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

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Hai, Selamat datang untuk semua yang berminat dengan hobi Spektroskopi Gamma. Dalam artikel pendek ini, saya hanya ingin berkongsi proses log kerja saya untuk membuat pengesan Spectroscopy DIY Gamma buatan sendiri dengan MCA. Ini bukan panduan, saya hanya berkongsi gambar prosesnya.

Semasa saya memulakan projek, saya memutuskan untuk membuat peranti yang dikendalikan bateri mudah alih dengan lineariti yang baik dan resolusi FWHM% kurang daripada 8%. Litar ini menghasilkan voltan tinggi untuk tiub photomultiplier, ia mempunyai elektronik analog untuk memproses bentuk nadi dan ia mempunyai elektronik digital untuk mengira denyut dan menganalisis spektrum.

Langkah 1: Membuat Pengesan NaI (Tl)

Alat pengesan itu dibina dengan tiub fotomultiplier R9420 Hamamtsu dan kristal kilauan NaI (Tl) 30x40mm. Kristal digabungkan secara optik dengan tetingkap katod foto tiub. Tiub ditutup dengan beberapa lapisan pita elektrik untuk mengelakkan sebarang cahaya foton luaran masuk ke katod foto. Apabila sinar gamma menyerang kristal itu menghasilkan kilatan cahaya mikro yang bertujuan untuk dikesan oleh tiub PMT. Keamatan kilatan cahaya terdiri daripada maklumat mengenai tenaga sinar gamma.

Untuk menggerakkan tiub PMT, kita memerlukan voltan tinggi. Saya membuat miniatur dan menstabilkan penukar 5V hingga 1000V. Apabila anda menangani spektroskopi gamma, anda memerlukan voltan tinggi yang dikawal ketat dengan pampasan suhu yang baik dan kestabilan jangka panjang. Komponen elektronik moden memungkinkan untuk membuat reka bentuk ini.

Pemacu juga merangkumi pembahagi voltan untuk dynode dan penguat sensitif cas pemprosesan nadi yang dipasang terus pada wayar anod. Reka bentuk ringkas ini mempunyai isyarat bunyi rendah dan membantu mengelakkan gelung tanah.

Kandang dibuat dengan tiub aluminium pada mesin pelarik rumah. Saya bukan CNC profesional, semuanya dilakukan dengan kerja manual.

Di bawah penutup (tidak ditunjukkan pada foto) saya memasang papan kecil tambahan dengan bateri, pengecas dan penunjuk LED LiPO. Pengesan dihidupkan secara automatik apabila kabel disambungkan. Pengisian bateri boleh dilakukan dengan kabel yang sama dan penyesuai 5V apa pun.

Anda dapat melihat skrin skop bentuk nadi khas dari pengesan. Seperti, ia dapat digunakan dengan perisian MCA berasaskan komputer, misalnya PRA, Theremino atau BecqMonitor2011. Perisian ini menggunakan troli audio untuk menganalisis isyarat.

Selepas 2 atau 3 malam saya menghabiskan penyesuaian pengesan untuk mencari tetapan voltan tinggi dan penguat yang optimum, ia berakhir dengan lineariti yang cukup baik dan ~ 7.30% FWHM% pada 662keV

Untuk ujian pengesan saya menggunakan BecqMonitor2011 perisian percuma dengan penyesuai audio 24bit.

Langkah 2: Membuat Portable MCA

Kerana saya merancang untuk menggunakan alat pengesan saya sebagai alat mudah alih, saya membuat Multi Channel Analyzer yang dapat menangkap isyarat dan menyimpan spektrum ke keranjang uSD dalam format CSV.

Saya menggunakan penutup MHH-95A dan membuat reka bentuk PCB MCA saya yang sesuai dengan penutup ini. MCA mempunyai mikropemproses PIC18 8-bit dengan saluran ADC 1024 10-bit.

Paparan 128x64 hanya menunjukkan sebahagian maklumat spektrum. Data 1024 tong penuh disimpan ke troli SD dan boleh dibuka kemudian oleh BecqMonitor2011.

Elektronik MCA dikuasakan oleh bateri 2xAA. Ia mempunyai 2 butang untuk mengendalikan perisian dan satu butang untuk Hidup / Mati.

Langkah 3: Hasil

Keseluruhan persediaan dapat mengesan tenaga gamma dalam lingkungan 20keV-3000keV, mempunyai garis linier yang baik dan ~ 7,30% FWHM% pada 662keV.

Spektrum pertama ialah 1 jam skala log Cs-137. Anda juga dapat melihat Ka-40 pada 1460keV

Spektrum kedua adalah jam tangan radium antik skala linear Ra-226 30 minit

Spektrum ketiga ialah jam tangan radium antik Ra-226 log. skala 30 minit

Spektrum keempat adalah mantel lentera thoriated Th-232 log. skala 30 minit

Semoga artikel ini dapat memberi inspirasi untuk pembinaan anda yang seterusnya!

Langkah 4: Kesimpulan dan Kos

Projek TIDAK murah. Saya tidak mempunyai ringkasan kos yang tepat untuk setiap bahagian yang saya gunakan dalam projek ini, tetapi yang paling mahal adalah:

1. Kristal NaI (Tl). Saya membeli sampel ini dengan harga lebih kurang $ 200. Ia lebih mahal kerana ia mempunyai resolusi yang dijamin dan ia dihasilkan pada masa kini. Kristal stok lama bermasalah dalam pengalaman saya.

2. R9420 Tiub Photomultiplier. $ 60 Tiub PMT yang saya gunakan bukan baru, tetapi dalam keadaan baik dari pembekal yang dipercayai.

3. Pembuatan kandang. Walaupun saya melakukannya sendiri memerlukan kos dan memerlukan banyak masa. Bahan dalam kuantiti yang sedikit yang saya beli mahal, misalnya tiub, batang aluminium dan plastik boleh menelan belanja kira-kira $ 100 termasuk penghantaran, anda juga perlu menambahkan kos pemesinan pada alat, sisipan dll.

4. Prototaip elektronik dan pembuatan PCB. Kosnya tinggi - $$$$, saya bahkan tidak dapat mengira jumlah jam, hari dan bulan yang saya habiskan untuk subjek ini. Selain itu saya cuba mengelakkan komponen elektronik ebay-ali kos rendah. Perisian mikropemproses MCA juga ditulis oleh saya. Saya memerlukan banyak sumber dan masa, sebagai pembuat dan pelajar yang bekerja sendiri, saya memilih untuk tidak berkongsi fail sumber saya kerana ia tidak akan menanggung kos saya, maaf. Tetapi jika anda kreatif dan terbuka untuk bekerjasama, anda boleh menulis saya cadangan untuk kerjasama perniagaan.

5. Semua bahagian lain seperti kabel, jek, bateri, bahan, gam, pita dan lain-lain berharga kira-kira $ 100, yessmall banyak perbezaan di sini …

Kesimpulannya: Pada pendapat saya projek ini mempunyai prestasi yang baik. Saya dapat menganalisis makanan, cendawan, beri, mencari anak perempuan radon di air hujan, menguji bahan konkrit atau mineral untuk isotop radioaktif dalam julat tenaga gamma 20keV-3000keV. Walaupun dengan semua kos tinggi sebagai projek DIY, ia tetap sangat murah jika anda membandingkannya dengan spektrometer gamma kelas makmal profesional. Isotop gamma yang paling biasa dan berbahaya dapat dikesan dengan mudah oleh peranti.