Máy phân tích đa kênh MCA với đầu dò NaI (Tl) Quang phổ Gamma: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Chào, Chào mừng đến với tất cả những ai quan tâm đến sở thích Gamma Spectroscopy. Trong bài viết ngắn này, tôi chỉ muốn chia sẻ quá trình nhật ký công việc của tôi khi tạo máy dò Quang phổ Gamma tự chế bằng MCA. Nó không phải là một hướng dẫn, tôi chỉ chia sẻ hình ảnh của quá trình.

Khi bắt đầu dự án, tôi quyết định tạo ra thiết bị di động chạy bằng pin có độ tuyến tính tốt và độ phân giải FWHM% nhỏ hơn 8%. Mạch phát triển điện áp cao cho một ống nhân quang, nó có điện tử tương tự để xử lý hình dạng xung và nó có điện tử kỹ thuật số để đếm xung và phân tích phổ.

Bước 1: Chế tạo máy dò NaI (Tl)

Máy dò được xây dựng với ống nhân quang R9420 Hamamtsu và tinh thể soi sáng 30x40mm NaI (Tl). Tinh thể được ghép nối quang học với cửa sổ ống quang catốt. Ống được phủ bằng nhiều lớp băng dính điện để ngăn chặn bất kỳ photon ánh sáng bên ngoài nào xâm nhập vào catốt quang. Khi một tia gamma chạm vào tinh thể, nó tạo ra tia chớp siêu nhỏ nhằm mục đích được phát hiện bởi ống PMT. Cường độ của đèn flash bao gồm thông tin về năng lượng của tia gamma.

Để điều khiển ống PMT, chúng ta cần điện áp cao. Tôi đã tạo bộ chuyển đổi 5V lên 1000V thu nhỏ và ổn định. Khi bạn xử lý quang phổ gamma, bạn cần điện áp cao được điều chỉnh nghiêm ngặt với khả năng bù nhiệt tốt và ổn định lâu dài. Các thành phần điện tử hiện đại cho phép tạo ra thiết kế này.

Trình điều khiển cũng bao gồm bộ chia điện áp cho các cực âm và bộ khuếch đại điện tích nhạy cảm xử lý xung được lắp đặt trực tiếp trên dây cực dương. Thiết kế nhỏ gọn này có tín hiệu nhiễu thấp và giúp tránh các vòng nối đất.

Vỏ được làm bằng ống nhôm trên máy tiện gia đình. Tôi không phải là CNC chuyên nghiệp, mọi thứ được thực hiện với công việc thủ công.

Bên dưới nắp (không hiển thị trên ảnh), tôi đã lắp thêm bảng nhỏ với pin LiPO, bộ sạc và đèn LED chỉ báo. Máy dò tự động bật nguồn khi cáp được kết nối. Việc sạc pin có thể được thực hiện với cùng một loại cáp và bất kỳ bộ chuyển đổi 5V nào.

Bạn có thể thấy màn hình phạm vi hình dạng xung điển hình từ máy dò. Như vậy, nó có thể được sử dụng với bất kỳ phần mềm MCA dựa trên máy tính nào, ví dụ như PRA, Theremino hoặc BecqMonitor2011. Phần mềm này sử dụng giỏ hàng âm thanh để phân tích tín hiệu.

Sau 2 hoặc 3 buổi tối, tôi đã dành cho việc điều chỉnh máy dò để tìm các cài đặt điện áp cao và bộ khuếch đại tối ưu, nó kết thúc với độ tuyến tính khá tốt và ~ 7,30% FWHM% trên 662keV

Để kiểm tra máy dò, tôi đã sử dụng phần mềm miễn phí BecqMonitor2011 với bộ chuyển đổi âm thanh 24bit.

Bước 2: Tạo MCA di động

Vì tôi dự định sử dụng máy dò của mình như một thiết bị di động, tôi đã tạo Máy phân tích đa kênh có thể thu tín hiệu và lưu quang phổ vào giỏ hàng uSD ở định dạng CSV.

Tôi đã sử dụng vỏ bọc MHH-95A và tạo thiết kế PCB của MCA phù hợp với vỏ bọc này. MCA có bộ vi xử lý PIC18 8-bit với 10-bit ADC 1024 kênh.

Màn hình 128x64 chỉ hiển thị một phần thông tin của quang phổ. Toàn bộ dữ liệu 1024 thùng được lưu vào giỏ hàng SD và có thể được mở sau bằng BecqMonitor2011.

Thiết bị điện tử MCA được cung cấp bởi pin 2xAA. Nó có 2 nút để điều khiển phần mềm và một nút để Bật / Tắt.

Bước 3: Kết quả

Toàn bộ thiết lập có thể phát hiện năng lượng gamma trong phạm vi 20keV-3000keV, có độ tuyến tính tốt và ~ 7,30% FWHM% ở 662keV.

Quang phổ đầu tiên là 1 giờ của Cs-137 log.scale. Bạn cũng có thể thấy Ka-40 ở 1460keV

Quang phổ thứ hai là đồng hồ radium cổ Ra-226 thang đo tuyến tính 30 phút

Quang phổ thứ ba là đồng hồ radium cổ Ra-226 log. quy mô 30 phút

Quang phổ thứ tư là lớp phủ đèn lồng thoriated Th-232 log. quy mô 30 phút

Hy vọng bài viết này có thể mang lại cảm hứng cho những lần xây dựng tiếp theo của bạn!

Bước 4: Kết luận và Chi phí

Dự án KHÔNG RẺ. Tôi không có tóm tắt chi phí chính xác cho mọi phần tôi đã sử dụng trong dự án này, nhưng chi phí đắt nhất là:

1. Tinh thể NaI (Tl). Tôi đã mua mẫu mới này với giá khoảng 200 đô la. Nó đắt hầu hết vì nó có độ phân giải đảm bảo và nó được sản xuất ngày nay. Theo kinh nghiệm của tôi, tinh thể cổ phiếu cũ có vấn đề.

2. Ống nhân quang R9420. $ 60 Ống PMT tôi đã sử dụng không phải là mới, nhưng trong tình trạng tốt từ nhà cung cấp đáng tin cậy.

3. Sản xuất bao vây. Ngay cả tôi làm điều đó một mình nó cũng có chi phí và cần nhiều thời gian. Những vật liệu tôi mua với số lượng ít thì đắt, ví dụ như ống, thanh nhôm và nhựa có thể khiến bạn mất khoảng 100 đô la bao gồm cả phí vận chuyển, bạn cũng cần thêm chi phí gia công trên dụng cụ, hạt dao, v.v.

4. Tạo mẫu điện tử và sản xuất PCB. Chi phí rất cao - $$$$, tôi thậm chí không thể đếm được tổng số giờ, ngày và tháng tôi đã dành cho chủ đề này. Ngoài ra, tôi cố gắng tránh các thành phần điện tử ebay-ali giá rẻ. Phần mềm vi xử lý MCA do tôi viết luôn. Tôi đã mất quá nhiều nguồn lực và thời gian, với tư cách là một sinh viên và một nhà sản xuất tự kinh doanh, tôi chọn không chia sẻ các tệp nguồn của mình vì nó thực sự sẽ không bao giờ trang trải chi phí của tôi, xin lỗi. Nhưng nếu bạn là người sáng tạo và cởi mở hợp tác, bạn có thể viết cho tôi một đề xuất hợp tác kinh doanh.

5. Tất cả các bộ phận khác xung quanh như cáp, giắc cắm, pin, vật liệu, keo dán, băng dính, v.v. có giá khoảng 100 đô la, những thứ nhỏ bé tạo nên sự khác biệt ở đây…

Kết luận: Theo tôi dự án có hiệu suất tuyệt vời. Tôi có thể phân tích thực phẩm, nấm, quả mọng, tìm con gái radon trong nước mưa, kiểm tra vật liệu bê tông hoặc khoáng chất để tìm đồng vị phóng xạ trong dải năng lượng gamma 20keV-3000keV. Ngay cả với tất cả chi phí cao như một dự án tự làm, nó vẫn rất rẻ nếu bạn so sánh nó với các máy quang phổ gamma cấp phòng thí nghiệm chuyên nghiệp. Hầu hết các đồng vị gamma phổ biến và nguy hiểm có thể được thiết bị phát hiện dễ dàng.