كاشف الإشعاع المحمول: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

هذا برنامج تعليمي لتصميم وبناء واختبار كاشف إشعاع السيليكون المحمول الخاص بك والمناسب لنطاق الكشف 5keV-10MeV لتحديد أشعة جاما منخفضة الطاقة بدقة من مصادر مشعة! انتبه إذا كنت لا تريد أن تصبح زومبيًا نشطًا إشعاعيًا: فليس من الآمن التواجد حول مصادر عالية الإشعاع ، ويجب عدم استخدام هذا الجهاز كطريقة موثوقة لاكتشاف الإشعاع الضار المحتمل.

لنبدأ بمعلومات أساسية قليلة عن الكاشف قبل أن نبدأ في بنائه. أعلاه هو مقطع فيديو رائع من فيريتاسيم يشرح ماهية الإشعاع ومن أين يأتي.

الخطوة 1: أولاً ، الكثير من الفيزياء

(مفتاح الرسم: الإشعاع المؤين يشكل أزواج ثقوب إلكترونية في المنطقة الجوهرية مما ينتج عنه نبضة شحنة.)

غرف الشرر ، وكاشفات جايجر وأنبوب مضاعف الصور … كل هذه الأنواع من أجهزة الكشف إما مرهقة أو باهظة الثمن أو تستخدم جهدًا عاليًا للعمل. هناك عدد قليل من أنواع أنابيب جيجر الصديقة للصانع ، مثل https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 و https://www.adafruit.com/product / 483. الطرق الأخرى للكشف عن الإشعاع هي أجهزة الكشف عن الحالة الصلبة (مثل كاشفات الجرمانيوم). ومع ذلك ، فإن إنتاجها باهظ الثمن وتتطلب معدات متخصصة (فكر في تبريد النيتروجين السائل!). على العكس من ذلك ، فإن أجهزة الكشف عن الحالة الصلبة فعالة للغاية من حيث التكلفة. تستخدم على نطاق واسع وتلعب دورًا أساسيًا في فيزياء الجسيمات عالية الطاقة والفيزياء الطبية والفيزياء الفلكية.

هنا ، نبني كاشفًا محمولًا للإشعاع ذي الحالة الصلبة قادرًا على قياس واكتشاف أشعة غاما منخفضة الطاقة القادمة من المصادر المشعة. يتكون الجهاز من مجموعة من ثنائيات PiN السليكونية ذات المساحة السطحية الكبيرة المنحازة عكسيًا ، والتي يتم إخراجها إلى مضخم مسبق للشحن ومضخم تفاضل ومميز ومقارن. يتم تحويل إخراج جميع المراحل المتتالية إلى إشارات رقمية للتحليل. سنبدأ بوصف مبادئ كاشفات جسيمات السيليكون وثنائيات PiN والانحياز العكسي والمعلمات الأخرى ذات الصلة. سنشرح بعد ذلك التحقيقات المختلفة التي أجريت والاختيارات التي تم اتخاذها. في النهاية ، سنقدم النموذج الأولي والاختبار.

أجهزة كشف الحالة الصلبة

في العديد من تطبيقات الكشف عن الإشعاع ، يكون لاستخدام وسيط الكشف الصلب ميزة كبيرة (تسمى بدلاً من ذلك كاشفات الصمام الثنائي أشباه الموصلات أو كاشفات الحالة الصلبة). ثنائيات السيليكون هي أجهزة الكشف المختارة لعدد كبير من التطبيقات ، خاصةً عند وجود جسيمات مشحونة ثقيلة. إذا لم يكن قياس الطاقة مطلوبًا ، فإن خصائص التوقيت الممتازة لكاشفات الصمام الثنائي السليكوني تسمح بإحصاء وتتبع دقيق للجسيمات المشحونة.

لقياس الإلكترونات عالية الطاقة أو أشعة جاما ، يمكن إبقاء أبعاد الكاشف أصغر بكثير من البدائل. يؤدي استخدام مواد أشباه الموصلات ككاشفات إشعاع أيضًا إلى عدد أكبر من الموجات الحاملة لحدث إشعاع عارض معين ، وبالتالي حد إحصائي أقل لاستبانة الطاقة مما هو ممكن مع أنواع الكاشفات الأخرى. وبالتالي ، فإن أفضل دقة للطاقة يمكن تحقيقها اليوم تتحقق من خلال استخدام مثل هذه الكواشف.

حاملات المعلومات الأساسية هي أزواج ثقوب إلكترونية تم إنشاؤها على طول المسار الذي يسلكه الجسيم المشحون عبر الكاشف (انظر الشكل أعلاه). من خلال جمع أزواج ثقب الإلكترون هذه ، المقاسة كرسوم شحن على أقطاب المستشعر ، تتشكل إشارة الكشف ، وتنتقل إلى مراحل التضخيم والتمييز. الميزات الإضافية المرغوبة لكاشفات الحالة الصلبة هي الحجم الصغير ، وخصائص التوقيت السريع نسبيًا ، والسمك الفعال (*). كما هو الحال مع أي كاشف ، هناك عيوب ، بما في ذلك القيود على الأحجام الصغيرة والإمكانية النسبية لهذه الأجهزة للخضوع لتدهور الأداء من التلف الناجم عن الإشعاع.

(*: تعمل المستشعرات الرقيقة على تقليل التشتت المتعدد ، بينما تولد المستشعرات السميكة مزيدًا من الشحنات عندما يجتاز الجسيم الركيزة.)

الثنائيات P − i − N:

ينتج كل نوع من أنواع أجهزة الكشف الإشعاعي ناتجًا مميزًا بعد التفاعل مع الإشعاع. تتميز تفاعلات الجسيمات مع المادة بثلاثة تأثيرات:

1. التأثير الكهروضوئي
2. نثر كومبتون
3. انتاج زوجي.

المبدأ الأساسي لكاشف السيليكون المستوي هو استخدام تقاطع PN حيث تتفاعل الجسيمات عبر هذه الظواهر الثلاث. يتكون أبسط مستشعر السيليكون المستوي من ركيزة مخدرة P وزرع N في جانب واحد. يتم إنشاء أزواج ثقب الإلكترون على طول مسار الجسيمات. في منطقة تقاطع PN ، توجد منطقة خالية من ناقلات الشحن تسمى منطقة النضوب. يتم فصل أزواج الثقوب الإلكترونية التي تم إنشاؤها في هذه المنطقة بواسطة مجال كهربائي محيط. لذلك ، يمكن قياس حاملات الشحنة على الجانب N أو P من مادة السيليكون. من خلال تطبيق جهد التحيز العكسي على الصمام الثنائي الوصلة PN ، تنمو المنطقة المستنفدة ويمكن أن تغطي ركيزة المستشعر بالكامل. يمكنك قراءة المزيد حول هذا هنا: Pin Junction Wikipedia Article.

يحتوي الصمام الثنائي PiN على منطقة i جوهرية ، بين تقاطعي P و N ، مغمورة بحاملات الشحن من منطقتي P و N. تعني هذه المنطقة الجوهرية الواسعة أيضًا أن الصمام الثنائي لديه سعة منخفضة عندما يكون متحيزًا عكسيًا. في الصمام الثنائي PiN ، توجد منطقة النضوب بالكامل تقريبًا داخل المنطقة الجوهرية. منطقة النضوب هذه أكبر بكثير مما هي عليه مع الصمام الثنائي PN العادي. هذا يزيد من الحجم حيث يمكن توليد أزواج ثقب الإلكترون بواسطة الفوتون الساقط. إذا تم تطبيق مجال كهربائي على مادة أشباه الموصلات ، فإن كل من الإلكترونات والثقوب تخضع للهجرة. يكون الصمام الثنائي PiN متحيزًا عكسيًا بحيث يتم استنفاد الطبقة i بأكملها من الموجات الحاملة المجانية. يخلق هذا التحيز العكسي مجالًا كهربائيًا عبر طبقة i بحيث تنجرف الإلكترونات إلى الطبقة P والثقوب إلى الطبقة N (* 4).

يشكل تدفق الموجات الحاملة استجابةً لنبضة إشعاع نبضة التيار المقاسة. لتعظيم هذا التيار ، يجب أن تكون منطقة i كبيرة قدر الإمكان. خصائص التقاطع تجعله يوجه القليل جدًا من التيار عندما يكون متحيزًا في الاتجاه العكسي. يصبح الجانب P من التقاطع سالبًا فيما يتعلق بالجانب N ، ويتم تعزيز فرق الجهد الطبيعي من جانب واحد من التقاطع إلى الجانب الآخر. في ظل هذه الظروف ، فإن ناقلات الأقلية هي التي تنجذب عبر التقاطع ، ولأن تركيزها منخفض نسبيًا ، فإن التيار العكسي عبر الصمام الثنائي يكون صغيرًا جدًا. عندما يتم تطبيق انحياز عكسي على التقاطع ، يظهر كل الجهد المطبق تقريبًا عبر منطقة النضوب ، لأن مقاومته أعلى بكثير من تلك الموجودة في المواد العادية من النوع N أو P. في الواقع ، يبرز التحيز العكسي فرق الجهد عبر التقاطع. يتم أيضًا زيادة سمك منطقة النضوب ، مما يؤدي إلى توسيع الحجم الذي يتم فيه جمع حاملات الشحنة الناتجة عن الإشعاع. بمجرد أن يكون المجال الكهربائي مرتفعًا بدرجة كافية ، تكتمل مجموعة الشحنة ، ولن يتغير ارتفاع النبضة مع زيادة أخرى في جهد انحياز الكاشف.

(* ١: الإلكترونات في الحالة المقيدة للذرة يتم إقصاؤها بواسطة الفوتونات عندما تكون طاقة الجسيمات الساقطة أعلى من طاقة الارتباط. ونقل بعض الطاقة إلى الإلكترون. ؛ * 3: إنتاج جسيم أولي وجسيم مضاد له. ؛ * 4: يتم رسم الإلكترونات في الاتجاه المعاكس لمتجه المجال الكهربائي ، بينما تتحرك الثقوب في نفس الاتجاه الاتجاه مثل المجال الكهربائي.)

الخطوة الثانية: الاستكشاف

هذا هو الإصدار الأولي من "الكاشف" الذي قمنا ببنائه وتصحيحه واختباره. إنها مصفوفة تتكون من أجهزة استشعار متعددة بها مستشعر إشعاع بنمط "CCD". كما ذكرنا سابقًا ، فإن جميع أشباه الموصلات السيليكونية حساسة للإشعاع. اعتمادًا على مدى دقتها ، والمستشعرات المستخدمة ، يمكن للمرء أيضًا الحصول على فكرة تقريبية عن مستوى طاقة الجسيم الذي تسبب في الإصابة.

لقد استخدمنا الثنائيات غير المحمية المعدة بالفعل للاستشعار ، والتي عند انحيازها العكسي (وحمايتها من الضوء المرئي) ، يمكنها تسجيل ضربات من إشعاع بيتا وجاما عن طريق تضخيم الإشارات الصغيرة وقراءة بيانات الإخراج باستخدام متحكم دقيق. ومع ذلك ، نادرًا ما يمكن اكتشاف إشعاع ألفا لأنه لا يمكنه اختراق النسيج الرقيق أو الواقي البوليمر. مرفق فيديو رائع من Veritasium يشرح الأنواع المختلفة للإشعاع (Alpha و Beta و Gamma).

استخدمت التكرارات الأولية للتصميم مستشعرًا مختلفًا (ثنائي ضوئي BPW-34 ؛ مستشعر مشهور إذا بحثت عن مكان آخر). حتى أن هناك عددًا قليلاً من التعليمات ذات الصلة التي تستخدمها لغرض اكتشاف الإشعاع مثل هذا ممتاز: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. ومع ذلك ، نظرًا لأنه يحتوي على بعض الأخطاء ولم يكن يعمل على النحو الأمثل ، فقد قررنا حذف تفاصيل هذا النموذج الأولي من Instructables لتجنب قيام الصناع ببناء كاشف مليء بالعيوب. ومع ذلك ، قمنا بإرفاق ملفات التصميم والتخطيطي في حالة اهتمام شخص ما.

الخطوة الثالثة: التصميم

(أساطير الصورة: (1) رسم تخطيطي للكاشف: من إنشاء الإشارة إلى الحصول على البيانات. ، (2) مواصفات الثنائي الضوئي X100-7: منطقة نشطة 100 مم ^ 2 ، منطقة مستنفدة 0.9 مم ، طلاء مانع للضوء ، تيار داكن منخفض … كما هو موضح في مخطط احتمالية الامتصاص ، تمتص ثنائيات PiN بسهولة طاقة أشعة جاما ، (3) ملاحظة تطبيق الشركة المصنعة التي أكدت مفهوم التصميم وساعدت في اختيار قيم المكونات الأولية.

لقد استقرنا على مستشعر مساحة أكبر ، وهو X100−7 من First Sensor. لأغراض الاختبار والنمطية ، قمنا بتصميم ثلاثة أجزاء مختلفة ، مكدسة فوق بعضها البعض: أجهزة الاستشعار والتضخيم (مضخم منخفض الضوضاء + مضخم تشكيل النبض) ، أدوات التمييز والمقارنة ، تنظيم DC / DC ، و DAQ (Arduino للحصول على البيانات). تم تجميع كل مرحلة والتحقق من صحتها واختبارها بشكل منفصل كما سترى في الخطوة التالية.

الميزة الرئيسية لكاشفات أشباه الموصلات هي طاقة التأين الصغيرة (E) ، بغض النظر عن الطاقة ونوع الإشعاع الساقط. يسمح هذا التبسيط بحساب عدد من أزواج الثقوب الإلكترونية من حيث طاقة الإشعاع الساقط ، بشرط أن يتم إيقاف الجسيم تمامًا داخل الحجم النشط للكاشف. بالنسبة للسيليكون عند 23 درجة مئوية (*) لدينا E ~ 3.6eV. بافتراض أن كل الطاقة تترسب وباستخدام طاقة التأين ، يمكننا حساب عدد الإلكترونات التي ينتجها مصدر معين. على سبيل المثال ، قد ينتج عن أشعة 60kVgamma من مصدر أميريسيوم − 241 شحنة مودعة تبلغ 0.045 fC / keV. كما هو موضح في مواصفات مواصفات الصمام الثنائي ، يمكن تقريب منطقة النضوب على أنها ثابتة فوق جهد انحياز يبلغ 15 فولت تقريبًا. هذا يحدد النطاق المستهدف لجهدنا المتحيز إلى 12-15 فولت. (*: E تزداد مع انخفاض درجة الحرارة.)

وظائف الوحدات المختلفة للكاشف ومكوناتها والحسابات المرتبطة بها. عند تقييم الكاشف ، كانت الحساسية (* 1) حاسمة. مطلوب مضخم مسبق شحنة حساس للغاية لأن أشعة غاما العارضة قد تولد فقط بضعة آلاف من الإلكترونات في منطقة استنفاد أشباه الموصلات. نظرًا لأننا نقوم بتضخيم نبضة تيار صغيرة ، يجب إيلاء اهتمام خاص لاختيار المكونات والتدريع الدقيق وتخطيط لوحة الدوائر.

(* 1: الحد الأدنى من الطاقة المراد إيداعها في الكاشف لإنتاج إشارة مميزة ، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.)

لاختيار قيم المكونات بشكل صحيح ، أقوم أولاً بتلخيص المتطلبات والمواصفات المطلوبة والقيود:

المستشعرات:

• نطاق كشف ممكن كبير ، 1keV-1MeV
• سعة منخفضة لتقليل الضوضاء ، 20pF-50pF
• تيار تسرب ضئيل تحت التحيز العكسي.

التضخيم والتمييز:

• اشحن المضخمات الحساسة
• مفرق لتشكيل النبض
• المقارنة لنبض الإشارة عندما تكون أعلى من الحد المعين
• مقارن لإخراج الضوضاء عندما يكون ضمن الفاصل الزمني العتبة
• المقارن لمصادفات القناة
• الحد العام لتصفية الأحداث.

وحدة تحكم رقمية وصغيرة:

• محولات رقمية سريعة
• بيانات الإخراج للمعالجة وواجهة المستخدم.

الطاقة والتصفية:

• منظمات الجهد لجميع المراحل
• إمداد عالي الجهد لتوليد طاقة التحيز
• التصفية المناسبة لجميع توزيعات الطاقة.

اخترت المكونات التالية:

• محول DC Boost: LM 2733
• مضخمات الشحن: AD743
• Amps أخرى: LM393 & LM741
• دق / قراءة: اردوينو نانو.

المواصفات الإضافية المفروضة تشمل:

• معدل التشغيل:> 250 كيلو هرتز (84 قناة) ، 50 كيلو هرتز (صدفة)
• القرار: 10 بت ADC
• معدل العينة: 5 كيلو هرتز (8 قنوات)
• الفولتية: 5 فولت اردوينو ، 9 فولت أمبير ، ~ 12 فولت متحيز.

يتم تمثيل الترتيب العام وترتيب المكونات المذكورة أعلاه في شكل مخطط الكتلة. لقد أجرينا الحسابات بقيم المكونات المستخدمة أثناء مرحلة الاختبار (انظر الصورة الثالثة). (*: بعض قيم المكونات ليست هي نفسها التي تم التخطيط لها في البداية ولا هي نفسها الموجودة حاليًا ؛ ومع ذلك توفر هذه الحسابات إطارًا إرشاديًا.)

الخطوة 4: الدوائر

(الشكل التوضيحي: (1) التخطيطي العام للمراحل من 1 إلى 3 لقناة واحدة ، بما في ذلك أساس الصمام الثنائي وفواصل الجهد التي توفر مراجع لكل مرحلة ، والأقسام الفرعية للدائرة.)

دعونا نشرح الآن "تدفق" إشارة الكشف لإحدى القنوات الأربع من إنشائها إلى الاستحواذ الرقمي.

المرحلة 1

تنبع الإشارة الوحيدة ذات الأهمية من الثنائيات الضوئية. هذه المستشعرات منحازة عكسيًا. مصدر التحيز هو مصدر ثابت بجهد 12 فولت يتم تشغيله من خلال مرشح تمرير منخفض للتخلص من أي ضوضاء غير مرغوب فيها أكبر من 1 هرتز. عند تأين منطقة النضوب ، يتم إنشاء نبضة شحن عند دبابيس الصمام الثنائي. يتم التقاط هذه الإشارة من خلال مرحلة التضخيم الأولى لدينا: مضخم الشحن. يمكن تصنيع مضخم الشحن باستخدام أي مضخم تشغيلي ، ولكن المواصفات المنخفضة للضوضاء مهمة جدًا.

المرحلة الثانية

الهدف من هذه المرحلة هو تحويل نبضة الشحن المكتشفة عند المدخل المقلوب ، إلى جهد تيار مستمر عند خرج المرجع أمبير. يتم ترشيح المدخلات غير المقلوبة وضبطها على مقسم جهد عند مستوى معروف ومختار. هذه المرحلة الأولى يصعب ضبطها ، ولكن بعد عدة اختبارات اتفقنا على مكثف تغذية مرتدة يبلغ 2 [pF] ، ومقاوم تغذية رجعي يبلغ 44 [موهم] ، مما ينتج عنه نبضة تبلغ 2 [pF] × 44 [موهم] = 88 [ميكرو ثانية]. مضخم مرشح ممر النطاق النشط المقلوب ، والذي يعمل كمفرق ، يتبع مضخم الشحن. تقوم هذه المرحلة بتصفية وتحويل مستوى التيار المستمر المنبثق من المرحلة السابقة إلى نبضة بكسب 100. يتم فحص إشارة الكاشف الخام عند خرج هذه المرحلة.

المرحلة 3

التالي في الخط هي قنوات الإشارة والضوضاء. يذهب هذان المخرجان مباشرة إلى DAQ وكذلك إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور التناظري. كلاهما يعمل كمقارنات op-amps. الاختلاف الوحيد بين الاثنين هو أن قناة الضوضاء لها جهد أقل عند إدخالها غير المقلوب من قناة الإشارة ، ويتم ترشيح قناة الإشارة أيضًا لإزالة الترددات فوق نبضة الخرج المتوقعة من مرحلة التضخيم الثانية. يعمل جهاز LM741 op-amp كمقارن مقابل عتبة متغيرة لتمييز قناة الإشارة ، مما يتيح للكاشف إرسال أحداث محددة فقط إلى ADC / MCU. المقاوم المتغير على المدخلات غير العاكسة يحدد مستوى الزناد. في هذه المرحلة (عداد الصدفة) ، يتم تغذية الإشارات من كل قناة إلى المرجع أمبير الذي يعمل كدائرة تجميع. يتم تعيين عتبة ثابتة متزامنة مع قناتين نشطتين. مخرجات op-amp عالية إذا قام اثنان أو أكثر من الثنائيات الضوئية بتسجيل نتيجة في وقت واحد.

ملاحظة: لقد ارتكبنا خطأً فادحًا عن طريق وضع محول تصعيد التيار المستمر / التيار المستمر لقوة التحيز بالقرب من أمبير المرجع الحساس للشحن على تضخيم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ربما سنصلح هذا في إصدار لاحق.

الخطوة 5: الجمعية

اللحام ، الكثير من اللحام … لأن المستشعر المختار للكاشف النهائي موجود فقط كمكون لبصمة SMT ، كان علينا تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور (طبقتان). لذلك ، تم أيضًا ترحيل جميع الدوائر المرتبطة إلى لوحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بدلاً من اللوح. تم وضع جميع المكونات التناظرية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور منفصلين ، والمكونات الرقمية على أخرى لتجنب تداخل الضوضاء. كانت هذه أول مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور صنعناها على الإطلاق ، لذا كان علينا الحصول على بعض المساعدة للتخطيط في Eagle. أهم ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو أجهزة الاستشعار والتضخيم. باستخدام راسم الذبذبات الذي يراقب المخرجات في نقاط الاختبار ، يمكن للكاشف أن يعمل فقط مع هذه اللوحة (تجاوز DAQ). لقد وجدت أخطائي وأصلحتها ؛ تضمنت هذه العناصر آثار أقدام خاطئة ، مما أدى إلى انخفاض مستوى الضوضاء التشغيلي الخاص بنا ليتم التنصت عليه بالأسلاك ، ومكونات نهاية العمر التي تم استبدالها بالبدائل. بالإضافة إلى ذلك ، تمت إضافة مرشحين إلى التصميم لمنع اهتزازات الرنين.

الخطوة 6: الضميمة

الهدف من الغلاف المطبوع ثلاثي الأبعاد والورق الرصاصي والرغوة هو: أغراض التركيب ، والعزل الحراري ، وتوفير درع ضد الضوضاء ، ومنع الضوء المحيط ، ومن الواضح لحماية الإلكترونيات. يتم إرفاق ملفات STL للطباعة ثلاثية الأبعاد.

الخطوة 7: قراءة اردوينو

يتكون جزء القراءة (ADC / DAQ) من الكاشف من Arduino Mini (رمز مرفق). يراقب هذا المتحكم الدقيق مخرجات الكاشفات الأربعة وقدرة الإمداد إلى ما بعد (جودة طاقة المسار) ، ثم يخرج جميع البيانات الموجودة على الإخراج التسلسلي (USB) لمزيد من التحليل أو التسجيل.

تم تطوير (مرفق) معالجة تطبيق سطح المكتب لرسم جميع البيانات الواردة.

الخطوة 8: الاختبار

(أساطير الشكل: (1) النبض الناتج لمصدر 60Co (t ~ 760ms) نسبة الإشارة إلى الضوضاء ~ 3: 1. ، (2) حقن مكافئ للشحنة المودعة بواسطة مصدر طاقة ~ 2 MeV. ، (3) حقن يعادل الشحنة المودعة بواسطة مصدر 60Co (~ 1.2 MeV)).

تم إجراء حقن الشحن باستخدام مولد نبض مقترن بمكثف (1pF) في لوحة المستشعر وانتهى على الأرض عبر المقاوم 50Ohm. مكنتني هذه الإجراءات من اختبار داراتي ، وضبط قيم المكونات ومحاكاة استجابات الثنائيات الضوئية عند تعريضها لمصدر نشط. وضعنا كلاً من مصدر أميريسيوم − 241 (60 كيلو فولت) ومصدر حديد − 55 (5.9 كيلوفولت) أمام اثنين من ثنائيات الصور النشطة ، ولم تشاهد أي من القناتين إشارة مميزة. تحققنا من خلال حقن النبض ، وخلصنا إلى أن النبضات من هذه المصادر كانت أقل من عتبة الملاحظة بسبب مستويات الضوضاء. ومع ذلك ، ما زلنا قادرين على رؤية نتائج من مصدر 60Co (1.33 MeV). كان العامل المحدد الرئيسي أثناء الاختبارات هو الضوضاء الكبيرة.كان هناك العديد من مصادر الضوضاء وقليل من التفسيرات لما كان يولدها. وجدنا أن أحد أهم المصادر وأكثرها ضررًا هو وجود الضوضاء قبل مرحلة التضخيم الأولى. بسبب الكسب الهائل ، تم تضخيم هذه الضوضاء ما يقرب من مائة ضعف! ربما ساهم أيضًا ترشيح الطاقة غير المناسب وإعادة حقن ضوضاء جونسون في حلقات التغذية الراجعة لمراحل مكبر الصوت (وهذا من شأنه أن يفسر انخفاض الإشارة إلى نسبة الضوضاء). لم نحقق في اعتماد الضوضاء على التحيز ، لكننا قد ننظر إلى ذلك أكثر في المستقبل.

الخطوة 9: الصورة الأكبر

شاهد الفيديو من فيريتاسيوم حول أكثر الأماكن نشاطًا إشعاعيًا على وجه الأرض!

إذا وصلت إلى هذا الحد واتبعت الخطوات ، فتهانينا! لقد قمت ببناء جهاز لتطبيقات العالم الحقيقي مثل LHC! ربما يجب عليك التفكير في تغيير مهني والذهاب إلى مجال الفيزياء النووية:) بمصطلحات تقنية أكثر ، لقد قمت ببناء كاشف إشعاع الحالة الصلبة يتكون من مصفوفة من الصمامات الثنائية الضوئية والدوائر المرتبطة بها لتحديد موقع الأحداث وتمييزها. يتكون الكاشف من مراحل تضخيم متعددة تقوم بتحويل نبضات الشحن الصغيرة إلى جهد يمكن ملاحظته ثم تمييزها ومقارنتها. يوفر المقارن ، بين القنوات ، أيضًا معلومات تتعلق بالتوزيع المكاني للأحداث المكتشفة. لقد قمت أيضًا بدمج استخدام وحدة تحكم Arduino الصغيرة والبرامج الأساسية لجمع البيانات وتحليلها.

الخطوة 10: المراجع

بالإضافة إلى ملفات PDF الرائعة المرفقة ، إليك بعض المصادر الإعلامية ذات الصلة:

- F. A. Smith، A Primer in Applied Radiation Physics، World Scientific، River Edge، NJ، 2000.

- أول جهاز استشعار ، أول جهاز استشعار PIN PD ورقة بيانات الجزء الوصف X100-7 SMD ، ويب. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- هورويتز ، بول وهيل ، وينفيلد ، فن الإلكترونيات. مطبعة جامعة كامبريدج ، 1989.

- سي ثيل ، مقدمة في أجهزة كشف الإشعاع بأشباه الموصلات ، ويب. physics.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- ليندون إيفانز ، مصادم هادرون الكبير: أعجوبة التكنولوجيا ، إد. مطبعة EPFL ، 2009.