Multi Channel Analyzer MCA ՝ Գամմա սպեկտրոսկոպիայի NaI (Tl) դետեկտորով ՝ 5 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:50

Ողջու՜յն, Բարի գալուստ բոլոր նրանց, ովքեր հետաքրքրված են հոբբի Գամմա սպեկտրոսկոպիայով: Այս կարճ հոդվածում ես պարզապես ուզում եմ կիսել տնական DIY գամմա սպեկտրոսկոպիայի դետեկտոր ստեղծելու իմ աշխատանքային գրանցամատյանը MCA- ի հետ: Դա ուղեցույց չէ, ես կիսում եմ միայն գործընթացի լուսանկարները:

Երբ ես սկսեցի նախագիծը, ես որոշեցի դարձնել շարժական մարտկոցով աշխատող սարք `լավ գծայնությամբ և FWHM% թույլատրելիությամբ 8% -ից պակաս: Շղթան զարգացնում է բարձր լարման ֆոտոմուլտիպլիկատոր խողովակի համար, այն ունի անալոգային էլեկտրոնիկա `զարկերակային ձևը մշակելու համար և ունի թվային էլեկտրոնիկա` իմպուլսները հաշվելու և սպեկտրները վերլուծելու համար:

Քայլ 1. NaI (Tl) դետեկտոր պատրաստելը

Դետեկտորը կառուցված է R9420 Hamamtsu ֆոտոմուլտիվատոր խողովակով և 30x40 մմ NaI (Tl) սցինտիլյացիայի բյուրեղով: Բյուրեղն օպտիկական կերպով միացված է խողովակի ֆոտո-կաթոդային պատուհանին: Խողովակը ծածկված է էլեկտրական ժապավենի մի քանի շերտերով `կանխելու արտաքին լուսային ֆոտոնների ներթափանցումը ֆոտոկատոդ: Երբ գամմա ճառագայթը հարվածում է բյուրեղին, այն արտադրում է միկրո լույսի բռնկում, որը նախատեսված էր հայտնաբերել PMT խողովակով: Լույսի բռնկման ինտենսիվությունը բաղկացած է գամմա ճառագայթման էներգիայի մասին տեղեկատվությունից:

PMT խողովակը վարելու համար մեզ անհրաժեշտ է բարձր լարում: Ես ստեղծեցի մանրանկարիչ և կայունացնող 5V- ից մինչև 1000V փոխարկիչ: Երբ զբաղվում եք գամմա սպեկտրոսկոպիայով, ձեզ հարկավոր է խստորեն կարգավորվող բարձր լարում `լավ ջերմաստիճանի փոխհատուցմամբ և երկարաժամկետ կայունությամբ: Electronicամանակակից էլեկտրոնային բաղադրիչները թույլ են տալիս ստեղծել այս դիզայնը:

Վարորդը ներառում է նաև դինոդների լարման բաժանարար և զարկերակային մշակման լիցքավորման զգայուն ուժեղացուցիչ, որը տեղադրված է անմիջապես անոդի լարերի վրա: Այս կոմպակտ դիզայնն ունի ցածր աղմուկի ազդանշան և օգնում է խուսափել հողային օղակներից:

Ալյումինե խողովակով պատրաստված պատյանը տնային խառատահաստոցում: Ես պրոֆեսիոնալ CNC չեմ, ամեն ինչ արվում է ձեռքով:

Կափարիչի տակ (լուսանկարներում նշված չէ) ես տեղադրեցի լրացուցիչ փոքր տախտակ LiPO մարտկոցով, լիցքավորիչով և LED ցուցիչով: Դետեկտորը ինքնաբերաբար միանում է, երբ մալուխը միացված է: Մարտկոցի լիցքավորումը կարող է կատարվել նույն մալուխով և ցանկացած 5V ադապտերով:

Դետեկտորից կարող եք տեսնել իմպուլսի ձևի շրջանակի բնորոշ էկրան: Ինչպես որ կա, այն կարող է օգտագործվել ցանկացած համակարգչային MCA ծրագրակազմի հետ, օրինակ ՝ PRA, Theremino կամ BecqMonitor2011: Այս ծրագրաշարը ազդանշանը վերլուծելու համար օգտագործում է աուդիո սայլ:

2 կամ 3 երեկոներից հետո ես ծախսեցի դետեկտորի ճշգրտումների վրա `բարձր լարման և ուժեղացուցիչի օպտիմալ պարամետրեր գտնելու համար: Այն ավարտվում է բավականին լավ գծայնությամբ և 2 7.30% FWHM% 662 կՎ

Դետեկտորի փորձարկման համար ես օգտագործել եմ անվճար BecqMonitor2011 ծրագիրը 24bit ձայնային ադապտեր:

Քայլ 2. Դյուրակիր MCA- ի պատրաստում

Քանի որ ես պլանավորում էի օգտագործել իմ դետեկտորը որպես շարժական սարք, ես պատրաստեցի Բազմալիքային անալիզատոր, որը կարող է ազդանշան գրավել և սպեկտրները պահպանել uSD սայլակում CSV ձևաչափով:

Ես օգտագործեցի MHH-95A պարիսպը և ստեղծեցի իմ ՀՄՀ-ի PCB ձևավորում, որը համապատասխանում էր այս պարիսպին: ՀՄՀ-ն ունի 8-բիթանոց PIC18 միկրոպրոցեսոր ՝ 10-բիթանոց ADC 1024 ալիքներով:

128x64 էկրանը ցույց է տալիս սպեկտրների միայն մասնակի տեղեկատվությունը: Ամբողջ 1024 աղբարկղի տվյալները պահվում են SD զամբյուղում և կարող են հետագայում բացվել BecqMonitor2011- ի կողմից:

MCA էլեկտրոնիկան սնուցվում է 2xAA մարտկոցներով: Այն ունի 2 կոճակ `ծրագրակազմը կառավարելու համար և մեկ կոճակ` միացման/անջատման համար:

Քայլ 3: Արդյունքներ

Ամբողջ տեղադրումը կարող է գամմա էներգիա հայտնաբերել 20 կՎ-3000 կՎ միջակայքում, ունի լավ գծայնություն և 2 7.30% FWHM% ՝ 662 կէՎ:

Առաջին սպեկտրը 1 ժամ Cs-137 log.scale է: Կարող եք տեսնել նաև Ka-40- ը 1460 կՎ-ով

Երկրորդ սպեկտրը հնագույն ռադիումի ժամացույց Ra-226 գծային մասշտաբն է ՝ 30 րոպե

Երրորդ սպեկտրը հնագույն ռադիումի ժամացույց է `Ra-226 log: սանդղակ 30 րոպե

Չորրորդ սպեկտրը thoriated լապտերի թիկնոց Th-232 տեղեկամատյան է: սանդղակ 30 րոպե

Հուսով եմ, որ այս հոդվածը կարող է ոգեշնչում բերել ձեր հաջորդ կառուցվածքի համար:

Քայլ 4: Եզրակացություններ և ծախսեր

Նախագիծը էժան չէ: Ես չունեմ ծախսերի ճշգրիտ ամփոփում այս նախագծում օգտագործած յուրաքանչյուր մասի համար, բայց ամենաթանկներն են.

1. NaI (Tl) բյուրեղ: Այս նոր նմուշը ես գնել եմ մոտ $ 200 -ով: Այն թանկ է հիմնականում այն պատճառով, որ երաշխավորված լուծաչափ ունի և այն արտադրվում է մեր օրերում: Հին պաշարների բյուրեղները խնդրահարույց են իմ փորձով:

2. R9420 Photomultiplier Tube: 60 դոլար Իմ օգտագործած PMT խողովակը նոր չէ, բայց լավ վիճակում է վստահելի մատակարարից:

3. Պատյանների արտադրություն: Նույնիսկ ես ինքս եմ դա անում, դա ծախսեր է պահանջում և շատ ժամանակ է պահանջում: Փոքր քանակությամբ նյութերը, որոնք ես գնում եմ, թանկ են, օրինակ ՝ խողովակը, ալյումինե գավազանը և պլաստմասսան կարող են ձեզ արժենալ մոտ $ 100, ներառյալ առաքումը, դուք նաև պետք է ավելացնեք գործիքների, ներդիրների և այլնի հաստոցների մշակման ծախսերը:

4. Էլեկտրոնիկայի նախատիպերի պատրաստում և PCB արտադրություն: Արժեքը բարձր է ՝ $ $ $, ես նույնիսկ չեմ կարող հաշվել այս թեմայի վրա ծախսած ընդհանուր ժամերը, օրերն ու ամիսները: Բացի այդ, ես փորձում եմ խուսափել ցածր գնով ebay-ali էլեկտրոնային բաղադրիչներից: MCA միկրոպրոցեսորային ծրագրակազմը նույնպես գրված է իմ կողմից: Ինձ համար չափազանց շատ ռեսուրսներ և ժամանակ պահանջվեց, որպես ինքնազբաղված արտադրող և ուսանող ես ընտրում եմ չկիսել իմ աղբյուրի ֆայլերը, քանի որ դա երբեք չի հոգա իմ ծախսերը, ներողություն: Բայց եթե ստեղծագործող եք և բաց եք համագործակցության համար, կարող եք ինձ առաջարկել բիզնես համագործակցության վերաբերյալ:

5. Մոտակայքում մնացած բոլոր մասերը, ինչպիսիք են մալուխները, խցիկները, մարտկոցները, նյութերը, սոսինձները, ժապավենները և այլն, մոտ 100 դոլար են, իսկ փոքր բաներն այստեղ տարբերություն են դնում…

Եզրակացություններ. Իմ կարծիքով, նախագիծը հիանալի կատարում ունի: Կարող եմ վերլուծել սնունդը, սնկերը, հատապտուղները, անձրևաջրերի մեջ գտնել ռադոնի դուստրեր, փորձարկել բետոնե նյութեր կամ հանքանյութեր ռադիոակտիվ իզոտոպների համար `20 կՎ -3000 կՎ գամա էներգիայի տիրույթում: Նույնիսկ DIY- ի բարձր գնով, այն դեռ շատ էժան է, եթե այն համեմատեք պրոֆեսիոնալ լաբորատոր դասի գամմա սպեկտրոմետրերի հետ: Ամենատարածված և վտանգավոր գամմա իզոտոպները կարող են հեշտությամբ հայտնաբերվել սարքի կողմից: