Tabla de contenido:
- Paso 1: Fabricación del detector de NaI (Tl)
- Paso 2: hacer un MCA portátil
- Paso 3: resultados
- Paso 4: Conclusiones y costo
- Paso 5: Vídeos del proyecto
Video: Analizador multicanal MCA con detector de espectroscopia gamma NaI (Tl): 5 pasos
2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43
Hola, Bienvenidos a todos los interesados en la espectroscopia gamma de afición. En este breve artículo, solo quiero compartir mi proceso de registro de trabajo para crear un detector de espectroscopía gamma casera con MCA. No es una guía, solo comparto fotos del proceso.
Cuando comencé el proyecto, decidí hacer un dispositivo portátil a batería con buena linealidad y una resolución de FWHM% inferior al 8%. El circuito genera alto voltaje para un tubo fotomultiplicador, tiene electrónica analógica para procesar la forma de pulso y tiene electrónica digital para contar pulsos y analizar espectros.
Paso 1: Fabricación del detector de NaI (Tl)
El detector está construido con un tubo fotomultiplicador Hamamtsu R9420 y un cristal de centelleo de NaI (Tl) de 30x40 mm. El cristal está acoplado ópticamente a la ventana del fotocátodo del tubo. El tubo está cubierto con varias capas de cinta aislante para evitar que los fotones de luz externos entren en el fotocátodo. Cuando un rayo gamma incide en el cristal, produce un micro destello de luz que pretende ser detectado por el tubo PMT. La intensidad del destello de luz consiste en información sobre la energía del rayo gamma.
Para impulsar el tubo PMT necesitamos alto voltaje. Creé un convertidor elevador de 5V a 1000V en miniatura y estabilizado. Cuando se trata de espectroscopia gamma, necesita un alto voltaje estrictamente regulado con una buena compensación de temperatura y estabilidad a largo plazo. Los componentes electrónicos modernos permiten crear este diseño.
El controlador también incluye un divisor de voltaje para dinodos y un amplificador sensible a la carga de procesamiento de pulsos instalado directamente en el cable del ánodo. Este diseño compacto tiene una señal de bajo ruido y ayuda a evitar bucles de tierra.
El recinto realizado con tubo de aluminio en máquina de torno doméstica. No soy CNC profesional, todo se hace con trabajo manual.
Debajo de la cubierta (no se muestra en las fotos) instalé una placa pequeña adicional con batería LiPO, cargador e indicador LED. El detector se enciende automáticamente cuando se conecta el cable. La carga de la batería se puede realizar con el mismo cable y cualquier adaptador de 5V.
Puede ver la pantalla del osciloscopio con forma de pulso típica desde el detector. Tal como está, se puede usar con cualquier software de MCA basado en computadora, por ejemplo, PRA, Theremino o BecqMonitor2011. Este software utiliza un carrito de audio para analizar la señal.
Después de 2 o 3 noches que pasé en los ajustes del detector para encontrar la configuración óptima de alto voltaje y amplificador, termina con una linealidad bastante buena y ~ 7.30% FWHM% en 662keV
Para la prueba del detector utilicé el software gratuito BecqMonitor2011 con adaptador de audio de 24 bits.
Paso 2: hacer un MCA portátil
Debido a que planeaba usar mi detector como un dispositivo portátil, creé un analizador multicanal que puede capturar señales y guardar espectros en un carrito uSD en formato CSV.
Usé un gabinete MHH-95A y creé un diseño de PCB de mi MCA que se ajustaba a este gabinete. El MCA tiene un microprocesador PIC18 de 8 bits con canales ADC 1024 de 10 bits.
La pantalla de 128x64 muestra solo información parcial de los espectros. Los datos completos de 1024 contenedores se guardan en el carrito SD y BecqMonitor2011 puede abrirlos más tarde.
La electrónica MCA funciona con baterías 2xAA. Tiene 2 botones para controlar el software y un botón para encendido / apagado.
Paso 3: resultados
Toda la configuración puede detectar energía gamma en el rango de 20keV-3000keV, tiene una buena linealidad y ~ 7.30% FWHM% a 662keV.
El primer espectro es de 1 hora de escala logarítmica de Cs-137. También puede ver Ka-40 a 1460keV
El segundo espectro es un reloj de radio antiguo Ra-226 escala lineal 30 minutos
El tercer espectro es el registro antiguo del reloj de radio Ra-226. escala 30 minutos
El cuarto espectro es el registro Th-232 del manto de linterna toriado. escala 30 minutos
¡Espero que este artículo te sirva de inspiración para tu próxima construcción!
Paso 4: Conclusiones y costo
El proyecto NO es barato. No tengo un resumen de costos exacto para cada pieza que utilicé en este proyecto, pero las más caras son:
1. Cristal de NaI (Tl). Compré esta muestra nueva por alrededor de $ 200. Es caro sobre todo porque tiene una resolución garantizada y se fabrica en la actualidad. En mi experiencia, los cristales antiguos son problemáticos.
2. Tubo fotomultiplicador R9420. $ 60 El tubo PMT que utilicé no es nuevo, pero está en buenas condiciones por parte de un proveedor de confianza.
3. Fabricación de cerramientos. Incluso yo lo hago solo, ha costado y necesito mucho tiempo. Los materiales que compro en pequeñas cantidades son costosos, por ejemplo, el tubo, la varilla de aluminio y el plástico pueden costarle alrededor de $ 100, incluido el envío, también debe agregar costos de mecanizado en herramientas, insertos, etc.
4. Prototipos electrónicos y fabricación de PCB. El costo es alto - $$$$, ni siquiera puedo contar el total de horas, días y meses que dediqué a este tema. Además, trato de evitar los componentes electrónicos de bajo costo de ebay-ali. El software del microprocesador MCA también lo escribí yo. Me tomó demasiados recursos y tiempo, como fabricante y estudiante autónomo, elijo no compartir mis archivos de origen porque nunca cubrirá mis costos, lo siento. Pero si es creativo y está abierto a la cooperación, puede escribirme una propuesta de cooperación empresarial.
5. Todas las demás partes como cables, conectores, baterías, materiales, pegamentos, cintas, etc. cuestan alrededor de $ 100, sí, las pequeñas cosas hacen la diferencia aquí …
Las conclusiones: En mi opinión el proyecto tiene un gran desempeño. Puedo analizar alimentos, hongos, bayas, encontrar hijas de radón en el agua de lluvia, probar materiales de hormigón o minerales en busca de isótopos radiactivos en el rango de energía gamma 20keV-3000keV. Incluso con el alto costo de un proyecto de bricolaje, sigue siendo muy barato si lo compara con los espectrómetros gamma profesionales de laboratorio. El dispositivo puede detectar fácilmente los isótopos gamma más comunes y peligrosos.
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