آشکارساز تابش قابل حمل: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

این یک آموزش برای طراحی ، ساخت و آزمایش آشکارساز تابش دیود سیلیکونی قابل حمل خود است که برای محدوده تشخیص 5keV-10MeV مناسب است تا به طور دقیق اشعه های گاما کم مصرف از منابع رادیواکتیو را اندازه گیری کند! اگر نمی خواهید به یک زامبی فعال رادیویی تبدیل شوید ، توجه کنید: قرار گرفتن در معرض منابع پرتوهای زیاد ایمن نیست و این دستگاه نباید به عنوان راهی مطمئن برای تشخیص تشعشعات مضر استفاده شود.

بیایید قبل از اینکه به ساخت آن بپردازیم ، با یک علم کوچک در مورد آشکارساز شروع کنیم. در بالا یک فیلم فوق العاده از Veritasium توضیح داده شده است که تابش چیست و از کجا ناشی می شود.

مرحله 1: اول ، فیزیک زیاد

(افسانه شکل: تشعشع یونیزه کننده جفت الکترون-حفره ای را در ناحیه ذاتی تشکیل می دهد که منجر به پالس بار می شود.)

محفظه های جرقه ، آشکارسازهای لوله Geiger و Photo-multiplier … همه این نوع آشکارسازها یا دست و پا گیر هستند ، گران هستند یا از ولتاژهای بالا برای کار استفاده می کنند. چند نوع لوله گایگر سازنده وجود دارد ، مانند https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 و https://www.adafruit.com/product/483. روشهای دیگر برای تشخیص تشعشعات ، آشکارسازهای حالت جامد هستند (به عنوان مثال آشکارسازهای ژرمانیوم). با این حال ، تولید آنها گران است و به تجهیزات تخصصی نیاز دارد (به خنک کننده نیتروژن مایع فکر کنید!). برعکس ، آشکارسازهای حالت جامد بسیار مقرون به صرفه هستند. آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و نقش اساسی در فیزیک ذرات پرانرژی ، فیزیک پزشکی و اخترفیزیک ایفا می کنند.

در اینجا ، ما یک آشکارساز تابش حالت جامد قابل حمل بسازیم که قادر است به طور دقیق پرتوهای گامای کم انرژی ناشی از منابع رادیواکتیو را اندازه گیری و تشخیص دهد. این دستگاه شامل آرایه ای از دیودهای سیلیکونی PiN با سوگیری معکوس و سطح بزرگ است که به یک تقویت کننده پیش بار ، تقویت کننده تمایز دهنده ، تشخیص دهنده و مقایسه کننده خروجی می دهد. خروجی تمام مراحل پی در پی برای تجزیه و تحلیل به سیگنال های دیجیتال تبدیل می شود. ما با توصیف اصول آشکارسازهای ذرات سیلیکون ، دیودهای PiN ، بایاس معکوس و سایر پارامترهای مرتبط شروع می کنیم. سپس تحقیقات مختلف انجام شده و انتخاب های انجام شده را توضیح خواهیم داد. در پایان ، نمونه اولیه و آزمایش را معرفی می کنیم.

آشکارسازهای SolidState

در بسیاری از کاربردهای تشخیص تشعشع ، استفاده از یک محیط تشخیص جامد از مزایای قابل توجهی برخوردار است (در عوض آشکارسازهای دیود نیمه هادی یا آشکارسازهای حالت جامد نامیده می شود). دیودهای سیلیکونی آشکارسازهای منتخب برای تعداد زیادی از کاربردها هستند ، به ویژه هنگامی که ذرات باردار سنگین درگیر هستند. اگر اندازه گیری انرژی مورد نیاز نیست ، ویژگی های زمان بندی عالی آشکارسازهای دیود سیلیکون امکان شمارش و ردیابی دقیق ذرات باردار را فراهم می کند.

برای اندازه گیری الکترون های پرانرژی یا اشعه گاما ، ابعاد آشکارساز را می توان بسیار کوچکتر از گزینه های دیگر نگه داشت. استفاده از مواد نیمه رسانا به عنوان آشکارسازهای تشعشع نیز منجر به تعداد بیشتری حامل برای یک رویداد تابش حادثه معین می شود و بنابراین محدودیت آماری کمتری در تفکیک انرژی نسبت به سایر انواع آشکارسازها ممکن است. در نتیجه ، بهترین تفکیک انرژی قابل دستیابی امروزه با استفاده از چنین آشکارسازهایی محقق می شود.

حامل های اطلاعاتی اصلی ، جفت های الکترون-حفره ای هستند که در مسیری که ذره باردار از طریق آشکارساز طی کرده است (شکل بالا را ببینید). با جمع آوری این جفت های حفره الکترون که به عنوان بار در الکترودهای سنسور اندازه گیری می شود ، سیگنال تشخیص شکل می گیرد و به مراحل تقویت و تشخیص می رسد. ویژگیهای مطلوب دیگر آشکارسازهای حالت جامد اندازه جمع و جور ، ویژگیهای زمان بندی نسبتاً سریع و ضخامت موثر (*) است. مانند هر آشکارساز ، اشکالاتی نیز وجود دارد ، از جمله محدودیت در اندازه های کوچک و احتمال نسبی این دستگاه ها برای تخریب عملکرد در اثر آسیب ناشی از تابش.

(*: سنسورهای نازک پراکندگی های متعدد را به حداقل می رسانند ، در حالی که سنسورهای ضخیم تر هنگامی که ذره ای از زیر لایه عبور می کند بارهای بیشتری ایجاد می کند.)

دیودهای P − i − N:

هر نوع آشکارساز تشعشع پس از تعامل با تشعشع خروجی مشخصی تولید می کند. برهم کنش ذرات با ماده با سه اثر مشخص می شود:

1. جلوه عکس الکتریکی
2. پراکندگی کامپتون
3. تولید جفت

اصل اساسی یک آشکارساز سیلیکون مسطح استفاده از اتصال PN است که در آن ذرات از طریق این سه پدیده برهم کنش می کنند. ساده ترین سنسور سیلیکون مسطح از یک لایه دوپ شده P و یک ایمپلنت N در یک طرف تشکیل شده است. جفت های حفره الکترون در امتداد مسیر ذرات ایجاد می شوند. در ناحیه اتصال PN ، ناحیه ای بدون حامل رایگان وجود دارد که به آن منطقه تخلیه می گویند. جفت های الکترون-حفره ایجاد شده در این منطقه با یک میدان الکتریکی اطراف از هم جدا می شوند. بنابراین ، حامل های بار را می توان در N یا P -side مواد سیلیکون اندازه گیری کرد. با اعمال ولتاژ بایاس معکوس به دیود اتصال PN ، منطقه تخلیه شده رشد می کند و می تواند سطح کامل سنسور را بپوشاند. در اینجا می توانید در این باره بیشتر بخوانید: مقاله ویکی پدیا اتصال Joint.

یک دیود PiN دارای یک ناحیه i ذاتی است ، بین اتصالات P و N ، مملو از حامل های بار از مناطق P و N. این ناحیه ذاتی وسیع همچنین بدین معناست که دیود هنگام تعصب معکوس دارای ظرفیت کم است. در دیود PiN ، منطقه تخلیه تقریباً به طور کامل در ناحیه ذاتی وجود دارد. این منطقه تخلیه بسیار بزرگتر از یک دیود معمولی PN است. این باعث افزایش حجم جایی می شود که جفت الکترون-حفره می تواند توسط یک فوتون تصادفی ایجاد شود. اگر یک میدان الکتریکی روی مواد نیمه هادی اعمال شود ، هر دو الکترون و حفره ها تحت مهاجرت قرار می گیرند. دیود PiN بایاس معکوس دارد به طوری که کل لایه i از حامل های آزاد تهی می شود. این سوگیری معکوس یک میدان الکتریکی در سراسر لایه i ایجاد می کند به طوری که الکترونها به لایه P و سوراخها ، به لایه N منتقل می شوند (*4).

جریان حامل ها در پاسخ به پالس تابش ، پالس جریان اندازه گیری شده را تشکیل می دهد. برای به حداکثر رساندن این جریان ، ناحیه i باید تا آنجا که ممکن است بزرگ باشد. خواص پیوند به گونه ای است که در صورت جهت گیری معکوس جریان بسیار کمی را هدایت می کند. سمت P محل اتصال نسبت به سمت N منفی می شود و اختلاف پتانسیل طبیعی از یک طرف محل اتصال به طرف دیگر افزایش می یابد. در این شرایط ، این حامل های اقلیت هستند که در سراسر اتصال جذب می شوند و چون غلظت آنها نسبتاً کم است ، جریان معکوس در دیود بسیار کوچک است. هنگامی که یک سوگیری معکوس به محل اتصال اعمال می شود ، تقریباً تمام ولتاژ اعمال شده در سراسر منطقه تخلیه ظاهر می شود ، زیرا مقاومت آن بسیار بیشتر از مواد معمولی نوع N یا P است. در واقع ، سوگیری معکوس بر تفاوت احتمالی در محل اتصال تاکید می کند. ضخامت ناحیه تخلیه نیز افزایش می یابد و حجم را افزایش می دهد که حاملهای بار تولید شده توسط تابش جمع آوری می شوند. هنگامی که میدان الکتریکی به اندازه کافی بالا باشد ، مجموعه بار کامل می شود و با افزایش بیشتر ولتاژ بایاس آشکارساز ، ارتفاع پالس دیگر تغییر نمی کند.

(*1: الکترونها در حالت مقید اتم هنگامی که انرژی ذرات حادثه ای بیشتر از انرژی اتصال است توسط فوتونها از بین می روند. و انتقال مقداری از انرژی به الکترون. *3: تولید یک ذره ابتدایی و ضد ذره آن. جهت به عنوان میدان الکتریکی.)

مرحله 2: اکتشاف

این نسخه نمونه اولیه "آشکارساز" است که ما ساخته ، اشکال زدایی و آزمایش کردیم. این یک ماتریس متشکل از چند سنسور است که دارای یک سنسور تابش به سبک "CCD" است. همانطور که قبلاً ذکر شد ، تمام نیمه رساناهای سیلیکون به تابش حساس هستند. بسته به میزان دقیق آن و سنسورهای مورد استفاده ، می توانید تصور تقریبی از سطح انرژی ذره ای که باعث ضربه شده است ، بدست آورید.

ما از دیودهای بدون محافظ که قبلاً برای سنجش در نظر گرفته شده بود ، استفاده کردیم ، که در صورت تعصب معکوس (و محافظت از آن در برابر نور مرئی) ، می تواند با تقویت سیگنال های کوچک و خواندن داده های خروجی با میکروکنترلر ، ضربات ناشی از تابش بتا و گاما را ثبت کند. با این حال ، تابش آلفا به ندرت قابل تشخیص است زیرا نمی تواند حتی در پارچه نازک یا محافظ پلیمری نفوذ کند. پیوست یک فیلم فوق العاده از Veritasium است ، که انواع مختلف تابش (آلفا ، بتا و گاما) را توضیح می دهد.

در تکرارهای اولیه طراحی از سنسور متفاوتی استفاده می شد (یک دیود نوری BPW-34 ؛ اگر در اطراف جستجو کنید یک سنسور معروف). حتی چند دستورالعمل مرتبط وجود دارد که از آن برای تشخیص تشعشعات مانند این نوع عالی استفاده می کنند: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. با این حال ، به دلیل این که دارای اشکالاتی بود و عملکرد مطلوبی نداشت ، ما تصمیم گرفتیم جزئیات این نمونه اولیه را از این دستورالعمل حذف کنیم تا سازندگان از ساختن یک آشکارساز پر از نقص جلوگیری کنند. با این حال ، ما فایلهای طراحی و شماتیک را در صورت علاقه شخصی ضمیمه کردیم.

مرحله 3: طراحی

(افسانه های تصویر: (1) نمودار بلوک آشکارساز: از ایجاد سیگنال تا دستیابی به داده. ، (2) مشخصات فوتودیود X100-7: 100mm^2 منطقه فعال ، 0.9 میلی متر منطقه تخلیه شده ، پوشش مسدود کننده نور ، جریان تاریک کم… همانطور که در نمودار احتمال جذب نشان داده شده است ، دیودهای PiN به راحتی انرژی اشعه گاما را جذب می کنند ، (3) یادداشت کاربرد سازنده که مفهوم طراحی را تأیید کرد و به انتخاب مقادیر اولیه اجزا کمک کرد.

ما به یک سنسور مساحت بزرگتر یعنی X100−7 از First Sensor بسنده کردیم. برای اهداف آزمایش و مدولار ، ما سه قسمت مختلف را طراحی کردیم که روی هم چیده شده اند: سنسورها و تقویت کننده (تقویت کننده کم سر و صدا + تقویت کننده شکل دهی پالس) ، تبعیض آمیز و مقایسه کننده ، تنظیم DC/DC و DAQ (Arduino برای کسب داده). همانطور که در مرحله بعد خواهید دید ، هر مرحله به طور جداگانه مونتاژ ، تأیید و آزمایش شده است.

مزیت اصلی آشکارسازهای نیمه رسانا ، انرژی یونیزاسیون کوچک (E) است که مستقل از انرژی و نوع تابش تصادفی است. این ساده سازی اجازه می دهد تا تعدادی از جفت های الکترون-حفره را از نظر انرژی تابش تصادفی در نظر بگیریم ، به شرطی که ذره به طور کامل در حجم فعال آشکارساز متوقف شود. برای سیلیکون در 23C (*) ما E ~ 3.6eV داریم. با فرض اینکه تمام انرژی ذخیره شده است و با استفاده از انرژی یونیزاسیون می توانیم تعداد الکترونهای تولید شده توسط یک منبع معین را محاسبه کنیم. به عنوان مثال ، اشعه گاما 60 کیلو ولت از منبع Americium − 241 منجر به بارگذاری 0.045 fC/keV می شود. همانطور که در مشخصات مشخصات دیود نشان داده شده است ، در بالای ولتاژ بایاس تقریباً 15 ولت region ، منطقه تخلیه را می توان به صورت تقریبی تخمین زد. این محدوده هدف ولتاژ بایاس ما را 12-15 ولت تنظیم می کند. (*: E با کاهش دما افزایش می یابد.)

عملکرد ماژول های مختلف آشکارساز ، اجزای تشکیل دهنده آنها و محاسبات مربوطه. هنگام ارزیابی آشکارساز ، حساسیت (*1) بسیار مهم بود. یک پیش تقویت کننده شارژ بسیار حساس مورد نیاز است زیرا یک اشعه گامای حادثه ای ممکن است فقط چند هزار الکترون در منطقه تخلیه نیمه هادی تولید کند. از آنجا که ما یک پالس جریان کوچک را تقویت می کنیم ، باید به انتخاب قطعات ، محافظ دقیق و چیدمان برد مدار توجه ویژه ای شود.

(*1: حداقل انرژی ذخیره شده در آشکارساز برای تولید یک سیگنال مجزا و نسبت سیگنال به نویز.)

برای انتخاب صحیح مقادیر جزء ، ابتدا الزامات ، مشخصات مورد نظر و محدودیت ها را خلاصه می کنم:

سنسورها:

• محدوده تشخیص بزرگ ، 1keV-1MeV
• ظرفیت کم برای به حداقل رساندن سر و صدا ، 20pF-50pF
• جریان نشت ناچیز تحت تعصب معکوس.

تقویت و تبعیض:

• شارژ پیش تقویت کننده های حساس
• متمایز کننده برای شکل دهی نبض
• مقایسه کننده پالس سیگنال هنگامی که بالاتر از آستانه تنظیم شده است
• مقایسه کننده خروجی نویز در بازه آستانه
• مقایسه کننده برای تصادفات کانال
• آستانه عمومی برای فیلترینگ رویداد

کنترل دیجیتال و میکرو:

• مبدلهای سریع آنالوگ به دیجیتال
• داده های خروجی برای پردازش و رابط کاربری.

قدرت و فیلتر:

• تنظیم کننده های ولتاژ برای تمام مراحل
• منبع ولتاژ بالا برای تولید قدرت سوگیری
• فیلتر مناسب تمام توزیع برق

من اجزای زیر را انتخاب کردم:

• مبدل تقویت کننده DC: LM 2733
• تقویت کننده های شارژ: AD743
• سایر Op-Amps: LM393 و LM741
• DAQ/بازخوانی: آردوینو نانو.

مشخصات اضافی تحمیل شده عبارتند از:

• میزان کارکرد:> 250 کیلوهرتز (84 کانال) ، 50 کیلوهرتز (تصادفی)
• وضوح تصویر: 10 بیت ADC
• نرخ نمونه: 5 کیلوهرتز (8 کانال)
• ولتاژها: 5 ولت آردوینو ، 9 ولت آپ آپ ، بایاس 12 ولت پوند.

ترتیب کلی و ترتیب اجزای فوق در شکل بلوک نمودار نشان داده شده است. ما محاسبات را با مقادیر اجزای مورد استفاده در مرحله آزمایش انجام دادیم (تصویر سوم را ببینید). (*: برخی از مقادیر جزء همان چیزی نیست که در ابتدا برنامه ریزی شده بود و یا همان مقادیر فعلی نیست ؛ با این وجود این محاسبات یک چارچوب راهنمایی را ارائه می دهد.)

مرحله 4: مدارها

(افسانه های شکل: (1) شماتیک کلی مراحل 1-3 یک کانال واحد ، شامل پایه دیود و تقسیم کننده های ولتاژ که به هر مرحله مرجع ، زیر بخشهای مدار ارائه می دهد.)

اکنون بیایید "جریان" سیگنال تشخیص یکی از چهار کانال را از ایجاد آن تا کسب دیجیتال توضیح دهیم.

مرحله ی 1

تنها سیگنال مورد علاقه از دیودهای نوری نشأت می گیرد. این سنسورها دارای تعصب معکوس هستند. منبع بایاس 12 ولت پایدار است که از طریق یک فیلتر کم گذر عبور می کند تا نویزهای ناخواسته بزرگتر از 1 هرتز را از بین ببرد. با یونیزاسیون ناحیه تخلیه ، یک پالس بار در پین های دیود ایجاد می شود. این سیگنال توسط اولین مرحله تقویت ما دریافت می شود: تقویت کننده شارژ. با هر تقویت کننده عملیاتی می توان تقویت کننده شارژ ساخت ، اما مشخصات نویز کم بسیار مهم است.

مرحله 2

هدف این مرحله تبدیل پالس شارژ تشخیص داده شده در ورودی معکوس ، به ولتاژ DC در خروجی op-amp است. ورودی غیر معکوس فیلتر شده و بر روی تقسیم کننده ولتاژ در سطح شناخته شده و انتخاب شده تنظیم می شود. تنظیم این مرحله اول دشوار است ، اما پس از آزمایشات متعدد ، ما به خازن بازخورد 2 [pF] و مقاومت بازخورد 44 [MOhm] رضایت دادیم ، که منجر به پالس 2 [pF] × 44 [MOhm] شد = 88 [μs] یک تقویت کننده فیلتر پهن باند فعال معکوس ، که مانند یک تمایز دهنده عمل می کند ، از تقویت کننده شارژ پیروی می کند. این مرحله فیلتر کرده و سطح DC را تبدیل می کند و از مرحله قبلی به یک پالس با افزایش 100 منتقل می شود. سیگنال خام آشکارساز در خروجی این مرحله بررسی می شود.

مرحله 3

کانالهای سیگنال و نویز در ردیف بعدی قرار دارند. این دو خروجی مستقیماً به DAQ و همچنین دومین PCB آنالوگ می روند. هر دو به عنوان مقایسه کننده op-amps عمل می کنند. تنها تفاوت بین این دو این است که کانال نویز در ورودی غیر وارونه از ولتاژ کمتری نسبت به کانال سیگنال برخوردار است و کانال سیگنال نیز فیلتر می شود تا فرکانسهای بالاتر از پالس خروجی مورد انتظار را از مرحله تقویت دوم حذف کند. یک LM741 op-amp به عنوان یک مقایسه کننده در برابر آستانه متغیر عمل می کند تا کانال سیگنال را متمایز کند و آشکارساز را قادر می سازد فقط رویدادهای منتخب را به ADC/MCU ارسال کند. یک مقاومت متغیر در ورودی غیر معکوس سطح ماشه را تنظیم می کند. در این مرحله (شمارنده تصادف) ، سیگنال های هر کانال به یک amp-amp داده می شود که به عنوان یک مدار جمع کننده عمل می کند. یک آستانه ثابت همزمان با دو کانال فعال تنظیم شده است. اگر دو یا چند دیود نوری همزمان ضربه را ثبت کنند ، خروجی op-amp بالا می رود.

توجه: ما با قرار دادن مبدل تقویت کننده DC/DC قدرت بایاس در نزدیکی آمپرهای حساس به بار در PCB تقویت کننده ، یک اشتباه اساسی انجام دادیم. شاید در نسخه بعدی این مشکل را برطرف کنیم.

مرحله 5: مجمع

لحیم کاری ، لحیم کاری زیاد … از آنجا که سنسور انتخاب شده برای آشکارساز نهایی تنها به عنوان یک قطعه رد پای SMT وجود دارد ، ما مجبور به طراحی PCB (2 لایه) شدیم. بنابراین ، تمام مدارهای مرتبط نیز به جای بردبرد به تخته های PCB منتقل شدند. همه اجزای آنالوگ روی دو PCB جداگانه و اجزای دیجیتالی روی دیگری قرار گرفته است تا از تداخل نویز جلوگیری شود. اینها اولین PCB هایی بودند که تا به حال ساختیم ، بنابراین مجبور شدیم برای طراحی Eagle از آنها کمک بگیریم. مهمترین PCB سنسورها و تقویت کننده است. با استفاده از یک اسیلوسکوپ که بر خروجی نقاط آزمایش نظارت می کند ، آشکارساز می تواند تنها با این برد (بای پس DAQ) کار کند. خطاهای خود را پیدا و برطرف کردم ؛ این شامل ردپای اجزای اشتباه بود ، که منجر به کم صدا شدن آپ آمپرهای ما با سیم شد و قطعات پایان عمر که با جایگزین جایگزین شدند. علاوه بر این ، دو فیلتر برای سرکوب نوسانات زنگ به طرح اضافه شد.

مرحله 6: محوطه

هدف پوشش سه بعدی ، ورق سرب و فوم برای: اهداف نصب ، عایق حرارتی ، ایجاد محافظ سر و صدا و جلوگیری از نور محیط ، و بدیهی است برای محافظت از وسایل الکترونیکی است. فایل های STL چاپ سه بعدی ضمیمه شده است.

مرحله 7: Arduino Read-out

بخش خوانده شده (ADC/DAQ) آشکارساز شامل یک آردوینو مینی (کد پیوست) است. این میکروکنترلر خروجی های چهار آشکارساز و منبع تغذیه دستگاههای بعدی را کنترل می کند (کیفیت توان آهنگ) ، سپس تمام داده های خروجی سریال (USB) را برای تجزیه و تحلیل یا ضبط بیشتر خروجی می دهد.

یک برنامه دسکتاپ پردازش برای ترسیم همه داده های ورودی توسعه داده شد (پیوست شد).

مرحله 8: آزمایش

(افسانه های شکل: (1) پالس نتیجه یک منبع 60Co (t ~ 760ms) نسبت سیگنال به نویز ~ 3: 1. 3) تزریق معادل شارژ واریز شده توسط منبع 60Co (~ 1.2 MeV)).

تزریق شارژ با یک ژنراتور پالس متصل به خازن (1pF) در پد سنسور انجام شد و از طریق مقاومت 50Ohm به زمین خاتمه یافت. این روش ها به من امکان داد تا مدارهای خود را آزمایش کنم ، مقادیر اجزا را دقیق تنظیم کنم و پاسخ های دیودهای نوری را در معرض منبع فعال شبیه سازی کنم. ما هر دو منبع Americium − 241 (60 KeV) و منبع Iron − 55 (5.9 KeV) را در مقابل دو دیود عکس فعال قرار دادیم و هیچ یک از این دو سیگنال متمایزی را مشاهده نکردند. ما از طریق تزریق پالس تأیید کردیم و نتیجه گرفتیم که پالس های این منابع به دلیل سطح سر و صدا زیر آستانه قابل مشاهده هستند. با این حال ، ما هنوز توانستیم بازدیدها را از منبع 60Co (1.33 MeV) ببینیم. اصلی ترین عامل محدود کننده در طول آزمایش ، سر و صدای قابل توجه بود.منابع زیادی برای سر و صدا وجود داشت و توضیحات کمی در مورد اینکه چه چیزی باعث ایجاد آنها می شد وجود داشت. ما دریافتیم که یکی از مهمترین و مضرترین منابع وجود نویز قبل از اولین مرحله تقویت است. به دلیل سود عظیم ، این سر و صدا تقریباً صد برابر شد! شاید فیلتر نامناسب قدرت و سر و صدای جانسون دوباره به حلقه های بازخورد مراحل تقویت کننده تزریق شود (این امر نسبت سیگنال کم به نویز را توضیح می دهد). ما وابستگی سر و صدا با سوگیری را بررسی نکرده ایم ، اما ممکن است در آینده بیشتر به آن بپردازیم.

مرحله نهم: تصویر بزرگتر

ویدیوی Veritasium را در مورد رادیواکتیو ترین نقاط روی زمین تماشا کنید!

اگر تا اینجا پیش رفتید و مراحل را دنبال کردید ، پس تبریک می گویم! شما یک دستگاه برای برنامه های کاربردی در دنیای واقعی مانند LHC ساخته اید! شاید شما باید یک تغییر شغلی را در نظر بگیرید و وارد حوزه فیزیک هسته ای شوید:) از نظر فنی ، شما یک آشکارساز تشعشع حالت جامد متشکل از ماتریسی از دیودهای عکس و مدارهای مرتبط برای محلی سازی و تشخیص رویدادها ساخته اید. آشکارساز شامل چندین مرحله تقویت است که پالس های بار کوچک را به ولتاژهای قابل مشاهده تبدیل می کند ، سپس آنها را تشخیص داده و آنها را مقایسه می کند. یک مقایسه کننده ، بین کانال ها ، همچنین اطلاعات مربوط به توزیع فضایی رویدادهای شناسایی شده را ارائه می دهد. شما همچنین از یک میکروکنترلر آردوینو و نرم افزار ضروری برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها استفاده کرده اید.

مرحله دهم: منابع

علاوه بر PDF های فوق العاده پیوست شده ، در اینجا منابع آموزنده مرتبط نیز وجود دارد:

- F. A. Smith ، A Primer in Applied Radiation Physics ، World Scientific ، River Edge ، NJ ، 2000.

- First Sensor، First Sensor PIN PD Sheet Data Sheet توضیحات قسمت X100-7 SMD، Web. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- هوروویتز ، پل و هیل ، وینفیلد ، هنر الکترونیک. انتشارات دانشگاه کمبریج ، 1989.

- سی تیل ، مقدمه ای بر آشکارسازهای تابش نیمه هادی ، وب. physics.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- Lyndon Evans ، The Large Hadron Collider: a Marvel of Technology ، اد. EPFL Press ، 2009.