest dyrt, fordi det har garanteret opløsning, og det er fremstillet i dag. Gamle bestandskrystaller er problematiske efter min erfaring.

2. R9420 fotomultiplikatorrør. $ 60 PMT -røret, jeg brugte, er ikke nyt, men i god stand fra pålidelig leverandør.

3. Kapsling fremstilling. Selv gør jeg det selv, det har kostet og har brug for meget tid. Materialerne i lille mængde, jeg køber, er dyre, for eksempel rør, aluminiumsstang og plastik kan koste dig omkring $ 100 inklusive forsendelse, du skal også tilføje omkostninger til bearbejdning af værktøj, skær osv.

4. Elektronik prototyper og PCB fremstilling. Omkostningerne er høje - $$$$, jeg kan endda ikke tælle de samlede timer, dage og måneder, jeg har brugt på dette emne. Jeg forsøger desuden at undgå billige ebay-ali elektroniske komponenter. MCA -mikroprocessorsoftwaren skrev også af mig. Det tog for mange ressourcer og tid for mig, som selvstændig producent og studerende vælger jeg ikke at dele mine kildefiler, fordi det aldrig vil dække mine omkostninger, beklager. Men hvis du er kreativ og åben for samarbejde, kan du skrive til mig et forslag til forretningssamarbejde.

5. Alle andre dele som f.eks. Kabler, stik, batterier, materialer, lim, bånd og osv. Er omkring $ 100, ja små ting gør forskel her …

Konklusionerne: Efter min mening har projektet stor ydeevne. Jeg kan analysere mad, svampe, bær, finde radondøtre i regnvand, teste betonmaterialer eller mineraler for radioaktive isotoper inden for gammaenergi 20keV-3000keV. Selv med alle høje omkostninger som et DIY -projekt, er det stadig meget billigt, hvis du sammenligner det med professionelle gamma -spektrometre i laboratoriekvalitet. De mest almindelige og farlige gamma -isotoper kan let registreres af enheden.