MCA تجزیه و تحلیل چند کاناله با آشکارساز طیف سنجی گاما NaI (Tl): 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

سلام،

به همه کسانی که علاقه مند به سرگرمی طیف سنجی گاما هستند خوش آمدید. در این مقاله کوتاه ، من فقط می خواهم روند گزارش کار خود را برای ایجاد آشکارساز طیف سنجی گاما DIY خانگی با MCA به اشتراک بگذارم. این یک راهنما نیست ، من فقط عکسهای این روند را به اشتراک می گذارم.

وقتی پروژه را شروع کردم ، تصمیم گرفتم دستگاه باتری قابل حمل را با خطی خوب و وضوح FWHM less کمتر از 8 make بسازم. مدار ولتاژ بالایی را برای یک لوله تکثیر کننده نور ایجاد می کند ، دارای قطعات الکترونیکی آنالوگ برای پردازش شکل پالس و الکترونیک دیجیتال برای شمارش پالس ها و تجزیه و تحلیل طیف ها است.

مرحله 1: ایجاد آشکارساز NaI (Tl)

آشکارساز با لوله R9420 Hamamtsu photomultiplier و کریستال سوزش NaI (Tl) 30x40mm ساخته شده است. کریستال از نظر نوری به پنجره لوله کاتد عکس متصل می شود. لوله با چندین لایه نوار الکتریکی پوشانده شده است تا از ورود هرگونه فوتون نوری خارجی به داخل کاتد عکس جلوگیری شود. هنگامی که اشعه گاما به کریستال برخورد می کند ، فلش نوری میکرو را ایجاد می کند که با لوله PMT قابل تشخیص است. شدت فلاش نور شامل اطلاعاتی در مورد انرژی اشعه گاما است.

برای حرکت لوله PMT ما به ولتاژ بالا نیاز داریم. من مبدل مینیاتوری و تثبیت کننده 5V به 1000V را ایجاد کردم. هنگامی که با طیف سنجی گاما سر و کار دارید ، به ولتاژ بالا با درجه حرارت خوب و ثبات طولانی مدت نیاز دارید. اجزای الکترونیکی مدرن امکان ایجاد این طرح را می دهد.

درایور همچنین دارای تقسیم کننده ولتاژ برای دیودها و تقویت کننده حساس به بار پردازش پالس است که مستقیماً روی سیم آند نصب شده است. این طراحی جمع و جور دارای سیگنال نویز کم است و به جلوگیری از حلقه های زمین کمک می کند.

محفظه ساخته شده با لوله آلومینیومی در دستگاه تراش خانگی. من CNC حرفه ای نیستم ، همه چیز با کار دستی انجام می شود.

در زیر جلد (در عکسها نشان داده نشده است) من یک تخته کوچک اضافی با باتری LiPO ، شارژر و نشانگر LED نصب کردم. هنگام اتصال کابل ، آشکارساز به طور خودکار روشن می شود. شارژ باتری را می توان با همان کابل و هر آداپتور 5V انجام داد.

صفحه آشکارساز شکل معمولی شکل پالس را می توانید مشاهده کنید. همانطور که هست ، می توان آن را با هر نرم افزار MCA مبتنی بر رایانه ، به عنوان مثال PRA ، Theremino یا BecqMonitor2011 استفاده کرد. این نرم افزار از سبد صوتی برای تجزیه و تحلیل سیگنال استفاده می کند.

بعد از 2 یا 3 شب برای تنظیمات آشکارساز برای یافتن تنظیمات مطلوب ولتاژ بالا و تقویت کننده ، با خطی بسیار خوب و 7.30 ~ FWHM٪ در 662keV به پایان می رسم.

برای آزمایش آشکارساز از نرم افزار رایگان BecqMonitor2011 با آداپتور صوتی 24 بیت استفاده کردم.

مرحله 2: ساخت MCA قابل حمل

از آنجا که من قصد داشتم از آشکارساز خود به عنوان یک دستگاه قابل حمل استفاده کنم ، یک تحلیلگر چند کاناله تهیه کردم که می تواند سیگنال را ضبط کرده و طیف را در سبد uSD با فرمت CSV ذخیره کند.

من از محفظه MHH-95A استفاده کردم و طراحی PCB MCA خود را که مناسب این محفظه بود ایجاد کردم. MCA دارای ریزپردازنده 8 بیتی PIC18 با 10 ADC 1024 کانال است.

صفحه نمایش 128x64 فقط اطلاعات جزئی طیف ها را نشان می دهد. اطلاعات کامل 1024 سطل در کارت SD ذخیره می شود و بعداً توسط BecqMonitor2011 باز می شود.

لوازم الکترونیکی MCA از باتری های 2xAA تغذیه می کند. دارای 2 دکمه برای کنترل نرم افزار و یک دکمه برای روشن/خاموش.

مرحله 3: نتایج

کل مجموعه می تواند انرژی گاما را در محدوده 20 کیلو ولت-3000 کیلو ولت تشخیص دهد ، خطی خوبی دارد و 7.30 درصد FWHM 66 در 662 کیلو ولت دارد.

طیف اول 1 ساعت مقیاس Cs-137 log.scale است. همچنین می توانید Ka-40 را در 1460 کیلو ولت مشاهده کنید

طیف دوم ساعت رادیوم عتیقه مقیاس خطی Ra-226 به مدت 30 دقیقه است

طیف سوم ساعت عتیقه رادیوم ساعت Ra-226 log است. مقیاس 30 دقیقه

طیف چهارم گوشته فانوس thoriated Th-232 log است. مقیاس 30 دقیقه

امیدوارم این مقاله بتواند برای ساخت بعدی شما الهام بخش باشد!

مرحله 4: نتیجه گیری و هزینه

این پروژه ارزان نیست من برای هر قسمتی که در این پروژه استفاده کردم خلاصه هزینه دقیقی ندارم ، اما گران ترین آنها عبارتند از:

1. بلور NaI (Tl). من این نمونه جدید را حدود 200 دلار خریدم. گرانتر است زیرا رزولوشن آن تضمین شده است و امروزه تولید می شود. کریستالهای قدیمی موجود در تجربه من مشکل ساز هستند.

2. لوله R9420 Photomultiplier. 60 دلار لوله PMT مورد استفاده من جدید نیست ، اما در وضعیت خوبی از تامین کننده معتبر است.

3. ساخت محوطه. حتی من خودم این کار را انجام می دهم هزینه دارد و به زمان زیادی نیاز دارد. مواد کمی که خریداری می کنم گران هستند ، به عنوان مثال لوله ، میله آلومینیوم و پلاستیک می تواند حدود 100 دلار هزینه داشته باشد ، از جمله حمل و نقل ، همچنین باید هزینه ماشینکاری ابزار ، درج و غیره را اضافه کنید.

4. نمونه سازی الکترونیکی و تولید PCB. هزینه زیاد است - $ $ $ $ ، من حتی نمی توانم کل ساعت ها ، روزها و ماه هایی را که برای این موضوع صرف کرده ام ، حساب کنم. علاوه بر این ، سعی می کنم از اجزای الکترونیکی ebay-ali کم هزینه اجتناب کنم. نرم افزار ریزپردازنده MCA نیز توسط من نوشته شده است. برای من منابع و زمان زیادی صرف شد ، من به عنوان یک سازنده و دانش آموز خود اشتغالی تصمیم می گیرم که فایل های منبع خود را به اشتراک نگذارم زیرا متأسفانه هرگز هزینه های من را پوشش نمی دهد. اما اگر خلاق و مشتاق همکاری هستید ، می توانید پیشنهادی برای همکاری تجاری برای من بنویسید.

5. سایر قطعات اطراف مانند کابل ، جک ، باتری ، مواد ، چسب ، نوار و غیره حدود 100 دلار است ، چیزهای کوچک در اینجا تفاوت ایجاد می کند…

نتیجه گیری: به نظر من پروژه عملکرد فوق العاده ای دارد. من می توانم غذا ، قارچ ، انواع توت ها را تجزیه و تحلیل کنم ، دختران رادون را در آب باران پیدا کنم ، مواد بتنی یا مواد معدنی را برای ایزوتوپهای رادیواکتیو در محدوده انرژی گاما 20 کیلو ولت تا 3000 کیلو ولت آزمایش کنم. حتی با وجود تمام هزینه های بالا به عنوان یک پروژه DIY ، اگر آن را با طیف سنج های گامای حرفه ای آزمایشگاهی مقایسه کنید ، بسیار ارزان است. رایج ترین و خطرناک ترین ایزوتوپ های گاما را می توان به راحتی توسط دستگاه تشخیص داد.