गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ मल्टी चैनल विश्लेषक एमसीए NaI (Tl) डिटेक्टर: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

नमस्ते, गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी के शौक में रुचि रखने वाले सभी लोगों का स्वागत है। इस संक्षिप्त लेख में मैं एमसीए के साथ होममेड DIY गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी डिटेक्टर बनाने की अपनी कार्य-लॉग प्रक्रिया को साझा करना चाहता हूं। यह कोई मार्गदर्शक नहीं है, मैं केवल प्रक्रिया की तस्वीरें साझा करता हूं।

जब मैंने प्रोजेक्ट शुरू किया, तो मैंने अच्छी रैखिकता और 8% से कम एफडब्ल्यूएचएम% रिज़ॉल्यूशन के साथ पोर्टेबल बैटरी संचालित डिवाइस बनाने का फैसला किया। सर्किट एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब के लिए उच्च वोल्टेज विकसित करता है, इसमें पल्स आकार को संसाधित करने के लिए एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स होते हैं और इसमें दालों को गिनने और स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करने के लिए डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स होते हैं।

चरण 1: NaI (Tl) डिटेक्टर बनाना

डिटेक्टर R9420 Hamamtsu फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब और 30x40mm NaI (Tl) जगमगाहट क्रिस्टल के साथ निर्मित होता है। क्रिस्टल को ऑप्टिकल रूप से ट्यूब फोटो-कैथोड विंडो से जोड़ा जाता है। किसी भी बाहरी प्रकाश फोटॉन को फोटो-कैथोड में प्रवेश करने से रोकने के लिए ट्यूब को विद्युत टेप की कई परतों से ढक दिया जाता है। जब एक गामा किरण क्रिस्टल से टकराती है तो यह सूक्ष्म प्रकाश फ्लैश उत्पन्न करती है जिसका उद्देश्य पीएमटी ट्यूब द्वारा पता लगाया जाना है। प्रकाश फ्लैश की तीव्रता में गामा किरण की ऊर्जा के बारे में जानकारी होती है।

पीएमटी ट्यूब को चलाने के लिए हमें हाई वोल्टेज की जरूरत होती है। मैंने लघु और स्थिर स्टेप-अप 5V से 1000V कनवर्टर बनाया। जब आप गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी से निपटते हैं तो आपको अच्छे तापमान मुआवजे और दीर्घकालिक स्थिरता के साथ कड़ाई से विनियमित उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है। आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक घटक इस डिज़ाइन को बनाने की अनुमति देते हैं।

ड्राइवर में डायनोड्स के लिए वोल्टेज डिवाइडर और एनोड वायर पर सीधे स्थापित पल्स-प्रोसेसिंग चार्ज सेंसिटिव एम्पलीफायर भी शामिल है। इस कॉम्पैक्ट डिज़ाइन में कम शोर संकेत है और ग्राउंड लूप से बचने में मदद करता है।

होम लेथ मशीन पर एल्युमिनियम ट्यूब से बना एनक्लोजर। मैं पेशेवर सीएनसी नहीं हूं, सब कुछ मैनुअल काम से किया जाता है।

कवर के नीचे (तस्वीरों में नहीं दिखाया गया है) मैंने लीपो बैटरी, चार्जर और एलईडी संकेतक के साथ अतिरिक्त छोटा बोर्ड स्थापित किया है। केबल कनेक्ट होने पर डिटेक्टर अपने आप चालू हो जाता है। बैटरी को एक ही केबल और किसी भी 5V अडैप्टर से चार्ज किया जा सकता है।

आप डिटेक्टर से विशिष्ट पल्स शेप स्कोप स्क्रीन देख सकते हैं। जैसा कि, इसका उपयोग किसी भी कंप्यूटर आधारित MCA सॉफ़्टवेयर के साथ किया जा सकता है, उदाहरण के लिए PRA, Theremino या BecqMonitor2011। ये सॉफ्टवेयर सिग्नल का विश्लेषण करने के लिए ऑडियो कार्ट का उपयोग करते हैं।

2 या 3 शामों के बाद मैंने इष्टतम उच्च वोल्टेज और एम्पलीफायर सेटिंग्स को खोजने के लिए डिटेक्टर समायोजन पर खर्च किया, यह बहुत अच्छी रैखिकता और ~ 7.30% FWHM% 662keV पर समाप्त होता है

डिटेक्टर परीक्षण के लिए मैंने 24 बिट ऑडियो एडेप्टर के साथ फ्रीवेयर BecqMonitor2011 का उपयोग किया।

चरण 2: पोर्टेबल एमसीए बनाना

क्योंकि मैंने अपने डिटेक्टर को पोर्टेबल डिवाइस के रूप में उपयोग करने की योजना बनाई थी, इसलिए मैंने मल्टी चैनल एनालाइज़र बनाया जो सिग्नल को कैप्चर कर सकता है और सीएसवी प्रारूप में यूएसडी कार्ट में स्पेक्ट्रा को सहेज सकता है।

मैंने MHH-95A संलग्नक का उपयोग किया और अपने MCA का PCB डिज़ाइन बनाया जो इस बाड़े में फिट बैठता है। MCA में 8-बिट PIC18 माइक्रोप्रोसेसर है जिसमें 10-बिट ADC 1024 चैनल हैं।

128x64 डिस्प्ले स्पेक्ट्रा की केवल आंशिक जानकारी दिखाता है। पूर्ण 1024 बिन डेटा एसडी कार्ट में सहेजा जाता है और बाद में BecqMonitor2011 द्वारा खोला जा सकता है।

एमसीए इलेक्ट्रॉनिक्स 2xAA बैटरी द्वारा संचालित। इसमें सॉफ्टवेयर को नियंत्रित करने के लिए 2 बटन और ऑन/ऑफ के लिए एक बटन है।

चरण 3: परिणाम

पूरा सेटअप 20keV-3000keV की सीमा में गामा ऊर्जा का पता लगा सकता है, इसमें अच्छी रैखिकता और 662keV पर ~7.30% FWHM% है।

पहला स्पेक्ट्रा Cs-137 log.scale का 1 घंटा है। आप Ka-40 को 1460keV पर भी देख सकते हैं

दूसरा स्पेक्ट्रा है एंटीक रेडियम वॉच रा-226 लीनियर स्केल 30 मिनट

तीसरा स्पेक्ट्रा एंटीक रेडियम वॉच रा-226 लॉग है। स्केल 30 मिनट

चौथा स्पेक्ट्रा थोरेटेड लालटेन मेंटल Th-232 लॉग है। स्केल 30 मिनट

आशा है कि यह लेख आपके अगले निर्माण के लिए प्रेरणा ला सकता है!

चरण 4: निष्कर्ष और लागत

परियोजना सस्ता नहीं है। मेरे पास इस परियोजना में उपयोग किए गए प्रत्येक भाग के लिए सटीक लागत सारांश नहीं है, लेकिन सबसे महंगे हैं:

1. NaI (Tl) क्रिस्टल। मैंने इस नमूने को लगभग $200 में नया खरीदा। यह ज्यादातर महंगा है क्योंकि इसमें संकल्प की गारंटी है और यह आजकल निर्मित होता है। मेरे अनुभव में पुराने स्टॉक क्रिस्टल समस्याग्रस्त हैं।

2. R9420 फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब। $६० मेरे द्वारा उपयोग की गई PMT ट्यूब नई नहीं है, लेकिन विश्वसनीय आपूर्तिकर्ता से अच्छी स्थिति में है।

3. संलग्नक निर्माण। यहां तक कि मैं इसे स्वयं भी करता हूं, इसकी लागत होती है और इसमें बहुत समय लगता है। कम मात्रा में मैं जो सामग्री खरीदता हूं वह महंगी होती है, उदाहरण के लिए ट्यूब, एल्युमिनियम रॉड और प्लास्टिक की कीमत आपको शिपिंग सहित लगभग 100 डॉलर हो सकती है, आपको टूल्स, इंसर्ट आदि पर मशीनिंग लागत भी जोड़ने की जरूरत है।

4. इलेक्ट्रॉनिक्स प्रोटोटाइप और पीसीबी निर्माण। लागत अधिक है - $$$$, मैं इस विषय पर खर्च किए गए कुल घंटों, दिनों और महीनों की गणना भी नहीं कर सकता। मैं इसके अलावा कम लागत वाले ईबे-अली इलेक्ट्रॉनिक घटकों से बचने की कोशिश करता हूं। एमसीए माइक्रोप्रोसेसर सॉफ्टवेयर भी मेरे द्वारा लिखा गया है। मेरे लिए बहुत सारे संसाधन और समय लगे, एक स्व-नियोजित निर्माता और छात्र के रूप में मैंने अपनी स्रोत फ़ाइलों को साझा नहीं करना चुना क्योंकि यह वास्तव में मेरी लागतों को कवर नहीं करेगा, क्षमा करें। लेकिन अगर आप रचनात्मक हैं और सहयोग के लिए खुले हैं, तो आप मुझे व्यावसायिक सहयोग के लिए एक प्रस्ताव लिख सकते हैं।

5. केबल, जैक, बैटरी, सामग्री, गोंद, टेप और आदि जैसे अन्य सभी भाग लगभग $ 100 हैं, हाँ छोटी चीजें यहाँ फर्क करती हैं …

निष्कर्ष: मेरी राय में इस परियोजना का प्रदर्शन बहुत अच्छा है। मैं भोजन, मशरूम, जामुन का विश्लेषण कर सकता हूं, बारिश के पानी में रेडॉन बेटियों को ढूंढ सकता हूं, गामा ऊर्जा 20keV-3000keV की सीमा में रेडियोधर्मी आइसोटोप के लिए ठोस सामग्री या खनिजों का परीक्षण कर सकता हूं। यहां तक कि एक DIY परियोजना के रूप में सभी उच्च लागत के साथ, यह अभी भी बहुत सस्ता है यदि आप इसकी तुलना पेशेवर प्रयोगशाला ग्रेड गामा स्पेक्ट्रोमीटर से करते हैं। डिवाइस द्वारा सबसे आम और खतरनाक गामा आइसोटोप का आसानी से पता लगाया जा सकता है।