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

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Hej, Välkommen till alla som är intresserade av hobbygammaspektroskopi. I den här korta artikeln vill jag bara dela med mig av min arbetsloggprocess för att skapa hemlagad DIY Gamma Spectroscopy-detektor med MCA. Det är inte en guide, jag delar bara foton av processen.

När jag startade projektet bestämde jag mig för att göra bärbar batteridriven enhet med bra linjäritet och FWHM% upplösning mindre än 8%. Kretsen utvecklar högspänning för ett fotomultiplikatorrör, den har analog elektronik för att bearbeta pulsform och den har digital elektronik för att räkna pulser och analysera spektra.

Steg 1: Gör NaI (Tl) -detektor

Detektorn byggs med R9420 Hamamtsu fotomultiplikatorrör och 30x40 mm NaI (Tl) scintillationskristall. Kristallen är optiskt kopplad till rörfotokatodfönstret. Röret är täckt med flera lager av elektrisk tejp för att förhindra att eventuella externa ljusfotoner tränger in i fotokatoden. När en gammastrål träffar kristallen producerar den mikroljusblixt som är avsedd att detekteras av PMT -rör. Ljusblixtens intensitet består av information om gammastrålens energi.

För att driva PMT -röret behöver vi högspänning. Jag skapade miniatyr och stabiliserade step-up 5V till 1000V omvandlare. När du hanterar gammaspektroskopi behöver du strikt reglerad högspänning med bra temperaturkompensation och långsiktig stabilitet. Moderna elektroniska komponenter gör det möjligt att skapa denna design.

Drivrutinen inkluderar också spänningsdelare för dynoder och pulsbearbetningskänslig förstärkare installerad direkt på anodtråd. Denna kompakta design har låg ljudnivå och hjälper till att undvika jordslingor.

Höljet tillverkat med aluminiumrör på hemmabänk. Jag är inte professionell CNC, allt görs med manuellt arbete.

Under locket (visas inte på bilderna) installerade jag ytterligare ett litet kort med LiPO -batteri, laddare och LED -indikator. Detektorn startar automatiskt när kabeln är ansluten. Laddning av batteriet kan göras med samma kabel och valfri 5V -adapter.

Du kan se en typisk pulsformsskärm från detektorn. Som den är kan den användas med vilken datorbaserad MCA -programvara som helst, till exempel PRA, Theremino eller BecqMonitor2011. Denna programvara använder ljudvagn för att analysera signalen.

Efter 2 eller 3 kvällar spenderade jag på detektorjusteringar för att hitta optimala högspännings- och förstärkarinställningar, det slutar med ganska bra linjäritet och ~ 7,30% FWHM% på 662keV

För detektortestet använde jag freeware BecqMonitor2011 med 24bit ljudadapter.

Steg 2: Gör bärbar MCA

Eftersom jag planerade att använda min detektor som en bärbar enhet, gjorde jag Multi Channel Analyzer som kan fånga signal och spara spektra till uSD -vagn i CSV -format.

Jag använde MHH-95A-hölje och skapade PCB-design av min MCA som passade till detta hölje. MCA har 8-bitars PIC18-mikroprocessor med 10-bitars ADC 1024-kanaler.

128x64 display visar endast delvis information om spektra. Hela 1024 fackdata sparas i SD -vagnen och kan öppnas senare av BecqMonitor2011.

MCA -elektroniken drivs av 2xAA -batterier. Den har 2 knappar för att styra programvaran och en knapp för På/Av.

Steg 3: Resultat

Hela installationen kan detektera gammaenergi i intervallet 20 kev-3000 kev, har bra linjäritet och ~ 7,30% FWHM% vid 662 kev.

Det första spektret är 1 timme Cs-137 log. Skala. Du kan också se Ka-40 vid 1460keV

Andra spektra är antik radiumklocka Ra-226 linjär skala 30 minuter

Tredje spektra är antik radiumklocka Ra-226 log. skala 30 minuter

Fjärde spektra är thoriated lykta mantel Th-232 stock. skala 30 minuter

Hoppas att den här artikeln kan ge inspiration för din nästa byggnad!

Steg 4: Slutsatser och kostnad

Projektet är INTE billigt. Jag har inte exakt kostnadssammanfattning för varje del jag använde i det här projektet, men de dyraste är:

1. NaI (Tl) kristall. Jag köpte det här provet nytt för cirka $ 200. Det är dyrt mest för att det har garanterat upplösning och det tillverkas nuförtiden. Gamla stamkristaller är problematiska enligt min erfarenhet.

2. R9420 fotomultiplikatorrör. $ 60 PMT -röret jag använde är inte nytt, men i gott skick från pålitlig leverantör.

3. Kapslingstillverkning. Även jag gör det själv det har kostat och behöver mycket tid. Materialet i liten mängd jag köper är dyrt, till exempel rör, aluminiumstav och plast kan kosta dig cirka $ 100 inklusive frakt, du måste också lägga till bearbetningskostnader på verktyg, skär etc.

4. Elektronik prototyper och PCB tillverkning. Kostnaden är hög - $$$$, jag kan inte ens räkna de totala timmar, dagar och månader jag spenderade på detta ämne. Jag försöker dessutom att undvika billiga ebay-ali elektroniska komponenter. MCA -mikroprocessorprogramvaran skrev också av mig. Det tog för många resurser och tid, som egenföretagare och student väljer jag att inte dela mina källfiler eftersom det aldrig kommer att täcka mina kostnader, förlåt. Men om du är kreativ och öppen för samarbete kan du skriva ett förslag till företagssamarbete.

5. Alla andra delar runt som kablar, uttag, batterier, material, lim, band och etc är cirka $ 100, ja, små saker gör skillnad här …

Slutsatserna: Enligt min mening har projektet stora prestanda. Jag kan analysera mat, svamp, bär, hitta radondöttrar i regnvatten, testa betongmaterial eller mineraler för radioaktiva isotoper inom gammaenergi 20keV-3000keV. Även med alla höga kostnader som ett DIY -projekt är det fortfarande väldigt billigt om du jämför det med professionella gammaspektrometrar i laboratorieklass. De vanligaste och farligaste gamma -isotoperna kan lätt upptäckas av enheten.