רב ערוצי מנתח MCA עם גלאי ספקטרוסקופיה גאמי NaI (Tl): 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

היי, ברוכים הבאים לכל המתעניינים בתחביב גמא ספקטרוסקופיה. במאמר קצר זה אני רק רוצה לשתף בתהליך יומן העבודה שלי של יצירת גלאי ספקטרוסקופיית גמא DIY תוצרת בית עם MCA. זה לא מדריך, אני משתף רק תמונות של התהליך.

כשהתחלתי את הפרויקט, החלטתי לייצר מכשיר נייד המופעל באמצעות סוללות עם לינאריות טובה ורזולוציה של FWHM% פחות מ -8%. המעגל מפתח מתח גבוה לצינור מכפיל פוטו, יש לו אלקטרוניקה אנלוגית לעיבוד צורת הדופק ויש לו אלקטרוניקה דיגיטלית לספירת פולסים ולניתוח ספקטרום.

שלב 1: ביצוע גלאי NaI (Tl)

הגלאי בנוי עם צינור מכפיל פוטו מכפיל R9420 של Hamamtsu וגביש נצנץ 30x40 מ מ NaI (Tl). הגביש מצורף אופטית לחלון הצילום-קתודה של הצינור. הצינור מכוסה בכמה שכבות של סרט חשמלי למניעת כניסת פוטונים אור חיצוניים אל תוך קתודה-צילום. כאשר קרן גמא פוגעת בגביש הוא מייצר פלאש אור מיקרו שנועד לאתר על ידי צינור PMT. עוצמת הבזק האור כוללת מידע על האנרגיה של קרן הגמא.

כדי להניע את צינור ה- PMT אנו זקוקים למתח גבוה. יצרתי ממיר 5V עד 1000V מיניאטורי ומיוצב. כאשר אתה מתמודד עם ספקטרוסקופיית גמא אתה צריך מתח גבוה מוסדר בהחלט עם פיצוי טמפרטורה טוב ויציבות לטווח ארוך. רכיבים אלקטרוניים מודרניים מאפשרים ליצור עיצוב זה.

הנהג כולל גם מחלק מתח עבור דינודות ומגבר רגיש לעיבוד דופק המותקן ישירות על חוט האנודה. עיצוב קומפקטי זה בעל אות רעש נמוך ועוזר להימנע מלולאות קרקע.

המארז עשוי צינור אלומיניום על מכונת מחרטה ביתית. אני לא מקצועי ב- CNC, הכל נעשה בעבודת יד.

מתחת למכסה (לא מוצג בתמונות) התקנתי לוח קטן נוסף עם סוללת LiPO, מטען ומחוון LED. הגלאי מופעל אוטומטית כאשר הכבל מחובר. טעינת הסוללה יכולה להתבצע עם אותו כבל וכל מתאם 5V.

אתה יכול לראות מסך היקף צורת דופק טיפוסי מהגלאי. כפי שהוא, ניתן להשתמש בו עם כל תוכנת MCA מבוססת מחשב, למשל PRA, Theremino או BecqMonitor2011. תוכנה זו משתמשת בעגלת שמע כדי לנתח את האות.

לאחר 2 או 3 ערבים ביליתי על התאמות גלאי כדי למצוא הגדרות מתח גבוה ומגבר אופטימלי זה מסתיים בלינאריות די טובה ו ~ 7.30% FWHM% על 662keV

לצורך בדיקת הגלאי השתמשתי ב- BecqMonitor2011 עם תוכנת שמע 24 ביט.

שלב 2: ביצוע MCA נייד

מכיוון שתכננתי להשתמש בגלאי שלי כמכשיר נייד, הכנתי מנתח רב ערוצים שיכול ללכוד אות ולשמור ספקטרים בעגלת uSD בפורמט CSV.

השתמשתי במארז MHH-95A ויצרתי עיצוב PCB של ה- MCA שלי המתאים למארז זה. ל- MCA יש מיקרו-מעבד PIC18 של 8 סיביות עם ערוצי ADC 1024 סיביות של 10 סיביות.

תצוגת 128x64 מציגה מידע חלקי בלבד של ספקטרום. נתוני פחים מלאים של 1024 נשמרים בעגלת SD וניתן לפתוח אותם מאוחר יותר על ידי BecqMonitor2011.

האלקטרוניקה של MCA המופעלת באמצעות סוללות 2xAA. יש לו 2 כפתורים לשליטה בתוכנה וכפתור אחד להפעלה/כיבוי.

שלב 3: תוצאות

ההתקנה כולה יכולה לזהות אנרגיית גמא בטווח של 20keV-3000keV, יש ליניאריות טובה ו ~ 7.30% FWHM% ב 662keV.

הספקטרום הראשון הוא שעה אחת של Cs-137 log.scale. אתה יכול גם לראות את Ka-40 ב- 1460keV

הספקטרום השני הוא שעון רדיום עתיק Ra-226 בקנה מידה לינארי 30 דקות

הספקטרום השלישי הוא שעון רדיום עתיק Ra-226 log. קנה מידה 30 דקות

הספקטרום הרביעי הוא מעטפת פנס תאורי Th-232. קנה מידה 30 דקות

מקווה שמאמר זה יכול להביא השראה לבנייה הבאה שלך!

שלב 4: מסקנות ועלות

הפרויקט אינו זול. אין לי סיכום עלויות מדויק עבור כל חלק בו השתמשתי בפרויקט זה, אך היקרים ביותר הם:

1. קריסטל NaI (Tl). רכשתי מדגם חדש כ- $ 200. זה יקר בעיקר מכיוון שהוא הבטיח רזולוציה והוא מיוצר בימינו. גבישי מניות ישנים בעייתיים מניסיוני.

2. צינור מכפיל פוטו R9420. $ 60 צינור ה- PMT שהשתמשתי בו אינו חדש, אך במצב טוב של ספק מהימן.

3. ייצור מארז. אפילו אני עושה את זה לבד זה עלה וצריך הרבה זמן. החומרים בכמות קטנה שאני קונה הם יקרים, למשל צינור, מוט אלומיניום ופלסטיק יכולים לעלות לכם כ -100 $ כולל משלוח, עליכם להוסיף גם עלויות עיבוד על כלים, מוסיפים וכו '.

4. אב טיפוס של אלקטרוניקה וייצור PCB. העלות גבוהה - $$$$, אני אפילו לא יכול לספור את כל השעות, הימים והחודשים שביליתי בנושא זה. בנוסף, אני מנסה להימנע מרכיבים אלקטרוניים בעלות נמוכה של ebay-ali. תוכנת המיקרו מעבד MCA כתבה גם אני. לקח לי יותר מדי משאבים וזמן. כעצמא עצמאית וסטודנטית אני בוחר לא לשתף את קבצי המקור שלי כי זה לעולם לא יכסה את העלויות שלי, מצטער. אבל אם אתה יצירתי ופתוח לשיתוף פעולה, תוכל לכתוב לי הצעה לשיתוף פעולה עסקי.

5. כל החלקים האחרים בסביבה כמו כבלים, שקעים, סוללות, חומרים, דבקים, קלטות וכו 'הם בערך $ 100, כן הדברים הקטנים עושים את ההבדל כאן …

המסקנות: לדעתי לפרויקט ביצועים מעולים. אני יכול לנתח מזון, פטריות, פירות יער, למצוא בנות ראדון במי גשמים, לבדוק חומרי בטון או מינרלים לאזוטופים רדיואקטיביים בטווח של אנרגיית גמא 20keV-3000keV. אפילו עם כל העלות הגבוהה כפרויקט עשה זאת בעצמך, זה עדיין זול מאוד אם אתה משווה אותו עם ספקטרומטרי גמא מקצועיים בדרגת מעבדה. המכשיר יכול לזהות בקלות את איזוטופי הגמא הנפוצים והמסוכנים ביותר.