Máy dò bức xạ di động: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Đây là hướng dẫn thiết kế, xây dựng và kiểm tra Máy dò bức xạ diode quang silicon cầm tay của riêng bạn phù hợp với phạm vi phát hiện 5keV-10MeV để định lượng chính xác tia gamma năng lượng thấp đến từ các nguồn phóng xạ! Hãy chú ý nếu bạn không muốn trở thành một thây ma hoạt động bằng sóng vô tuyến: không an toàn khi ở gần các nguồn bức xạ cao và KHÔNG nên sử dụng thiết bị này như một cách đáng tin cậy để phát hiện bức xạ có hại tiềm tàng.

Hãy bắt đầu với một chút khoa học cơ bản về máy dò trước khi chúng ta bắt đầu xây dựng nó. Trên đây là một video tuyệt vời từ Veritasium giải thích bức xạ là gì và nó đến từ đâu.

Bước 1: Đầu tiên, rất nhiều vật lý

(Hình chú thích: Bức xạ ion hóa tạo thành các cặp lỗ trống điện tử trong vùng nội tại dẫn đến xung điện tích.)

Buồng đánh lửa, máy dò ống Geiger, và bộ nhân ảnh… tất cả các loại máy dò này đều cồng kềnh, đắt tiền hoặc sử dụng điện áp cao để hoạt động. Có một số loại ống Geiger thân thiện với nhà sản xuất, chẳng hạn như https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 & https://www.adafruit.com/product/483. Các phương pháp khác để phát hiện bức xạ là máy dò trạng thái rắn (ví dụ máy dò Germanium). Tuy nhiên, những thứ này rất tốn kém để sản xuất và yêu cầu thiết bị chuyên dụng (hãy nghĩ đến việc làm mát bằng nitơ lỏng!). Ngược lại, máy dò trạng thái rắn rất hiệu quả về chi phí. Chúng được sử dụng rộng rãi và đóng một vai trò thiết yếu trong vật lý hạt năng lượng cao, vật lý y tế và vật lý thiên văn.

Ở đây, chúng tôi chế tạo một máy dò bức xạ thể rắn di động có khả năng định lượng chính xác và phát hiện các tia gamma năng lượng thấp đến từ các nguồn phóng xạ. Thiết bị bao gồm một loạt các điốt silicon PiN diện tích bề mặt lớn phân cực ngược, đầu ra cho bộ khuếch đại tiền sạc, bộ khuếch đại phân biệt, bộ phân biệt và bộ so sánh. Đầu ra của tất cả các giai đoạn kế tiếp được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số để phân tích. Chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách mô tả các nguyên tắc của máy dò hạt silicon, điốt PiN, xu hướng đảo ngược và các thông số liên quan khác. Sau đó, chúng tôi sẽ giải thích các cuộc điều tra khác nhau đã được tiến hành và các lựa chọn được đưa ra. Cuối cùng, chúng tôi sẽ giới thiệu nguyên mẫu cuối cùng và thử nghiệm.

Máy dò SolidState

Trong nhiều ứng dụng phát hiện bức xạ, việc sử dụng phương tiện phát hiện rắn có lợi thế đáng kể (cách gọi khác là máy dò điốt bán dẫn hoặc máy dò trạng thái rắn). Điốt silicon là thiết bị phát hiện được lựa chọn cho một số lượng lớn các ứng dụng, đặc biệt là khi có sự tham gia của các hạt mang điện nặng. Nếu không yêu cầu đo năng lượng, thì các đặc tính thời gian tuyệt vời của máy dò diode silicon cho phép đếm và theo dõi chính xác các hạt mang điện.

Để đo các điện tử năng lượng cao hoặc tia gamma, kích thước của máy dò có thể được giữ nhỏ hơn nhiều so với các lựa chọn thay thế. Việc sử dụng vật liệu bán dẫn làm máy dò bức xạ cũng dẫn đến số lượng hạt tải điện lớn hơn cho một sự kiện bức xạ tới nhất định, và do đó giới hạn thống kê về độ phân giải năng lượng thấp hơn so với các loại máy dò khác. Do đó, độ phân giải năng lượng tốt nhất có thể đạt được ngày nay được thực hiện thông qua việc sử dụng các máy dò như vậy.

Các hạt mang thông tin cơ bản là các cặp electron-lỗ trống được tạo ra dọc theo đường đi của hạt mang điện qua máy dò (xem hình trên). Bằng cách thu thập các cặp lỗ trống điện tử này, được đo dưới dạng điện tích tại các điện cực của cảm biến, tín hiệu phát hiện được hình thành, và nó chuyển sang giai đoạn khuếch đại và phân biệt. Các tính năng mong muốn bổ sung của máy dò trạng thái rắn là kích thước nhỏ gọn, đặc tính thời gian tương đối nhanh và độ dày hiệu dụng (*). Như với bất kỳ máy dò nào, có những hạn chế, bao gồm giới hạn về kích thước nhỏ và khả năng tương đối của các thiết bị này bị suy giảm hiệu suất do hư hỏng do bức xạ gây ra.

(*: Cảm biến mỏng giảm thiểu nhiều hiện tượng tán xạ, trong khi cảm biến dày hơn tạo ra nhiều điện tích hơn khi một hạt đi qua chất nền.)

Điốt P − i − N:

Mỗi loại máy dò bức xạ tạo ra một đầu ra đặc trưng sau khi tương tác với bức xạ. Tương tác của các hạt với vật chất được phân biệt bởi ba hiệu ứng:

1. hiệu ứng quang điện
2. Tán xạ Compton
3. Sản xuất theo cặp.

Nguyên tắc cơ bản của máy dò silicon phẳng là sử dụng điểm nối PN trong đó các hạt tương tác thông qua ba hiện tượng này. Cảm biến silicon phẳng đơn giản nhất bao gồm chất nền pha tạp P và mô cấy N ở một bên. Các cặp lỗ trống electron được tạo ra dọc theo quỹ đạo hạt. Trong khu vực ngã ba PN, có một vùng không có sóng mang, được gọi là vùng cạn kiệt. Các cặp electron-lỗ trống được tạo ra trong vùng này được ngăn cách bởi một điện trường xung quanh. Do đó, các hạt tải điện có thể được đo ở cạnh N hoặc P của vật liệu silicon. Bằng cách áp dụng điện áp phân cực ngược vào diode tiếp giáp PN, vùng cạn kiệt sẽ phát triển và có thể bao phủ toàn bộ nền cảm biến. Bạn có thể đọc thêm về điều này tại đây: Bài viết trên Wikipedia về Pin Junction.

Một diode PiN có vùng i nội tại, giữa các điểm nối P và N, chứa đầy các hạt mang điện từ vùng P và N. Vùng nội tại rộng này cũng có nghĩa là diode có điện dung thấp khi phân cực ngược. Trong một diode PiN, vùng cạn kiệt tồn tại gần như hoàn toàn trong vùng nội tại. Vùng suy giảm này lớn hơn nhiều so với một diode PN thông thường. Điều này làm tăng thể tích mà các cặp electron-lỗ trống có thể được tạo ra bởi một photon tới. Nếu một điện trường được đặt vào vật liệu bán dẫn, cả các điện tử và lỗ trống đều trải qua sự di chuyển. Diode PiN được phân cực ngược để toàn bộ lớp i bị cạn kiệt các hạt tải điện tự do. Sự phân cực ngược này tạo ra một điện trường xuyên qua lớp i để các điện tử bị cuốn đến lớp P và các lỗ trống, đến lớp N (* 4).

Dòng chất mang phản ứng với một xung bức xạ tạo thành xung dòng điện đo được. Để tối đa hóa dòng điện này, vùng i phải càng lớn càng tốt. Các đặc tính của đường giao nhau là nó dẫn rất ít dòng điện khi được phân cực theo chiều ngược lại. Mặt P của đường giao nhau trở nên âm so với mặt N và hiệu điện thế tự nhiên từ mặt này sang mặt kia của đường giao nhau được tăng cường. Trong những trường hợp này, các hạt tải điện thiểu số bị hút qua đường giao nhau và vì nồng độ của chúng tương đối thấp, dòng điện ngược qua diode là khá nhỏ. Khi phân cực ngược được đặt vào điểm nối, hầu như tất cả điện áp đặt vào đều xuất hiện trên vùng suy giảm, vì điện trở suất của nó cao hơn nhiều so với điện trở suất của vật liệu loại N hoặc P bình thường. Thật vậy, sự thiên vị ngược lại làm nổi bật sự khác biệt tiềm năng qua đường giao nhau. Độ dày của vùng suy giảm cũng tăng lên, mở rộng thể tích mà các hạt mang điện tích do bức xạ được thu thập. Khi điện trường đủ cao, quá trình thu thập điện tích trở nên hoàn tất và độ cao xung không còn thay đổi khi điện áp phân cực của máy dò tăng thêm.

(* 1: Các electron ở trạng thái liên kết của nguyên tử bị đánh bật bởi các photon khi năng lượng của các hạt tới cao hơn năng lượng liên kết. * 2: Tương tác liên quan đến sự tán xạ của một hạt ra khỏi một electron tự do hoặc liên kết lỏng lẻo, và sự truyền một phần năng lượng cho electron.; * 3: Sản sinh ra một hạt cơ bản và phản hạt của nó. hướng như điện trường.)

Bước 2: Khám phá

Đây là phiên bản nguyên mẫu của "máy dò" mà chúng tôi đã xây dựng, gỡ lỗi và thử nghiệm. Đó là một ma trận bao gồm nhiều cảm biến để có một cảm biến bức xạ kiểu "CCD". Như đã đề cập trước đây, tất cả các chất bán dẫn silicon đều nhạy cảm với bức xạ. Tùy thuộc vào độ chính xác của nó, và các cảm biến được sử dụng cũng có thể có được ý tưởng sơ bộ về mức năng lượng của hạt gây ra một vụ va chạm.

Chúng tôi đã sử dụng các điốt không được che chắn đã được sử dụng để cảm biến, khi phân cực ngược (và che chắn nó khỏi ánh sáng nhìn thấy), có thể ghi lại các lần truy cập từ bức xạ Beta và Gamma bằng cách khuếch đại các tín hiệu nhỏ và đọc dữ liệu đầu ra bằng bộ vi điều khiển. Tuy nhiên, bức xạ alpha hiếm khi có thể được phát hiện vì nó không thể xuyên qua lớp vải mỏng hoặc lớp che chắn bằng polyme. Đính kèm là một video tuyệt vời của Veritasium, trong đó giải thích các loại bức xạ khác nhau (Alpha, Beta & Gamma).

Các lần lặp lại thiết kế ban đầu đã sử dụng một cảm biến khác (điốt quang BPW-34; một cảm biến nổi tiếng nếu bạn google xung quanh). Thậm chí còn có một số Tài liệu hướng dẫn có liên quan sử dụng nó cho mục đích phát hiện bức xạ chẳng hạn như tài liệu tuyệt vời này: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. Tuy nhiên, vì nó có một số lỗi và hoạt động không tối ưu, chúng tôi quyết định bỏ qua các chi tiết của nguyên mẫu này khỏi Bảng hướng dẫn này để tránh các Nhà sản xuất tạo ra một máy dò đầy sai sót. Tuy nhiên, chúng tôi đã đính kèm các tệp thiết kế và sơ đồ trong trường hợp ai đó quan tâm.

Bước 3: Thiết kế

(Truyền thuyết hình ảnh: (1) Sơ đồ khối của máy dò: từ tạo tín hiệu đến thu thập dữ liệu., (2) Thông số kỹ thuật của diode quang X100-7: vùng hoạt động 100mm ^ 2, vùng cạn kiệt 0,9mm, lớp phủ chặn ánh sáng, dòng điện tối thấp… Như được hiển thị trong biểu đồ xác suất hấp thụ, điốt PiN dễ dàng hấp thụ năng lượng tia gamma, (3) Ghi chú ứng dụng của nhà sản xuất đã xác nhận khái niệm thiết kế và giúp chọn các giá trị thành phần ban đầu.

Chúng tôi đã tìm kiếm một cảm biến diện tích lớn hơn, cụ thể là X100−7 từ Cảm biến thứ nhất. Đối với mục đích thử nghiệm và mô-đun, chúng tôi đã thiết kế ba phần khác nhau, xếp chồng lên nhau: Cảm biến và bộ khuếch đại (bộ khuếch đại điện tích tiếng ồn thấp + bộ khuếch đại định hình xung), Bộ phân biệt & so sánh, quy định DC / DC và DAQ (Arduino để thu thập dữ liệu). Mỗi giai đoạn được lắp ráp, xác nhận và thử nghiệm riêng biệt như bạn sẽ thấy trong bước tiếp theo.

Ưu điểm chính của máy dò bán dẫn là năng lượng ion hóa nhỏ (E), không phụ thuộc vào cả năng lượng và loại bức xạ tới. Sự đơn giản hóa này cho phép tính đến một số cặp electron-lỗ trống về mặt năng lượng bức xạ tới, với điều kiện là hạt dừng hoàn toàn trong thể tích hoạt động của máy dò. Đối với silicon ở 23C (*) chúng ta có E ~ 3,6eV. Giả sử rằng tất cả năng lượng được lắng đọng và sử dụng năng lượng ion hóa, chúng ta có thể tính được số electron được tạo ra bởi một nguồn nhất định. Ví dụ, một tia 60keVgamma từ nguồn Americium-241 sẽ dẫn đến một điện tích tích tụ là 0,045 fC / keV. Như được hiển thị trong thông số kỹ thuật của diode, trên điện áp xu hướng xấp xỉ ~ 15V, vùng suy giảm có thể được coi là không đổi. Điều này đặt phạm vi mục tiêu cho điện áp xu hướng của chúng tôi thành 12−15V. (*: E tăng khi nhiệt độ giảm.)

Chức năng của các mô-đun khác nhau của máy dò, các thành phần của chúng và các tính toán liên quan. Khi đánh giá máy dò, độ nhạy (* 1) là rất quan trọng. Cần có một bộ tiền khuếch đại điện tích cực nhạy vì một tia gamma tới có thể chỉ tạo ra một vài nghìn điện tử trong vùng suy giảm chất bán dẫn. Bởi vì chúng ta khuếch đại một xung dòng điện cực nhỏ, cần phải đặc biệt chú ý đến việc lựa chọn linh kiện, che chắn cẩn thận và bố trí bảng mạch.

(* 1: Năng lượng tối thiểu được gửi vào máy dò để tạo ra tín hiệu riêng biệt và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.)

Để chọn đúng giá trị thành phần, trước tiên tôi tóm tắt các yêu cầu, thông số kỹ thuật mong muốn và các ràng buộc:

Cảm biến:

• Phạm vi phát hiện lớn có thể, 1keV-1MeV
• Điện dung thấp để giảm thiểu tiếng ồn, 20pF-50pF
• Dòng rò rỉ không đáng kể theo phân cực ngược.

Khuếch đại và Phân biệt:

• Sạc tiền khuếch đại nhạy cảm
• Bộ phân biệt để định hình xung
• Bộ so sánh xung tín hiệu khi trên ngưỡng cài đặt
• Bộ so sánh cho đầu ra tiếng ồn khi trong khoảng ngưỡng
• Bộ so sánh sự trùng hợp kênh
• Ngưỡng chung để lọc sự kiện.

Bộ điều khiển kỹ thuật số và vi mô:

• Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số nhanh chóng
• Dữ liệu đầu ra cho quá trình xử lý và giao diện người dùng.

Nguồn và lọc:

• Bộ điều chỉnh điện áp cho tất cả các giai đoạn
• Cung cấp điện áp cao để tạo ra nguồn điện thiên vị
• Lọc thích hợp tất cả các phân phối điện.

Tôi đã chọn các thành phần sau:

• Bộ chuyển đổi DC Boost: LM 2733
• Bộ khuếch đại sạc: AD743
• Op-Amps khác: LM393 & LM741
• DAQ / Đọc: Arduino Nano.

Các thông số kỹ thuật áp đặt bổ sung bao gồm:

• Tốc độ hoạt động:> 250 kHz (84 kênh), 50 kHz (trùng hợp)
• Độ phân giải: 10bit ADC
• Tỷ lệ mẫu: 5kHz (8 kênh)
• Điện áp: 5V Arduino, 9V op-amps, ~ 12V Biasing.

Sự sắp xếp tổng thể và thứ tự của các thành phần trên được biểu diễn trong hình sơ đồ khối. Chúng tôi đã thực hiện các tính toán với các giá trị thành phần được sử dụng trong giai đoạn thử nghiệm (xem hình ảnh thứ ba). (*: Một số giá trị thành phần không giống với kế hoạch ban đầu cũng như không giống với những giá trị hiện có; tuy nhiên, những tính toán này cung cấp một khung hướng dẫn.)

Bước 4: Mạch

(Chú thích hình: (1) Sơ đồ tổng thể của các giai đoạn 1-3 của một kênh đơn, bao gồm cơ sở diode và bộ chia điện áp cung cấp các tham chiếu đến từng giai đoạn, các tiểu phần của mạch.)

Bây giờ chúng ta hãy giải thích "dòng chảy" của tín hiệu phát hiện của một trong bốn kênh từ khi tạo đến thu được kỹ thuật số.

Giai đoạn 1

Tín hiệu quan tâm duy nhất bắt nguồn từ các điốt quang. Các cảm biến này được phân cực ngược. Nguồn cung cấp xu hướng là một 12V ổn định được chạy qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ bất kỳ tiếng ồn không mong muốn nào lớn hơn 1Hz. Khi ion hóa vùng cạn kiệt, một xung điện tích được tạo ra ở các chân của diode. Tín hiệu này được thu nhận bởi tầng khuếch đại đầu tiên của chúng tôi: bộ khuếch đại tích điện. Bộ khuếch đại điện tích có thể được thực hiện với bất kỳ bộ khuếch đại hoạt động nào, nhưng thông số kỹ thuật tiếng ồn thấp là rất quan trọng.

Giai đoạn 2

Mục tiêu của giai đoạn này là chuyển đổi xung điện tích được phát hiện ở đầu vào đảo ngược thành điện áp một chiều ở đầu ra của op-amp. Đầu vào không đảo ngược được lọc và đặt thành bộ chia điện áp ở mức đã biết và đã chọn. Giai đoạn đầu tiên này khó điều chỉnh, nhưng sau nhiều thử nghiệm, chúng tôi đã tìm ra tụ điện phản hồi là 2 [pF] và điện trở nạp trở lại là 44 [MOhm], dẫn đến xung là 2 [pF] × 44 [MOhm] = 88 [μs]. Một bộ khuếch đại bộ lọc thông dải hoạt động đảo ngược, hoạt động giống như một bộ phân biệt, đi sau bộ khuếch đại điện tích. Giai đoạn này lọc và chuyển đổi mức DC đã chuyển đổi, phát ra từ giai đoạn trước thành một xung có độ lợi 100. Tín hiệu dò thô được thăm dò ở đầu ra của giai đoạn này.

Giai đoạn 3

Tiếp theo là các kênh tín hiệu và nhiễu. Hai đầu ra này đi trực tiếp đến DAQ cũng như đến PCB tương tự thứ hai. Cả hai đều hoạt động như bộ so sánh op-amps. Sự khác biệt duy nhất giữa hai kênh là kênh nhiễu có điện áp thấp hơn ở đầu vào không nghịch đảo của nó so với kênh tín hiệu và kênh tín hiệu cũng được lọc để loại bỏ các tần số cao hơn xung đầu ra mong đợi từ tầng khuếch đại thứ hai. Một op-amp LM741 hoạt động như một bộ so sánh với một ngưỡng thay đổi để phân biệt kênh tín hiệu, cho phép bộ dò chỉ gửi các sự kiện được chọn đến ADC / MCU. Một biến trở trên đầu vào không đảo sẽ đặt mức kích hoạt. Trong giai đoạn này (bộ đếm trùng hợp), tín hiệu từ mỗi kênh được đưa đến một op-amp hoạt động như một mạch tổng hợp. Một ngưỡng cố định được đặt trùng với hai kênh đang hoạt động. Đầu ra op-amp cao nếu hai hoặc nhiều điốt quang đăng ký một lần truy cập đồng thời.

Lưu ý: Chúng tôi đã mắc một sai lầm quan trọng khi đặt bộ chuyển đổi bước lên DC / DC của nguồn điện xu hướng gần op-amps nhạy cảm với điện tích trên PCB khuếch đại. Có lẽ chúng tôi sẽ sửa lỗi này trong phiên bản sau.

Bước 5: Hội đồng

Hàn, rất nhiều hàn… Vì cảm biến được chọn cho máy dò cuối cùng chỉ tồn tại như một thành phần dấu chân SMT nên chúng tôi phải thiết kế PCB (2 lớp). Do đó, tất cả các mạch liên quan cũng được chuyển sang bảng mạch PCB thay vì bảng mạch bánh mì. Tất cả các thành phần tương tự được đặt trên hai PCB riêng biệt và các thành phần kỹ thuật số trên một PCB khác để tránh nhiễu. Đây là những PCB đầu tiên chúng tôi sản xuất nên chúng tôi phải nhờ một số trợ giúp về cách bố trí trong Eagle. PCB quan trọng nhất là của các cảm biến và bộ khuếch đại. Với một máy hiện sóng giám sát kết quả đầu ra tại các điểm kiểm tra, máy dò có thể hoạt động duy nhất với bảng này (bỏ qua DAQ). Tôi đã tìm thấy và sửa lỗi của mình; chúng bao gồm các dấu chân linh kiện sai, dẫn đến các bộ khuếch đại tiếng ồn thấp của chúng tôi được khai thác bằng dây và các thành phần cuối vòng đời đã được hoán đổi bằng các lựa chọn thay thế. Ngoài ra, hai bộ lọc đã được thêm vào thiết kế để ngăn chặn các dao động đổ chuông.

Bước 6: Bao vây

Mục tiêu của vỏ, tấm chì và xốp in 3D là dành cho: mục đích lắp, cách ly nhiệt, cung cấp tấm chắn tiếng ồn, chặn ánh sáng xung quanh và rõ ràng là để bảo vệ thiết bị điện tử. Các tệp STL in 3D được đính kèm.

Bước 7: Đọc hết Arduino

Phần đọc ra (ADC / DAQ) của máy dò bao gồm Arduino Mini (mã đính kèm). Bộ vi điều khiển này giám sát đầu ra của bốn đầu báo và nguồn cung cấp cho phần sau (chất lượng nguồn theo dõi), sau đó xuất tất cả dữ liệu trên đầu ra nối tiếp (USB) để phân tích hoặc ghi lại.

Một ứng dụng máy tính để bàn Xử lý đã được phát triển (đính kèm) để vẽ tất cả dữ liệu đến.

Bước 8: Kiểm tra

(Chú thích hình: (1) Xung kết quả của nguồn 60Co (t ~ 760ms) tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu ~ 3: 1., (2) Tiêm tương đương với điện tích được tích tụ bởi một nguồn năng lượng ~ 2 MeV., (3) Tiêm tương đương với phí được gửi bởi nguồn 60Co (~ 1,2 MeV)).

Quá trình nạp điện được thực hiện bằng một bộ tạo xung được kết hợp với tụ điện (1pF) ở tấm cảm biến và được kết nối với đất thông qua một điện trở 50Ohm. Các quy trình này cho phép tôi kiểm tra các mạch của mình, tinh chỉnh các giá trị thành phần và mô phỏng phản ứng của các điốt quang khi tiếp xúc với nguồn hoạt động. Chúng tôi đặt cả nguồn Americium-241 (60 KeV) và Iron-55 (5,9 KeV) trước hai điốt quang hoạt động và cả hai kênh đều không thấy tín hiệu đặc biệt. Chúng tôi đã xác minh thông qua việc tiêm xung và kết luận rằng các xung từ các nguồn này nằm dưới ngưỡng có thể quan sát được do mức độ nhiễu. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn có thể thấy các lần truy cập từ nguồn 60Co (1,33 MeV). Yếu tố hạn chế chính trong các thử nghiệm là tiếng ồn đáng kể. Có rất nhiều nguồn gây ra tiếng ồn và rất ít lời giải thích về điều gì đã tạo ra những tiếng ồn này. Chúng tôi nhận thấy rằng một trong những nguồn gây bất lợi và quan trọng nhất là sự hiện diện của tiếng ồn trước giai đoạn khuếch đại đầu tiên. Do độ lợi lớn, tiếng ồn này đã được khuếch đại gần gấp trăm lần! Có thể việc lọc công suất không đúng cách và tiếng ồn Johnson được đưa lại vào các vòng phản hồi của các tầng khuếch đại cũng góp phần (điều này giải thích tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp). Chúng tôi đã không điều tra sự phụ thuộc của tiếng ồn với xu hướng, nhưng chúng tôi có thể xem xét điều đó xa hơn trong tương lai.

Bước 9: Bức tranh lớn hơn

Xem video từ Veritasium về những nơi có nhiều chất phóng xạ nhất trên trái đất!

Nếu bạn đã làm được đến mức này và làm theo các bước, thì xin chúc mừng! Bạn đã xây dựng một bộ máy cho các ứng dụng trong thế giới thực như LHC! Có lẽ bạn nên cân nhắc chuyển đổi nghề nghiệp và tham gia vào lĩnh vực vật lý hạt nhân:) Về mặt kỹ thuật, bạn đã chế tạo một máy dò bức xạ trạng thái rắn bao gồm một ma trận các điốt quang và mạch điện liên kết để xác định vị trí và phân biệt các sự kiện. Máy dò bao gồm nhiều tầng khuếch đại chuyển đổi các xung điện tích nhỏ thành điện áp có thể quan sát được sau đó phân biệt và so sánh chúng. Một bộ so sánh, giữa các kênh, cũng cung cấp thông tin liên quan đến sự phân bố không gian của các sự kiện được phát hiện. Bạn cũng đã kết hợp việc sử dụng vi điều khiển Arduino và phần mềm cần thiết để thu thập và phân tích dữ liệu.

Bước 10: Tham khảo

Ngoài các tệp PDF tuyệt vời được đính kèm, đây là một số tài nguyên thông tin liên quan:

- F. A. Smith, Chuyên gia về Vật lý Bức xạ Ứng dụng, Khoa học Thế giới, River Edge, NJ, 2000.

- Cảm biến thứ nhất, Bộ cảm biến thứ nhất Bảng dữ liệu PIN PD Mô tả phần X100-7 SMD, Web. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- Horowitz, Paul và Hill, Winfield, Nghệ thuật Điện tử. Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 1989.

- C. Thiel, Giới thiệu về Máy dò Bức xạ Bán dẫn, Web. vật lý.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- Lyndon Evans, Máy va chạm Hadron Lớn: một Marvel of Technology, Ed. Nhà xuất bản EPFL, 2009.