Multi Channel Analyzer MCA Dengan Gamma Spectroscopy NaI(Tl) Detector: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Hai, Selamat datang untuk semua yang tertarik dengan hobi Spektroskopi Gamma. Dalam artikel singkat ini saya hanya ingin berbagi proses log kerja saya membuat detektor Spektroskopi Gamma DIY buatan sendiri dengan MCA. Ini bukan panduan, saya hanya membagikan foto prosesnya.

Ketika saya memulai proyek, saya memutuskan untuk membuat perangkat yang dioperasikan dengan baterai portabel dengan linearitas yang baik dan resolusi FWHM% kurang dari 8%. Sirkuit ini mengembangkan tegangan tinggi untuk tabung photomultiplier, memiliki elektronik analog untuk memproses bentuk pulsa dan memiliki elektronik digital untuk menghitung pulsa dan menganalisis spektrum.

Langkah 1: Membuat Detektor NaI(Tl)

Detektor dibuat dengan tabung photomultiplier Hamamtsu R9420 dan kristal kilau NaI(Tl) 30x40mm. Kristal secara optik digabungkan ke jendela tabung foto-katoda. Tabung ditutupi dengan beberapa lapisan pita listrik untuk mencegah foton cahaya eksternal masuk ke foto-katoda. Ketika sinar gamma mengenai kristal itu menghasilkan kilatan cahaya mikro yang dimaksudkan untuk dideteksi oleh tabung PMT. Intensitas kilatan cahaya terdiri dari informasi tentang energi sinar gamma.

Untuk menggerakkan tabung PMT kita membutuhkan tegangan tinggi. Saya membuat konverter step-up 5V ke 1000V miniatur dan stabil. Ketika Anda berurusan dengan spektroskopi gamma, Anda memerlukan tegangan tinggi yang diatur secara ketat dengan kompensasi suhu yang baik dan stabilitas jangka panjang. Komponen elektronik modern memungkinkan untuk membuat desain ini.

Pengemudi juga termasuk pembagi tegangan untuk dinoda dan penguat sensitif muatan pemrosesan pulsa yang dipasang langsung pada kabel anoda. Desain ringkas ini memiliki sinyal noise rendah dan membantu menghindari loop ground.

Kandang dibuat dengan tabung aluminium pada mesin bubut rumah. Saya bukan profesional CNC, semuanya dilakukan dengan pekerjaan manual.

Di bawah penutup (tidak ditampilkan pada foto) saya memasang papan kecil tambahan dengan baterai LiPO, pengisi daya dan indikator LED. Detektor menyala secara otomatis ketika kabel terhubung. Pengisian baterai dapat dilakukan dengan kabel yang sama dan adaptor 5V apa pun.

Anda dapat melihat layar lingkup bentuk pulsa khas dari detektor. Apa adanya, ini dapat digunakan dengan perangkat lunak MCA berbasis komputer apa pun, misalnya PRA, Theremino, atau BecqMonitor2011. Perangkat lunak ini menggunakan kereta audio untuk menganalisis sinyal.

Setelah 2 atau 3 malam saya habiskan untuk penyesuaian detektor untuk menemukan tegangan tinggi yang optimal dan pengaturan amplifier, ini berakhir dengan linearitas yang cukup baik dan ~7,30% FWHM% pada 662keV

Untuk tes detektor saya menggunakan freeware BecqMonitor2011 dengan adaptor audio 24bit.

Langkah 2: Membuat MCA Portabel

Karena saya berencana menggunakan detektor saya sebagai perangkat portabel, saya membuat Multi Channel Analyzer yang dapat menangkap sinyal dan menyimpan spektrum ke keranjang usD dalam format CSV.

Saya menggunakan enklosur MHH-95A dan membuat desain PCB dari MCA saya yang sesuai dengan enklosur ini. MCA memiliki mikroprosesor PIC18 8-bit dengan saluran ADC 1024 10-bit.

Tampilan 128x64 hanya menampilkan sebagian informasi spektrum. Data 1024 tempat sampah penuh disimpan ke keranjang SD dan dapat dibuka nanti oleh BecqMonitor2011.

Elektronik MCA ditenagai oleh baterai 2xAA. Ini memiliki 2 tombol untuk mengontrol perangkat lunak dan satu tombol untuk On/Off.

Langkah 3: Hasil

Seluruh pengaturan dapat mendeteksi energi gamma dalam kisaran 20keV-3000keV, memiliki linearitas yang baik dan ~7,30% FWHM% pada 662keV.

Spektrum pertama adalah 1 jam Cs-137 log.scale. Anda juga dapat melihat Ka-40 pada 1460keV

Spektrum kedua adalah jam tangan radium antik Ra-226 skala linier 30 menit

Spektrum ketiga adalah jam tangan radium antik Ra-226 log. skala 30 menit

Spektrum keempat adalah mantel lentera thoriated Th-232 log. skala 30 menit

Semoga artikel ini dapat memberikan inspirasi untuk membangun Anda selanjutnya!

Langkah 4: Kesimpulan dan Biaya

Proyek ini TIDAK murah. Saya tidak memiliki ringkasan biaya yang tepat untuk setiap bagian yang saya gunakan dalam proyek ini, tetapi yang paling mahal adalah:

1. Kristal NaI(Tl). Saya membeli sampel ini baru dengan harga sekitar $200. Itu mahal terutama karena memiliki resolusi yang terjamin dan diproduksi di saat ini. Kristal stok lama bermasalah dalam pengalaman saya.

2. Tabung Photomultiplier R9420. $60 Tabung PMT yang saya gunakan bukanlah barang baru, tetapi dalam kondisi baik dari pemasok terpercaya.

3. Pembuatan kandang. Bahkan jika saya melakukannya sendiri, itu membutuhkan banyak biaya dan waktu. Bahan dalam jumlah kecil yang saya beli mahal, misalnya tabung, batang aluminium dan plastik dapat dikenakan biaya sekitar $ 100 termasuk pengiriman, Anda juga perlu menambahkan biaya pemesinan pada alat, sisipan, dll.

4. Pembuatan prototipe elektronik dan pembuatan PCB. Biayanya tinggi - $$$$, saya bahkan tidak dapat menghitung total jam, hari, dan bulan yang saya habiskan untuk subjek ini. Selain itu saya mencoba untuk menghindari komponen elektronik ebay-ali murah. Perangkat lunak mikroprosesor MCA juga saya tulis. Butuh terlalu banyak sumber daya dan waktu bagi saya, sebagai pembuat wiraswasta dan pelajar, saya memilih untuk tidak membagikan file sumber saya karena itu tidak akan pernah menutupi biaya saya, maaf. Tetapi jika Anda kreatif dan terbuka untuk kerjasama, Anda dapat menulis proposal kerjasama bisnis kepada saya.

5. Semua bagian lain di sekitar seperti kabel, jack, baterai, bahan, lem, kaset, dan lain-lain sekitar $100, ya, hal-hal kecil membuat perbedaan di sini…

Kesimpulan: Menurut pendapat saya, proyek ini memiliki kinerja yang luar biasa. Saya dapat menganalisis makanan, jamur, buah beri, menemukan putri radon dalam air hujan, menguji bahan beton atau mineral untuk isotop radioaktif dalam kisaran energi gamma 20keV-3000keV. Bahkan dengan semua biaya tinggi sebagai proyek DIY, masih sangat murah jika Anda membandingkannya dengan spektrometer gamma kelas laboratorium profesional. Isotop gamma yang paling umum dan berbahaya dapat dengan mudah dideteksi oleh perangkat.