محلل متعدد القنوات MCA مع كاشف التحليل الطيفي جاما NaI (TL): 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

أهلا،

مرحبًا بكم في جميع المهتمين بمطياف جاما. في هذه المقالة القصيرة ، أريد فقط مشاركة عملية تسجيل العمل الخاصة بي لإنشاء كاشف مطياف جاما منزلي الصنع باستخدام MCA. إنه ليس دليلاً ، فأنا أشارك فقط صور العملية.

عندما بدأت المشروع ، قررت أن أجعل جهازًا محمولًا يعمل بالبطاريات بخطي جيد ودقة FWHM٪ أقل من 8٪. تطور الدائرة جهدًا عاليًا لأنبوب مضاعف ضوئي ، ولها إلكترونيات تمثيلية لمعالجة شكل النبض ولديها إلكترونيات رقمية لعد النبضات وتحليل الأطياف.

الخطوة 1: عمل كاشف NaI (Tl)

تم بناء الكاشف باستخدام أنبوب مضاعف ضوئي R9420 Hamamtsu وكريستال وميض 30x40mm NaI (Tl). يقترن الكريستال بصريًا بنافذة الكاثود الضوئي الأنبوبية. الأنبوب مغطى بعدة طبقات من الشريط الكهربائي لمنع أي فوتونات ضوئية خارجية من الدخول في الكاثود الضوئي. عندما تصطدم أشعة جاما بالبلورة ، فإنها تنتج وميضًا ضوئيًا دقيقًا يتم اكتشافه بواسطة أنبوب PMT. تتكون شدة وميض الضوء من معلومات حول طاقة أشعة جاما.

لقيادة أنبوب PMT نحتاج إلى جهد عالي. لقد صنعت محولًا مصغرًا ومستقرًا لتصعيد 5 فولت إلى 1000 فولت. عندما تتعامل مع التحليل الطيفي لأشعة جاما ، فأنت بحاجة إلى جهد عالي منظم بدقة مع تعويض جيد لدرجة الحرارة واستقرار طويل المدى. تسمح المكونات الإلكترونية الحديثة بإنشاء هذا التصميم.

يشتمل برنامج التشغيل أيضًا على مقسم للجهد للدينودات ومضخم حساس لشحنة معالجة النبض مثبت مباشرة على سلك الأنود. يتميز هذا التصميم المدمج بإشارة ضوضاء منخفضة ويساعد على تجنب الحلقات الأرضية.

العلبة مصنوعة من أنبوب الألمنيوم على آلة المخرطة المنزلية. أنا لست محترفًا باستخدام الحاسب الآلي ، كل شيء يتم من خلال العمل اليدوي.

تحت الغطاء (غير موضح في الصور) قمت بتثبيت لوحة صغيرة إضافية مع بطارية LiPO وشاحن ومؤشر LED. يتم تشغيل الكاشف تلقائيًا عند توصيل الكابل. يمكن شحن البطارية بنفس الكابل وأي محول 5 فولت.

يمكنك أن ترى شاشة نطاق شكل النبض النموذجي من الكاشف. كما هو الحال ، يمكن استخدامه مع أي برنامج MCA قائم على الكمبيوتر ، على سبيل المثال PRA أو Theremino أو BecqMonitor2011. يستخدم هذا البرنامج عربة الصوت لتحليل الإشارة.

بعد 2 أو 3 أمسيات قضيتها في تعديلات الكاشف للعثور على إعدادات الجهد العالي ومكبر الصوت المثلى ، ينتهي الأمر بخطي جيد جدًا و 7.30٪ FWHM٪ على 662 كيلو فولت

بالنسبة لاختبار الكاشف ، استخدمت برنامج BecqMonitor2011 المجاني مع محول صوت 24 بت.

الخطوة 2: عمل MCA المحمول

نظرًا لأنني خططت لاستخدام جهاز الكشف الخاص بي كجهاز محمول ، فقد صنعت محلل متعدد القنوات يمكنه التقاط الإشارة وحفظ الأطياف في عربة uSD بتنسيق CSV.

لقد استخدمت حاوية MHH-95A وأنشأت تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ MCA الخاص بي الذي يناسب هذا العلبة. يحتوي MCA على معالج دقيق PIC18 8 بت مع قنوات 10 بت ADC 1024.

تعرض شاشة 128 × 64 معلومات جزئية فقط عن الأطياف. يتم حفظ بيانات 1024 سلة كاملة في عربة SD ويمكن فتحها لاحقًا بواسطة BecqMonitor2011.

إلكترونيات MCA مدعومة ببطاريات 2xAA. يحتوي على زرين للتحكم في البرنامج وزر واحد للتشغيل / الإيقاف.

الخطوة الثالثة: النتائج

يمكن للإعداد الكامل اكتشاف طاقة جاما في نطاق 20 كيلو فولت - 3000 كيلو فولت ، ولديها خطي جيد و ~ 7.30٪ FWHM٪ عند 662 كيلو فولت.

الأطياف الأولى هي ساعة واحدة من المقياس اللوغاريتمي Cs-137. يمكنك أيضًا رؤية Ka-40 عند 1460 كيلو فولت

الأطياف الثانية هي ساعة راديوم عتيقة من طراز Ra-226 بمقياس خطي لمدة 30 دقيقة

الأطياف الثالثة هي سجل راديوم عتيق راديوم 226. مقياس 30 دقيقة

الأطياف الرابعة هي ثوراتيد فانوس عباءة Th-232 سجل. مقياس 30 دقيقة

آمل أن يكون هذا المقال مصدر إلهام للبناء القادم!

الخطوة 4: الاستنتاجات والتكلفة

المشروع ليس رخيصا. ليس لدي ملخص دقيق للتكلفة لكل جزء استخدمته في هذا المشروع ، ولكن الأغلى هي:

1. الكريستال NaI (TL). لقد اشتريت هذه العينة الجديدة بحوالي 200 دولار. إنه غالي الثمن في الغالب لأنه يحتوي على دقة مضمونة ويتم تصنيعه في الوقت الحاضر. تعتبر بلورات المخزون القديمة مشكلة في تجربتي.

2. R9420 أنبوب مضاعف ضوئي. 60 دولارًا أنبوب PMT الذي استخدمته ليس جديدًا ، ولكنه في حالة جيدة من مورد موثوق.

3. تصنيع الضميمة. حتى أنني أفعل ذلك بنفسي فقد كلفني ذلك وأحتاج إلى الكثير من الوقت. المواد بكميات صغيرة أشتريها غالية الثمن ، على سبيل المثال الأنبوب وقضيب الألمنيوم والبلاستيك يمكن أن يكلفك حوالي 100 دولار بما في ذلك الشحن ، وتحتاج أيضًا إلى إضافة تكاليف المعالجة على الأدوات والإدخالات وما إلى ذلك.

4. نماذج الإلكترونيات وتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. التكلفة مرتفعة - $$$$ ، حتى أنني لا أستطيع حساب إجمالي الساعات والأيام والأشهر التي قضيتها في هذا الموضوع. بالإضافة إلى ذلك ، أحاول تجنب المكونات الإلكترونية منخفضة التكلفة من موقع ebay-ali. كتب برنامج المعالجات الدقيقة MCA بواسطتي أيضًا. لقد استغرق الأمر الكثير من الموارد والوقت ، بصفتي صانعًا وطالب يعمل لحسابه الخاص ، اخترت عدم مشاركة ملفات المصدر الخاصة بي لأنه لن يغطي تكاليفي أبدًا ، آسف. ولكن إذا كنت مبدعًا ومنفتحًا على التعاون ، يمكنك أن تكتب لي اقتراحًا للتعاون في مجال الأعمال.

5. جميع الأجزاء الأخرى مثل الكابلات ، والرافعات ، والبطاريات ، والمواد ، والمواد اللاصقة ، والأشرطة وغيرها تبلغ قيمتها حوالي 100 دولار ، نعم ، الأشياء الصغيرة تحدث فرقًا هنا …

الاستنتاجات: في رأيي المشروع له أداء رائع. يمكنني تحليل الطعام والفطر والتوت والعثور على بنات الرادون في مياه الأمطار واختبار المواد الخرسانية أو المعادن للنظائر المشعة في نطاق طاقة جاما 20 كيلو فولت - 3000 كيلو فولت. حتى مع التكلفة العالية كمشروع DIY ، فإنه لا يزال رخيصًا جدًا إذا قارنته بمقاييس طيف غاما الاحترافية من الدرجة المختبرية. يمكن اكتشاف نظائر جاما الأكثر شيوعًا وخطورة بسهولة بواسطة الجهاز.