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

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Kumusta, Maligayang pagdating sa lahat na interesado sa libangan na Gamma Spectroscopy. Sa maikling artikulong ito nais ko lamang ibahagi ang aking proseso ng pag-log ng trabaho ng paglikha ng lutong bahay na DIY Gamma Spectroscopy detector sa MCA. Hindi ito isang gabay, nagbabahagi lamang ako ng mga larawan ng proseso.

Kapag sinimulan ko ang proyekto, nagpasya akong gumawa ng portable baterya na pinapatakbo ng aparato na may mahusay na linearity at FWHM% na resolusyon na mas mababa sa 8%. Ang circuit ay nagbabago ng mataas na boltahe para sa isang photomultiplier tube, mayroon itong mga analog electronics upang maproseso ang hugis ng pulso at mayroon itong mga digital electronics upang mabilang ang mga pulso at pag-aralan ang specra.

Hakbang 1: Paggawa ng NaI (Tl) Detector

Ang detektor ay nagtatayo gamit ang R9420 Hamamtsu photomultiplier tube at 30x40mm NaI (Tl) scintillation na kristal. Ang kristal ay optikal na isinama sa window ng window ng photo-cathode. Ang Tube ay natatakpan ng maraming mga layer ng electrical tape upang maiwasan ang anumang mga panlabas na light photon mula sa pagpasok sa photo-cathode. Kapag sinaktan ng isang gamma ray ang kristal ay gumagawa ito ng micro light flash na inilaan upang makita ng PMT tube. Ang tindi ng ilaw na flash ay binubuo ng impormasyon tungkol sa enerhiya ng gamma ray.

Upang himukin ang PMT tube kailangan namin ng mataas na boltahe. Lumikha ako ng pinaliit at nagpapatatag ng step-up na 5V hanggang 1000V converter. Kapag nakitungo ka sa gamma spectroscopy kailangan mo ng mahigpit na kinokontrol na mataas na boltahe na may mahusay na kompensasyon sa temperatura at pangmatagalang katatagan. Pinapayagan ng mga modernong elektronikong sangkap na likhain ang disenyo na ito.

Ang driver ay nagsasama rin ng divider ng boltahe para sa mga dynode at pulse-processing charge na sensitibong amplifier na naka-install nang direkta sa anode wire. Ang compact na disenyo na ito ay may mababang signal ng ingay at nakakatulong upang maiwasan ang mga ground loop.

Ang enclosure na gawa sa aluminyo tube sa home lathe machine. Hindi ako propesyonal na CNC, ang lahat ay tapos na sa manu-manong gawain.

Sa ilalim ng takip (hindi ipinakita sa mga larawan) Nag-install ako ng karagdagang maliit na board na may LiPO baterya, charger at LED na tagapagpahiwatig. Awtomatikong umaandar ang detector kapag nakakonekta ang cable. Ang pag-charge ng baterya ay maaaring gawin sa parehong cable at anumang 5V adapter.

Maaari mong makita ang tipikal na screen ng saklaw ng hugis ng pulso mula sa detector. Tulad ng dati, maaari itong magamit sa anumang software na nakabatay sa computer ng MCA, halimbawa PRA, Theremino o BecqMonitor2011. Gumagamit ang software na ito ng audio cart upang pag-aralan ang signal.

Pagkatapos ng 2 o 3 gabi na ginugol ko sa mga pagsasaayos ng detektor upang makahanap ng pinakamainam na mga setting ng mataas na boltahe at amplifier ay nagtatapos ito na may mahusay na linearity at ~ 7.30% FWHM% sa 662keV

Para sa pagsubok ng detektor gumamit ako ng freeware BecqMonitor2011 na may 24bit audio adapter.

Hakbang 2: Paggawa ng Portable MCA

Dahil binalak kong gamitin ang aking detektor bilang isang portable na aparato, gumawa ako ng Multi Channel Analyzer na maaaring makuha ang signal at makatipid ng spectra sa uSD cart sa format na CSV.

Gumamit ako ng enclosure ng MHH-95A at lumikha ng disenyo ng PCB ng aking MCA na akma sa enclosure na ito. Ang MCA ay mayroong 8-bit PIC18 microprocessor na may 10-bit ADC 1024 na mga channel.

Ang display na 128x64 ay nagpapakita lamang ng bahagyang impormasyon ng spectra. Ang buong data ng 1024 bins ay nai-save sa SD cart at maaaring buksan sa paglaon ng BecqMonitor2011.

Ang electronics ng MCA ay pinalakas ng 2xAA na baterya. Mayroon itong 2 mga pindutan upang makontrol ang software at isang pindutan para sa On / Off.

Hakbang 3: Mga Resulta

Maaaring makita ng buong pag-setup ang enerhiya ng gamma sa saklaw na 20keV-3000keV, may mahusay na linearity at ~ 7.30% FWHM% sa 662keV.

Ang unang spectra ay 1 oras ng Cs-137 log. scale. Maaari mo ring makita ang Ka-40 sa 1460keV

Ang pangalawang spectra ay antigong panonood ng radium Ra-226 linear scale 30 minuto

Ang pangatlong spectra ay ang antigong radium watch Ra-226 log. sukatin ang 30 minuto

Ang ika-apat na spectra ay thoriated lantern mantle na Th-232 log. sukatin ang 30 minuto

Inaasahan kong ang artikulong ito ay maaaring magdala ng inspirasyon para sa iyong susunod na pagbuo!

Hakbang 4: Mga Konklusyon at Gastos

Ang proyekto ay HINDI mura. Wala akong eksaktong buod ng gastos para sa bawat bahagi na ginamit ko sa proyektong ito, ngunit ang pinakamahal ay:

1. NaI (Tl) kristal. Binili ko ang sample na ito bago sa halos $ 200. Mahal ito karamihan dahil ginagarantiyahan nito ang resolusyon at gumawa ito sa ngayon. Ang mga lumang stock crystals ay may problema sa aking karanasan.

2. R9420 Photomultiplier Tube. $ 60 Ang ginamit kong PMT tube ay hindi bago, ngunit sa mabuting kalagayan mula sa mapagkakatiwalaang tagatustos.

3. Paggawa ng enclosure. Kahit na ginagawa ko ito sa aking sarili mayroon itong gastos at kailangan ng maraming oras. Ang mga materyales sa maliit na dami na binibili ko ay mahal, halimbawa ang tubo, aluminyo baras at plastik ay maaaring gastos sa iyo ng halos $ 100 kasama na ang pagpapadala, kailangan mo ring magdagdag ng mga gastos sa pag-macho sa mga tool, pagsingit atbp.

4. Electronics prototyping at paggawa ng PCB. Mataas ang gastos - $$$$, kahit na hindi ko mabibilang ang kabuuang oras, araw at buwan na ginugol ko sa paksang ito. Bilang karagdagan sinusubukan kong iwasan ang mga murang elektronikong sangkap ng ebay-ali. Ang MCA microprocessor software ay nagsulat din sa akin. Ito ay tumagal para sa akin ng masyadong maraming mga mapagkukunan at oras, bilang isang nagtatrabaho sa sarili at mag-aaral na pinili kong hindi ibahagi ang aking mga pinagmulang file dahil hindi nito sasakupin ang aking mga gastos, paumanhin. Ngunit kung ikaw ay malikhain at bukas sa kooperasyon, maaari kang sumulat sa akin ng isang panukala para sa kooperasyon sa negosyo.

5. Ang lahat ng iba pang mga bahagi sa paligid tulad ng mga cable, jacks, baterya, materyales, glues, tape atbp ay halos $ 100, ang mga bagay na yessmall ay gumagawa ng pagkakaiba dito …

Ang mga konklusyon: Sa palagay ko ang proyekto ay may mahusay na pagganap. Maaari kong pag-aralan ang pagkain, kabute, berry, makahanap ng mga anak na babae ng radon sa tubig na may ulan, subukan ang mga kongkretong materyales o mineral para sa mga radioactive isotop na nasa saklaw ng gamma enerhiya na 20keV-3000keV. Kahit na sa lahat ng mataas na gastos bilang isang proyekto sa DIY, napakurang pa rin kung ihinahambing mo ito sa mga propesyonal na marka ng gamma spectrometers ng marka ng laboratoryo. Ang pinaka-karaniwan at mapanganib na mga gamma isotop ay madaling makita ng aparato.