Detector ng Portable Radiation: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

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

Ito ay isang tutorial upang mag-disenyo, bumuo, at subukan ang iyong sariling portable Silicon photo-diode Radiation Detector na angkop para sa saklaw ng 5keV-10MeV na tuklas upang tumpak na masukat ang mababang mga gamma-ray ng enerhiya na nagmumula sa mga mapagkukunang radioactive! Magbayad ng pansin kung hindi mo nais na maging isang zombie na aktibo sa radyo: hindi ligtas na mapunta sa mga mapagkukunan ng high-radiation, at ang aparatong ito ay HINDI dapat gamitin bilang isang maaasahang paraan ng pagtuklas ng potensyal na mapanganib na radiation.

Magsimula tayo sa isang maliit na background science sa detector bago tayo pumunta sa konstruksyon na ito. Sa itaas ay isang kahanga-hangang video mula sa Veritasium na nagpapaliwanag kung ano ang radiation at kung saan ito nagmumula.

Hakbang 1: Una, Maraming Physics

(Legend ng larawan: Ang ionizing radiation ay bumubuo ng mga pares na hole-electron sa intrinsic na rehiyon na nagreresulta sa isang charge pulse.)

Ang mga spark chambers, Geiger's, at Photo-multiplier tube detector… ang lahat ng mga uri ng detector na ito ay alinman sa masalimuot, mahal o gumamit ng mataas na voltages upang mapatakbo. Mayroong ilang mga uri ng Geiger tube na madaling gawin, tulad ng https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 & https://www.adafruit.com/product / 483. Ang iba pang mga pamamaraan para sa pagtuklas ng radiation ay mga detektor ng solidong estado (hal. Mga detektor ng Germanium). Gayunpaman, ang mga ito ay mahal upang makabuo at nangangailangan ng dalubhasang kagamitan (sa tingin likido nitrogen paglamig!). Sa kabaligtaran, ang mga detektor ng solidong estado ay napaka epektibo sa gastos. Malawakang ginagamit ang mga ito at may mahalagang papel sa physic ng maliit na enerhiya na physics, medikal na pisika, at astrophysics.

Dito, nagtatayo kami ng isang portable solid-state radiation detector na may kakayahang tumpak na pagsukat at pagtuklas ng mababang mga gamma-ray ng enerhiya na nagmumula sa mga mapagkukunang radioactive. Ang aparato ay binubuo ng isang hanay ng reverse bias na malaking ibabaw-area na mga silicon PiN diode, na kung saan ay output sa isang pre-amplifier ng singil, isang amplifier ng pagkakaiba-iba, isang diskriminasyon, at isang kumpare. Ang output ng lahat ng sunud-sunod na yugto ay na-convert sa mga digital signal para sa pagtatasa. Magsisimula kami sa pamamagitan ng paglalarawan ng mga prinsipyo ng mga detektor ng maliit na butil ng silikon, mga diode ng PiN, pag-bias ng bias at iba pang nauugnay na mga parameter. Ipapaliwanag namin pagkatapos ang iba't ibang pagsisiyasat na isinagawa, at ang mga napiling pagpipilian. Sa huli, ipakikilala namin ang huling prototype at ang pagsubok.

Mga Detector ng SolidState

Sa maraming mga application ng pagtuklas ng radiation, ang paggamit ng isang solidong daluyan ng pagtuklas ay may makabuluhang kalamangan (kahalili na tinatawag na semiconductor diode detector o mga solid-state detector). Ang mga diode ng silikon ay ang mga detektor na pagpipilian para sa isang malaking bilang ng mga application, lalo na kapag ang mga mabibigat na sisingilin na mga partikulo ay kasangkot. Kung ang pagsukat ng enerhiya ay hindi kinakailangan, ang mahusay na mga katangian ng tiyempo ng mga detektor ng silicon diode ay nagpapahintulot sa isang tumpak na pagbibilang at pagsubaybay ng mga sisingilin na mga maliit na butil.

Para sa pagsukat ng mga electron na may mataas na enerhiya o ray-gamma, ang mga sukat ng detector ay maaaring mapanatili mas maliit kaysa sa mga kahalili. Ang paggamit ng mga materyales na semiconductor bilang mga detector ng radiation ay nagreresulta din sa isang mas malaking bilang ng mga carrier para sa isang naibigay na insidente ng radiation event, at samakatuwid ay isang mas mababang limitasyong pang-istatistika sa resolusyon ng enerhiya kaysa sa posible sa iba pang mga uri ng detector. Dahil dito, ang pinakamahusay na resolusyon ng enerhiya na makakamit ngayon ay napagtanto sa pamamagitan ng paggamit ng naturang mga detektor.

Ang pangunahing mga tagapagdala ng impormasyon ay mga pares ng butas ng elektron na nilikha kasama ang landas na tinahak ng sisingilin na maliit na butil sa pamamagitan ng detektor (tingnan ang larawan sa itaas). Sa pamamagitan ng pagkolekta ng mga pares ng butas na elektron na ito, sinusukat bilang mga singil sa mga electrode ng sensor, nabuo ang signal ng pagtuklas, at nagpapatuloy ito sa mga yugto ng pagpapalaki at diskriminasyon. Ang mga karagdagang kanais-nais na tampok ng mga detektor ng solidong estado ay isang maliit na sukat, medyo mabilis na mga katangian ng oras, at isang mabisang kapal (*). Tulad ng anumang detektor, may mga sagabal, kabilang ang limitasyon sa maliliit na laki at medyo posibilidad ng mga aparatong ito na sumailalim sa pagkasira ng pagganap mula sa pinsala na sanhi ng radiation.

(*: Ang mga manipis na sensor ay binabawasan ang maramihang mga pagpapakalat, samantalang ang mas makapal na mga sensor ay bumubuo ng mas maraming mga singil kapag ang isang maliit na butil ay dumaan sa substrate.)

P − i − N diodes:

Ang bawat uri ng radiation detector ay gumagawa ng isang katangian na output pagkatapos ng pakikipag-ugnayan sa radiation. Ang mga pakikipag-ugnayan ng mga maliit na butil na may bagay ay nakikilala sa pamamagitan ng tatlong mga epekto:

1. ang photo-electric effect
2. Pagsabog ng compton
3. Paggawa ng pares.

Ang pangunahing prinsipyo ng isang planar silicon detector ay ang paggamit ng isang PN junction kung saan ang mga particle ay nakikipag-ugnay sa pamamagitan ng tatlong phenomena na ito. Ang pinakasimpleng planar silikon sensor ay binubuo ng isang P doped substrate at isang N-implant sa isang gilid. Ang mga pares ng butas ng elektron ay nilikha kasama ang isang maliit na tilapon. Sa lugar ng PN junction, mayroong isang rehiyon na walang bayad na mga carrier, na tinatawag na depletion zone. Ang mga pares ng butas na elektron na nilikha sa rehiyon na ito ay pinaghihiwalay ng isang nakapaligid na larangan ng elektrisidad. Samakatuwid, ang mga carrier ng pagsingil ay maaaring masukat sa alinman sa N o P-gilid ng materyal na silikon. Sa pamamagitan ng paglalapat ng isang boltahe ng reverse-bias sa PN junction diode, ang naubos na zone ay lumalaki at maaaring masakop ang kumpletong substrate ng sensor. Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol dito: Pin Junction Wikipedia Artikulo.

Ang isang PiN diode ay may isang intrinsic na rehiyon, sa pagitan ng mga P at N junction, na binabaha ng mga carrier ng singil mula sa mga rehiyon ng P at N. Ang malawak na rehiyon ng intrinsic na ito ay nangangahulugan din na ang diode ay may mababang capacitance kapag reverse bias. Sa isang PiN diode, ang rehiyon ng pagkaubos ay umiiral halos buong loob ng intrinsik na rehiyon. Ang rehiyon ng pag-ubos na ito ay mas malaki kaysa sa isang regular na PN diode. Dagdagan nito ang dami kung saan ang mga pares ng butas ng elektron ay maaaring mabuo ng isang pangyayari sa photon. Kung ang isang electric field ay inilalapat sa materyal na semiconductor, kapwa ang mga electron at hole ay sumasailalim sa isang paglipat. Ang PiN diode ay reverse bias upang ang buong i-layer ay maubos ng mga libreng carrier. Ang reverse bias na ito ay lumilikha ng isang electric field sa i-layer upang ang mga electron ay swept sa P-layer at mga butas, sa N-layer (* 4).

Ang daloy ng mga carrier bilang tugon sa isang pulso ng radiation ay bumubuo sa sinusukat kasalukuyang pulso. Upang ma-maximize ang kasalukuyang ito, ang i-rehiyon ay dapat na malaki hangga't maaari. Ang mga katangian ng kantong ay tulad na nagsasagawa ito ng napakakaunting kasalukuyang kapag kampi sa pabalik na direksyon. Ang P-gilid ng kantong ay nagiging negatibo na may paggalang sa N-gilid, at ang likas na potensyal na pagkakaiba mula sa isang gilid ng kantong hanggang sa isa pa ay pinahusay. Sa ilalim ng mga pangyayaring ito, ito ay ang mga carrier ng minorya na naaakit sa buong kantong at, dahil ang kanilang konsentrasyon ay medyo mababa, ang reverse current sa kabuuan ng diode ay medyo maliit. Kapag ang isang reverse bias ay inilapat sa kantong, halos lahat ng inilapat na boltahe ay lilitaw sa buong rehiyon ng pagkaubos, dahil ang resistivity nito ay mas mataas kaysa sa normal na materyal na N o P-type. Sa katunayan, ang reverse bias ay nagpapahiwatig ng potensyal na pagkakaiba sa buong kantong. Ang kapal ng rehiyon ng pag-ubos ay nadagdagan din, na nagpapalawak ng dami kung saan nakolekta ang mga carrier ng singil na gawa ng radiation. Kapag ang patlang ng kuryente ay sapat na mataas, ang pagkolekta ng singil ay kumpleto na, at ang taas ng pulso ay hindi na nagbabago sa karagdagang pagtaas ng boltahe ng bias ng detector.

(* 1: Ang mga elektron sa nakatali na estado ng isang atom ay natatamaan ng mga photon kapag ang lakas ng mga maliit na butil ng insidente ay mas mataas kaysa sa umiikot na enerhiya. at ang paglipat ng ilan sa enerhiya sa electron.; * 3: Produksyon ng isang elementong maliit na butil at ang anti-maliit na butil nito. direksyon bilang electric field.)

Hakbang 2: Pagtuklas

Ito ang bersyon ng prototype ng "detector" na aming itinayo, na-debug at nasubukan. Ito ay isang matrix na binubuo ng maraming mga sensor upang magkaroon ng isang "CCD" style radiation sensor. Tulad ng nabanggit na nauna, ang lahat ng mga semi-conductor ng silikon ay sensitibo sa radiation. Nakasalalay sa kung gaano ito katumpak, at ang ginamit ng mga sensor ay maaari ding makakuha ng isang magaspang na ideya sa antas ng enerhiya ng maliit na butil na sanhi ng isang hit.

Gumamit kami ng mga hindi naka-Shield na diode na inilaan para sa pag-sensing, na kapag nakabaligtad (at kinubkub ito mula sa nakikitang ilaw), maaaring magparehistro ng mga hit mula sa Beta at Gamma radiation sa pamamagitan ng pagpapalaki ng maliliit na signal at pagbabasa ng data ng output gamit ang isang microcontroller. Gayunpaman, ang radiation ng Alpha ay bihirang makita dahil hindi ito tumagos kahit na manipis na tela o proteksyon ng polimer. Ang nakalakip ay isang kahanga-hangang video mula sa Veritasium, na nagpapaliwanag ng iba't ibang uri ng radiation (Alpha, Beta & Gamma).

Ang paunang mga pag-ulit ng disenyo ay gumamit ng ibang sensor (isang BPW-34 photodiode; isang sikat na sensor kung nag-google ka sa paligid). Mayroong kahit ilang mga kaugnay na Mga Instruction na gumagamit nito para sa mismong layunin ng pagtuklas ng radiation tulad ng mahusay na ito: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. Gayunpaman, dahil mayroon itong ilang mga bug at hindi gaanong gumagana, napagpasyahan naming alisin ang mga detalye ng prototype na ito mula sa Mga Instructionable na ito upang maiwasan ang mga Gumagawa na bumuo ng isang detektor na puno ng mga bahid. Gayunpaman, ginawa namin ang ikabit ang mga file ng disenyo at eskematiko kung sakaling may interesado.

Hakbang 3: Ang Disenyo

(Mga alamat ng larawan: (1) I-block ang diagram ng detector: mula sa paglikha ng signal hanggang sa pagkuha ng data., (2) Mga pagtutukoy ng X100-7 photodiode: 100mm ^ 2 aktibong lugar, 0.9mm na naubos na zone, light block na patong, mababang madilim na kasalukuyang… Tulad ng ipinakita sa plot ng posibilidad ng pagsipsip, kaagad na sumipsip ng enerhiya ng gamma-ray ang PiN diodes, (3) Tala ng aplikasyon ng tagagawa na kinumpirma ang konsepto ng disenyo at tumulong na pumili ng mga paunang halaga ng sangkap.

Tumira kami para sa isang mas malaking sensor ng lugar, lalo na, ang X100−7 mula sa First Sensor. Para sa mga layunin sa pagsubok at modularity, nagdisenyo kami ng tatlong magkakaibang mga bahagi, nakasalansan sa bawat isa: Mga sensor at amplification (mababang ingay ng singil ng amplifier + pulse na humuhubog na amplifier), Mga Discriminator & comparator, regulasyon ng DC / DC, at ang DAQ (Arduino para sa pagkuha ng data). Ang bawat yugto ay binuo, napatunayan, at sinubukan nang magkahiwalay tulad ng makikita mo sa susunod na hakbang.

Ang isang pangunahing bentahe ng mga detektor ng semiconductor ay ang maliit na enerhiya na ionization (E), na independyente sa parehong enerhiya at uri ng radiation ng insidente. Pinapayagan ng pagpapasimple na ito na isaalang-alang ang isang bilang ng mga pares ng butas ng elektron sa mga tuntunin ng enerhiya na radiation ng insidente, sa kondisyon na ang maliit na butil ay ganap na tumigil sa loob ng aktibong dami ng detektor. Para sa silikon sa 23C (*) mayroon kaming E ~ 3.6eV. Ipagpalagay na ang lahat ng enerhiya ay idineposito at ginagamit ang enerhiya ng ionization maaari nating kalkulahin ang bilang ng mga electron na ginawa ng isang naibigay na mapagkukunan. Halimbawa, ang isang 60keVgamma-ray mula sa isang mapagkukunang Americium − 241 ay magreresulta sa isang idineposito na singil na 0.045 fC / keV. Tulad ng ipinakita sa mga pagtutukoy ng mga diode specs, sa itaas ng isang biasing boltahe na humigit-kumulang ~ 15V ang rehiyon ng pag-ubos ay maaaring tantyahin bilang pare-pareho. Itinatakda nito ang hanay ng target para sa aming boltahe na biasing sa 12−15V. (*: Ang pagtaas ng E sa pagbawas ng temperatura.)

Ang pag-andar ng iba't ibang mga module ng detector, kanilang mga nasasakupan, at nauugnay na mga kalkulasyon. Kapag sinusuri ang detektor, ang pagkasensitibo (* 1) ay mahalaga. Kinakailangan ang isang labis na sensitibong bayad na pre-amplifier sapagkat ang isang pangyayari na gamma-ray ay maaari lamang makabuo ng ilang libong mga electron sa rehiyon ng paglawak ng semiconductor. Dahil pinapalaki namin ang isang maliit na kasalukuyang pulso, ang partikular na pansin ay dapat ibigay sa pagpili ng sangkap, maingat na panangga at layout ng circuit board.

(* 1: Minimum na enerhiya na ilalagay sa detector upang makagawa ng isang natatanging signal, at ang signal-to-noise ratio.)

Upang maayos na napili ang mga halaga ng sangkap, una kong binubuod ang mga kinakailangan, ang nais na mga pagtutukoy, at ang mga hadlang:

Mga Sensor:

• Malaking posibleng saklaw ng pagtuklas, 1keV-1MeV
• Mababang kapasidad upang mabawasan ang ingay, 20pF-50pF
• Napapabayaang kasalukuyang tagas sa ilalim ng reverse bias.

Paglaki at Diskriminasyon:

• Sisingilin ang mga sensitibong pre-amplifier
• Pagkakaiba para sa paghubog ng pulso
• Comparator para sa signal pulse kapag nasa itaas ng itinakdang threshold
• Maghahambing para sa output ng ingay kapag nasa loob ng agwat ng threshold
• Maghahambing para sa mga pagkakataon ng channel
• Pangkalahatang threshold para sa pag-filter ng kaganapan.

Digital at micro-controller:

• Mabilis na mga converter ng analog-to-digital
• Data ng output para sa pagproseso at interface ng gumagamit.

Lakas at pag-filter:

• Mga regulator ng boltahe para sa lahat ng mga yugto
• Ang supply ng High-Voltage upang makabuo ng lakas na bias
• Wastong pagsala ng lahat ng pamamahagi ng kuryente.

Pinili ko ang mga sumusunod na sangkap:

• DC Boost Converter: LM 2733
• Mga Amplifier ng Charge: AD743
• Iba Pang Mga Op-Amps: LM393 & LM741
• DAQ / Readout: Arduino Nano.

Karagdagang ipinataw na mga pagtutukoy ay kasama ang:

• Operating rate:> 250 kHz (84 channel), 50 kHz (pagkakataon)
• Resolusyon: 10bit ADC
• Sample rate: 5kHz (8 mga channel)
• Boltahe: 5V Arduino, 9V op-amps, ~ 12V Biasing.

Ang pangkalahatang pag-aayos at pagkakasunud-sunod ng mga sangkap sa itaas ay kinakatawan sa figure diagram ng block. Ginawa namin ang mga kalkulasyon sa mga halaga ng sangkap na ginamit sa yugto ng pagsubok (tingnan ang pangatlong larawan). (*: Ang ilang mga halaga ng sangkap ay hindi pareho sa paunang binalak o pareho sa mga kasalukuyang nasa lugar; gayunpaman ang mga kalkulasyon na ito ay nagbibigay ng isang frame ng patnubay.)

Hakbang 4: Ang Mga Circuits

(Mga alamat ng larawan: (1) Pangkalahatang eskematiko ng mga yugto 1-3 ng isang solong channel, kasama ang diode basing at boltahe na mga divider na nagbibigay ng mga sanggunian sa bawat yugto, mga sub-seksyon ng Circuit.)

Ipaliwanag natin ngayon ang "daloy" ng signal ng pagtuklas ng isa sa apat na mga channel mula sa paglikha nito hanggang sa digital acquisition.

Yugto 1

Ang tanging signal ng interes ay nagmula sa mga photodiode. Ang mga sensor na ito ay nakabaligtad. Ang supply ng biasing ay isang matatag na 12V na pinapatakbo sa pamamagitan ng isang mababang pass filter upang matanggal ang anumang hindi ginustong ingay na mas malaki sa 1Hz. Sa pag-ionize ng rehiyon ng pag-ubos, isang singil na pulso ang nilikha sa mga pin ng diode. Ang signal na ito ay kinuha ng aming unang yugto ng pagpapalaki: ang charge amplifier. Ang isang charge amplifier ay maaaring gawin sa anumang pagpapatakbo ng amplifier, ngunit ang mababang pagtutukoy ng ingay ay napakahalaga.

Yugto 2

Ang layunin ng yugtong ito ay upang i-convert ang charge pulse na nakita sa invertting input, sa isang boltahe ng DC sa output ng op-amp. Ang input na hindi nag-inververt ay nasala at itinakda sa isang boltahe na divider sa isang kilalang at napiling antas. Ang unang yugto na ito ay mahirap na tune, ngunit pagkatapos ng maraming mga pagsubok naayos kami para sa isang capacitor ng feedback na 2 [pF], at isang feed-back resistor na 44 [MOhm], na nagreresulta sa isang pulso na 2 [pF] × 44 [MOhm] = 88 [μs]. Ang isang pabaliktad na aktibong amplifier ng bandpass filter, na kumikilos tulad ng isang pagkakaiba, ay sumusunod sa charge amplifier. Ang yugto na ito ay sinasala at binabago ang antas ng pag-convert ng DC, na nagmula sa dating yugto sa isang pulso na may nakuha na 100. Ang signal ng hilaw na detektor ay na-probed sa output ng yugtong ito.

Yugto 3

Susunod na linya ay ang mga signal at noise channel. Ang dalawang output na ito ay dumidiretso sa DAQ pati na rin sa pangalawang analog PCB. Parehong gumana bilang op-amps kumpara. Ang pagkakaiba lamang sa pagitan ng dalawa ay ang channel ng ingay ay may mas mababang boltahe sa hindi input na ito kaysa sa signal channel, at ang signal channel ay sinala din upang alisin ang mga frequency sa itaas ng inaasahang output pulse mula sa ikalawang amplifying stage. Ang isang LM741 op-amp ay kumikilos bilang isang kumpare kumpara sa isang variable threshold upang makilala ang signal channel, na nagbibigay-daan sa detektor na magpadala lamang ng mga piling kaganapan sa ADC / MCU. Ang isang variable na risistor sa non-inverting input ay nagtatakda ng antas ng pag-trigger. Sa yugtong ito (counter ng pagkakataon), ang mga signal mula sa bawat channel ay pinapakain sa isang op-amp na kumikilos bilang isang summing circuit. Ang isang nakapirming threshold ay itinakda kasabay ng dalawang aktibong channel. Mataas ang output ng op-amp kung dalawa, o higit pa, ang mga photodiode ay nagrerehistro ng hit nang sabay-sabay.

Tandaan: Gumawa kami ng isang kritikal na pagkakamali sa pamamagitan ng paglalagay ng DC / DC step-up converter ng biasing power na malapit sa singil na mga sensitibong op-amp sa amplification PCB. Marahil ayusin namin ito sa ibang bersyon.

Hakbang 5: Ang Assembly

Ang paghihinang, maraming paghihinang … Sapagkat ang sensor na napili para sa pangwakas na detektor ay umiiral lamang bilang isang bahagi ng SMT na bakas ng paa kailangan naming mag-disenyo ng mga PCB (2 layer). Samakatuwid, ang lahat ng nauugnay na circuitry ay inilipat din sa mga board ng PCB kaysa sa breadboard. Ang lahat ng mga sangkap ng analog ay inilagay sa dalawang magkakahiwalay na PCB, at ang mga digital na bahagi sa isa pa upang maiwasan ang mga pagkagambala ng ingay. Ito ang mga unang PCB na ginawa namin kaya kailangan naming kumuha ng tulong para sa layout sa Eagle. Ang pinakamahalagang PCB ay ang mga sensor at amplification. Sa pamamagitan ng isang oscilloscope na pagsubaybay sa mga output sa mga test-point ang detektor ay maaaring gumana lamang sa board na ito (bypass ng DAQ). Natagpuan ko at naayos ang aking mga pagkakamali; kasama ang mga maling bahagi ng yapak ng bahagi, na nagresulta sa aming mga mababang ingay na op-amp na mai-wire, at mga bahagi ng end-of-life na napalitan ng mga kahalili. Bilang karagdagan, dalawang mga filter ang idinagdag sa disenyo upang sugpuin ang mga ring ng oscillation.

Hakbang 6: Ang Enclosure

Ang layunin ng naka-print na 3D na pambalot, ang lead sheet at foam ay para sa: mga mounting na layunin, thermal isolation, pagbibigay ng isang kalasag sa ingay, at hadlangan ang ilaw ng paligid, at maliwanag na protektahan ang electronics. Ang mga 3D print STL file ay nakakabit.

Hakbang 7: Arduino Read-out

Ang bahagi ng read-out (ADC / DAQ) ng detector ay binubuo ng isang Arduino Mini (naka-attach na code). Sinusubaybayan ng microcontroller na ito ang mga output ng apat na detector at ang supply power sa paglaon (subaybayan ang kalidad ng kuryente), pagkatapos ay naglalabas ng lahat ng data sa serial output (USB) para sa karagdagang pagsusuri o pagrekord.

Ang isang aplikasyon sa pagpoproseso ng desktop ay binuo (naka-attach) upang magbalangkas ng lahat ng papasok na data.

Hakbang 8: Pagsubok

(Mga alamat ng larawan: (1) Nagreresultang pulso ng isang mapagkukunang 60Co (t ~ 760ms) signal-to-noise ratio ~ 3: 1., (2) Iniksyon na katumbas ng singil na idineposito ng isang mapagkukunan ng enerhiya ~ 2 MeV., (3) Iniksyon na katumbas ng singil na idineposito ng isang mapagkukunang 60Co (~ 1.2 MeV)).

Ang pag-iniksyon ng pagsingil ay ginawa gamit ang isang pulse generator na isinama sa isang capacitor (1pF) sa sensor pad at winakasan sa lupa sa pamamagitan ng isang risistor na 50Ohm. Pinapayagan ako ng mga pamamaraang ito na subukan ang aking mga circuit, pag-ayos ng mga halaga ng sangkap at gayahin ang mga tugon ng mga photodiode kapag nahantad sa isang aktibong mapagkukunan. Itinakda namin ang parehong isang Americium − 241 (60 KeV) at isang Iron − 55 (5.9 KeV) na mapagkukunan sa harap ng dalawang aktibong photo-diode, at ang alinman sa mga channel ay hindi nakakita ng isang natatanging signal. Napatunayan namin sa pamamagitan ng mga injection na pulso, at napagpasyahan na ang mga pulso mula sa mga mapagkukunang ito ay nasa ibaba ng napapansin na threshold dahil sa mga antas ng ingay. Gayunpaman, nakakita pa rin kami ng mga hit mula sa isang mapagkukunan ng 60Co (1.33 MeV). Ang pangunahing kadahilanan sa paglilimita sa panahon ng mga pagsubok ay ang makabuluhang ingay. Mayroong maraming mga mapagkukunan ng ingay at ilang mga paliwanag kung ano ang bumubuo ng mga ito. Nalaman namin na ang isa sa pinakamahalaga at nakakapinsalang mapagkukunan ay ang pagkakaroon ng ingay bago ang unang yugto ng pagpapalaki. Dahil sa malaking pakinabang na ito ingay ay amplified halos isang daang-tiklop! Siguro ang hindi tamang pagsala ng kuryente at muling pag-injected sa ingay ng Johnson sa mga loop ng feedback ng mga yugto ng amplifier ay nag-ambag din (ipapaliwanag nito ang mababang signal sa ratio ng ingay). Hindi namin inimbestigahan ang pagpapakandili ng ingay sa pagkiling, ngunit maaari naming suriin iyon sa hinaharap.

Hakbang 9: Ang Mas Malaking Larawan

Panoorin ang video mula sa Veritasium tungkol sa mga pinaka radioactive na lugar sa mundo!

Kung nagawa mo ito hanggang ngayon at sinunod ang mga hakbang, pagkatapos ay binabati kita! Bumuo ka ng isang patakaran ng pamahalaan para sa mga application sa real-world tulad ng LHC! Marahil ay dapat mong isaalang-alang ang isang pagbabago ng karera at pumunta sa larangan ng pisika ng nukleyar:) Sa higit pang mga teknikal na termino, nagtayo ka ng isang solidong-estado na detektor ng radiation na binubuo ng isang matrix ng mga photo-diode at mga kaugnay na circuitry upang lokalisahin at makilala ang mga kaganapan. Ang detektor ay binubuo ng maraming yugto ng pagpapalaki na nagko-convert ng maliliit na pulso ng singil sa mga napapansin na voltages pagkatapos ay ma-discriminate at ihambing ang mga ito. Ang isang kumpara, sa pagitan ng mga channel, ay nagbibigay din ng impormasyon tungkol sa spatial na pamamahagi ng mga napansin na mga kaganapan. Isinama mo rin ang paggamit ng isang Arduino micro-controller at mahahalagang software para sa koleksyon ng data at pagtatasa.

Hakbang 10: Mga Sanggunian

Bilang karagdagan sa kahanga-hangang mga nakalakip na PDF, narito ang ilang mga nauugnay na mapagkukunang nagbibigay kaalaman:

- F. A. Smith, Isang Panimula sa Applied Radiation Physics, World Scientific, River Edge, NJ, 2000.

- Unang Sensor, Unang Sensor PIN PD Data Sheet Bahagi ng Paglalarawan X100-7 SMD, Web. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- Horowitz, Paul at Hill, Winfield, The Art of Electronics. Cambridge University Press, 1989.

- C. Thiel, Isang Panimula sa Semiconductor Radiation Detector, Web. physics.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- Lyndon Evans, The Large Hadron Collider: isang Marvel ng Teknolohiya, Ed. EPFL Press, 2009.