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

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Hei, Velkommen til alle som er interessert i hobbygammaspektroskopi. I denne korte artikkelen vil jeg bare dele min arbeidsloggprosess med å lage hjemmelaget DIY Gamma Spectroscopy-detektor med MCA. Det er ikke en guide, jeg deler bare bilder av prosessen.

Da jeg startet prosjektet, bestemte jeg meg for å lage bærbar batteridrevet enhet med god linearitet og FWHM% oppløsning mindre enn 8%. Kretsen utvikler høyspenning for et fotomultiplikatorrør, den har analog elektronikk for å behandle pulsform og den har digital elektronikk for å telle pulser og analysere spektre.

Trinn 1: Lag NaI (Tl) detektor

Detektoren er bygget med R9420 Hamamtsu fotomultiplikatorrør og 30x40 mm NaI (Tl) scintillasjonskrystall. Krystallet er optisk koblet til røret fotokatodevindu. Røret er dekket med flere lag elektrisk tape for å forhindre at eventuelle eksterne lysfotoner kommer inn i fotokatoden. Når en gammastråle treffer krystallet, produserer det mikrolysblits som er beregnet på å bli oppdaget av PMT -rør. Intensiteten til lysblitsen består av informasjon om energien til gammastrålen.

For å drive PMT -røret trenger vi høyspenning. Jeg laget miniatyr og stabilisert trinnvis 5V til 1000V omformer. Når du arbeider med gammaspektroskopi trenger du strengt regulert høyspenning med god temperaturkompensasjon og langsiktig stabilitet. Moderne elektroniske komponenter gjør det mulig å lage dette designet.

Driveren inkluderer også spenningsdeler for dynoder og pulsbehandlingsladingsfølsom forsterker installert direkte på anodetråd. Denne kompakte designen har lavt støysignal og bidrar til å unngå jordsløyfer.

Kapslingen er laget med aluminiumsrør på hjemmebænke. Jeg er ikke profesjonell CNC, alt er gjort med manuelt arbeid.

Under dekselet (ikke vist på bildene) installerte jeg et ekstra lite kort med LiPO -batteri, lader og LED -indikator. Detektoren slås på automatisk når kabelen er tilkoblet. Ladingen av batteriet kan gjøres med samme kabel og hvilken som helst 5V adapter.

Du kan se en typisk pulsform -skjerm fra detektoren. Som den er, kan den brukes med hvilken som helst datamaskinbasert MCA -programvare, for eksempel PRA, Theremino eller BecqMonitor2011. Denne programvaren bruker lydvogn til å analysere signalet.

Etter 2 eller 3 kvelder brukte jeg på detektorjusteringer for å finne optimale høyspennings- og forsterkerinnstillinger, ender det opp med ganske god linearitet og ~ 7,30% FWHM% på 662keV

Til detektortesten brukte jeg freeware BecqMonitor2011 med 24bit lydadapter.

Trinn 2: Lag bærbar MCA

Fordi jeg planla å bruke min detektor som en bærbar enhet, lagde jeg Multi Channel Analyzer som kan fange signal og lagre spektre i uSD -vogn i CSV -format.

Jeg brukte MHH-95A kabinett og laget PCB-design av MCA som passet til dette kabinettet. MCA har 8-biters PIC18 mikroprosessor med 10-biters ADC 1024 kanaler.

128x64 display viser bare delvis informasjon om spektra. Hele 1024 bingedata lagres i SD -vogn og kan åpnes senere av BecqMonitor2011.

MCA -elektronikken drives av 2xAA -batterier. Den har 2 knapper for å kontrollere programvaren og en knapp for På/Av.

Trinn 3: Resultater

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

Det første spektret er 1 time med Cs-137 log. Skala. Du kan også se Ka-40 på 1460keV

Andre spektra er antikk radiumklokke Ra-226 lineær skala 30 minutter

Tredje spektra er antikt radium ur Ra-226 log. skala 30 minutter

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

Håper denne artikkelen kan bringe inspirasjon til ditt neste bygg!

Trinn 4: Konklusjoner og kostnader

Prosjektet er IKKE billig. Jeg har ikke eksakt kostnadsoppsummering for hver del jeg brukte i dette prosjektet, men de dyreste er:

1. NaI (Tl) krystall. Jeg kjøpte denne prøven ny for omtrent $ 200. Det er dyrt hovedsakelig fordi det har garantert oppløsning og det er produsert i dag. Gamle aksjekrystaller er problematiske etter min erfaring.

2. R9420 fotomultiplikatorrør. $ 60 PMT -røret jeg brukte er ikke nytt, men i god stand fra pålitelig leverandør.

3. Kapslingsproduksjon. Selv jeg gjør det selv, det har kostet og trenger mye tid. Materialene i liten mengde jeg kjøper er dyre, for eksempel rør, aluminiumsstang og plast kan koste deg rundt $ 100 inkludert frakt, du må også legge til maskineringskostnader på verktøy, innsatser etc.

4. Elektronikk prototyping og PCB produksjon. Kostnaden er høy - $$$$, jeg kan ikke engang telle de totale timene, dagene og månedene jeg brukte på dette emnet. I tillegg prøver jeg å unngå elektroniske komponenter på ebay-ali til lave kostnader. MCA -mikroprosessorprogramvaren skrev jeg også. Det tok for mange ressurser og tid for meg. Som selvstendig næringsdrivende og student velger jeg å ikke dele kildefilene mine fordi det aldri vil dekke kostnadene mine, beklager. Men hvis du er kreativ og åpen for samarbeid, kan du skrive et forslag til forretningssamarbeid til meg.

5. Alle andre deler rundt som kabler, kontakter, batterier, materialer, lim, tape og etc er omtrent $ 100, ja, det er små ting som gjør forskjell her …

Konklusjonene: Etter min mening har prosjektet gode resultater. Jeg kan analysere mat, sopp, bær, finne radondøtre i regnvann, teste betongmaterialer eller mineraler for radioaktive isotoper innen gammaenergi 20keV-3000keV. Selv med alle høye kostnader som et DIY -prosjekt, er det fortsatt veldig billig hvis du sammenligner det med profesjonelle gamma -spektrometre i laboratoriekvalitet. De vanligste og farligste gamma -isotoper kan enkelt oppdages av enheten.