【开坑】基于ThereminoMCA的伽马能谱仪

几个月前从淘宝以白菜价收来三个成色极好,带有通孔的碘化钠(铊)闪烁体,想把这三个闪烁体制成伽马能谱仪或X射线荧光光谱仪。今天刚刚联系PCB打样厂商印制5张板,顺便购买了元器件。不过原版PMTadapter的文件是eagle绘制的,把它转换成AD的pcb文件发给打样厂商费了一番周折。

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来自:核与粒子束 / 极客实验核与粒子束 / 核辐射探测器
 
2019-12-27 21:28:53
Membrane(作者)
51楼
引用GiroPetrenko发表于50楼的内容
把358拆了试试?毕竟原作者没有前放。

我试过,拆了就没有脉冲信号了😂

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2019-12-28 0:28:55
52楼
引用Membrane发表于51楼的内容
我试过,拆了就没有脉冲信号了😂

PMT的增益不线性,我当时把高压开到1400v,然后没有放大退藕直接过1GΩ+声卡电容产生的LPF,得到了没有损失的能谱分辨率。觉得信号太高声卡饱和了可以适当降高压。

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53楼

声卡不需要运放接pmt,实际662峰的分辨率贡献小于0.5%,我很多年前用不同的探测器都实测过性能,二手碘化钠(6.5%),溴化镧闪烁体(3%),和高纯锗(0.5%)都可以直接通过无源RC展宽来实现声卡直采,只有高纯锗的性能声卡满足不了,其他都没有任何分辨率上的问题,只是对高计数率的情况会有重叠,这个业余使用可以简单的将源移远一点。。。


https://www.kechuang.org/t/80294


Screenshot_20191227-164727_Gallery.jpg

Screenshot_20191227-163917_Gallery.jpg


Screenshot_20191227-164706_Gallery.jpg


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Membrane(作者)
54楼
引用RodTech发表于52楼的内容
PMT的增益不线性,我当时把高压开到1400v,然后没有放大退藕直接过1GΩ+声卡电容产生的LPF,...

我这个光电倍增管工作电压应该是1200v,但我只买到了1000v的负高压电源,输出信号接入声卡太弱了,而且用示波器看还有工频干扰,所以我接了一个前放和theremino电路的信号部分做了下处理。

请问这个软件对输入的脉冲信号正负有要求吗,我不管怎么调它采样总是脉冲方向相反,是否有解决的方法呢?

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55楼
引用GiroPetrenko发表于50楼的内容
把358拆了试试?毕竟原作者没有前放。

原作者有没有运放不能作为参考的。

正常MCA测量是需要运放的,为了让计数率变高需要很窄的峰宽,对应pmt端阻抗很低不得不用电荷放大器保证PMT线性度。

声卡做MCA时灵敏度非常高,在设置里可以加上几十(应该是60dB)增益,再小的脉冲都能看到,只要峰顶够宽不被低采样率漏掉就不怎么影响性能,反而信号接近饱和时候峰宽和SNR会因为声卡性能而很差。

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56楼
引用Membrane发表于54楼的内容
我这个光电倍增管工作电压应该是1200v,但我只买到了1000v的负高压电源,输出信号接入声卡太弱了...

为什么是负高压电源。。。我印象中为了安全使用正高压才对,这样pmt壳子和闪烁体壳子可以接地。

正负应该是有要求的,一般直接接声卡,用正电源的话都是负脉冲,软件默认应该是数负脉冲的,肯定有按钮可以调。。就那么多个仔细找一下,我很多年没玩完全不记得了。

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Membrane(作者)
57楼
引用RodTech发表于56楼的内容
为什么是负高压电源。。。我印象中为了安全使用正高压才对,这样pmt壳子和闪烁体壳子可以接地。正负应该...

我调过了,但是不论怎么调脉冲方向总是恰好相反,具体现象49楼有截图。

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58楼

高压电源找个液晶的高压条改一下就行

负高压供电的接法好像是用来做荧光分析之类需要用收集极做直流耦合输出的应用的吧,要负高压输出负脉冲可以加个反相放大器或者接成收集极输出那种接法

[修改于 9 个月前 - 2019-12-28 01:04:52]

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Membrane(作者)
59楼
引用radio发表于58楼的内容
高压电源找个液晶的高压条改一下就行负高压供电的接法好像是用来做荧光分析之类需要用收集极做直流耦合输出...

明天我加个反相器试试。。。

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Membrane(作者)
60楼

39%MD2TH7(X34LH$RA15E`6.png

调试中,用钍衰变链核素校准

但为何y轴附近曲线如此鬼畜。。。


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Membrane(作者)
61楼

这软件的峰高还真难调

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Membrane(作者)
62楼

2%K%@QK35}NPY_$LY)E}RLL.png

目前效果


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Membrane(作者)
63楼

看来我需要一个标准源,钍链校准一个峰也看不清。

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Membrane(作者)
64楼

本底 未标定.png

本底能谱计数(未进行能量刻度)

负离子粉 未标定 扣除本底.png

“可溶性负离子粉”能谱,未进行能量刻度



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Membrane(作者)
65楼

这个负离子粉的放射性还挺强,探头贴近玻璃瓶表面可以测到3600cpm

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66楼
引用Membrane发表于63楼的内容
看来我需要一个标准源,钍链校准一个峰也看不清。

钾40不错,参考:https://www.gammaspectacular.com/blue/k-40-gamma-spectrum

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67楼
引用Membrane发表于63楼的内容
看来我需要一个标准源,钍链校准一个峰也看不清。
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68楼
引用Membrane发表于63楼的内容
看来我需要一个标准源,钍链校准一个峰也看不清。

钾40不错。

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69楼
(发重复了,麻烦删除)
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Membrane(作者)
70楼
引用GiroPetrenko发表于68楼的内容
钾40不错。

我下楼看看学校的超市有没有低钠盐卖

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71楼
引用Membrane发表于70楼的内容
我下楼看看学校的超市有没有低钠盐卖

找根香蕉,慢慢测😂

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72楼
引用GiroPetrenko发表于71楼的内容
找根香蕉,慢慢测😂

香蕉是不行的,就算你有高纯锗也不行。

想要用香蕉做源,首先要购买并浇筑一吨铅。。。。


低钠盐很好用,一小瓶就够。钍链应该是能看到的,只不过大部分峰叠起来了,有些峰应该有形状。。。

试试把软件里的Bi和Pb线选出来然后对准

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Membrane(作者)
73楼
引用RodTech发表于72楼的内容
香蕉是不行的,就算你有高纯锗也不行。想要用香蕉做源,首先要购买并浇筑一吨铅。。。。低钠盐很好用,一小...

奈何楼下商店没有低钠盐,看来我得买一瓶氯化钾试剂了。

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2019-12-29 16:30:50
Membrane(作者)
74楼

IMG_20191229_162840.jpg

PMT输出的信号,存在噪声导致能谱图极度混乱看不出峰,K40也无法校准。。。


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75楼

先把光电倍增管搞好,我那个可以输出几伏的脉冲,你的要用毫伏量程来看就太小了。

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Membrane(作者)
76楼
引用虎哥发表于75楼的内容
先把光电倍增管搞好,我那个可以输出几伏的脉冲,你的要用毫伏量程来看就太小了。

拆开探头看了一下,液体石蜡似乎溶解了密封圈变色了,拆开清洗后加了硅油,脉冲在300mv左右,这个倍增管工作电压1200v想要增加脉冲幅度怕是要加高压了。

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2019-12-30 22:47:51
2019-12-30 22:47:51
Membrane(作者)
77楼

负离子粉能谱 已标定.png

今天用钍链核素标定了能量,把光电倍增管电压调低点终于能看清峰了。

前几次可能是暗电流被运放放大导致谱图一片混乱,接下来我准备换个更好的高压电源,输出信号够强就拆掉运放。


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2020-01-10 17:40:03
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78楼

那个板子原作者提到大电解电容必须是低ESR的,可能是这个缘故?

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Membrane(作者)
79楼
引用qwe发表于78楼的内容
那个板子原作者提到大电解电容必须是低ESR的,可能是这个缘故?

这个我当然知道,所以专门买了低ESR电解电容,但是组装好仍然不工作。

我在考虑可能是3.3mH电感给我发错了,因为它竟然比1mH的还小。

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80楼
引用Membrane发表于79楼的内容
这个我当然知道,所以专门买了低ESR电解电容,但是组装好仍然不工作。我在考虑可能是3.3mH电感给我...

有设备吗?测测看才知道

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Membrane(作者)
81楼
引用GiroPetrenko发表于80楼的内容
有设备吗?测测看才知道

万用表没有测电感的档位,要等我过几天买台LRC电桥才能测。

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2020-01-19 21:05:34
2020-1-19 21:05:34
Membrane(作者)
82楼

更新一下:目前做的第二台能谱仪进展

由于对第一台的外观及性能极为不满,于是乎做了第二台,这是全面升级的版本。

采用了铝合金机箱

IMG_20200117_150320.jpg

对供电及MCA进行了全面改造,采用低纹波电源减小噪声,专业录音声卡作为MCA。

IMG_20200119_194059.jpg

图中的铜盒用于屏蔽干扰,里面是脉冲展宽和运放,这里的声卡ADC在测试后也要装进盒子里。


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Membrane(作者)
83楼

E~4}BAQIZ{O18H8D~XHEVQF.png


硝酸钍的能谱,在低能部分竟然会有峰,而钍链中几种标志性核素峰完全不可见。。。

所以说仪器还是有问题

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Membrane(作者)
84楼

IMG_20200118_192647.jpg

另类用法:探头信号线接表面沾染仪,放射源为250g硝酸钍,γ计数率达到1181cps


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Membrane(作者)
85楼

事实证明单靠运放是不行的,倍增管本身欠压工作输出信号极弱,脉冲放大后出现非线性。。。。看来这高压电源模块白买了

我得找找便宜的1200v高压模块

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86楼
引用Membrane发表于85楼的内容
事实证明单靠运放是不行的,倍增管本身欠压工作输出信号极弱,脉冲放大后出现非线性。。。。看来这高压电源...

可惜了。淘宝上有便宜的1600V模块,就是电流不太行。楼主使用的倍增管大概要用到多少伏?

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Membrane(作者)
87楼

想了一下,似乎也不太对,尽管PMT是欠压工作,但电压应该影响计数率才对,而不是脉冲线性。。。可能是PMT本身结构问题,盒式打拿极能量分辨率极差不适合做能谱分析。

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Membrane(作者)
88楼
引用GiroPetrenko发表于86楼的内容
可惜了。淘宝上有便宜的1600V模块,就是电流不太行。楼主使用的倍增管大概要用到多少伏?

我似乎该换个好一点的光电倍增管。。但是50mm的都贼贵

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89楼
引用Membrane发表于88楼的内容
我似乎该换个好一点的光电倍增管。。但是50mm的都贼贵

image.png

GDB44,淘宝上有卖的,电压不高,51mm,专门为闪烁计数及能谱测量设计的。

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Membrane(作者)
90楼
引用GiroPetrenko发表于89楼的内容
GDB44,淘宝上有卖的,电压不高,51mm,专门为闪烁计数及能谱测量设计的。

1200v。。。我的电源最高也就1000v

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91楼
引用Membrane发表于90楼的内容
1200v。。。我的电源最高也就1000v

欠压使用,灵敏度会差。我那根标称也是标准1200V,用到800V就有脉冲,现在一直用950V。

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Membrane(作者)
92楼
引用GiroPetrenko发表于89楼的内容
GDB44,淘宝上有卖的,电压不高,51mm,专门为闪烁计数及能谱测量设计的。

找到一家卖拆机GDB44 200元,不过型号仅仅写着GDB44,但是可以肯定的是从能谱仪上拆的(卖家图片中有一个跟我这个形状一样的闪烁体)

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93楼
引用Membrane发表于92楼的内容
找到一家卖拆机GDB44 200元,不过型号仅仅写着GDB44,但是可以肯定的是从能谱仪上拆的(卖家...

这本资料真的仅供参考。我也没见过什么D型F型,也许是内部质检代号,跟M,J,Q之类的差不多?

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2020-01-20 10:18:29
94楼

没太看懂楼主的设备,是工频变压器---开关电源---多路buck/boost

                                                                                        |

                                                                            -----------------------

                                                                            |            |            |

                                                                        声卡        前放     高压电源

[修改于 8 个月前 - 2020-01-20 10:18:41]

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Membrane(作者)
95楼
引用GiroPetrenko发表于94楼的内容
没太看懂楼主的设备,是工频变压器---开关电源---多路buck/boost            ...

前放 展宽 ADC 声卡

这里的声卡和ADC用的是usb供电

面板上还有个高压电压表。

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96楼
引用Membrane发表于95楼的内容
前放 展宽 ADC 声卡这里的声卡和ADC用的是usb供电面板上还有个高压电压表。

所以既有usb供电也有开关电源供电?变压器下面的是干什么用的?

楼主来块pcb吧,这么多飞线,想不干扰都难。

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Membrane(作者)
97楼
引用GiroPetrenko发表于96楼的内容
所以既有usb供电也有开关电源供电?变压器下面的是干什么用的?楼主来块pcb吧,这么多飞线,想不干扰...

变压器。。下面?是那个带有两个电容的板吗?那个是低纹波电源模块。飞线虽然比较多,但是信号处理部分我已经做过屏蔽了,效果还不错。

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98楼
引用Membrane发表于97楼的内容
变压器。。下面?是那个带有两个电容的板吗?那个是低纹波电源模块。飞线虽然比较多,但是信号处理部分我已...

既然屏蔽都做好了,我们遇到的问题到底出在哪里?

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99楼

该屏蔽的地方屏蔽,不需要屏蔽的地方不用搞那么夸张。。。没pcb无源一样很好用,只要经过合理设计

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Membrane(作者)
100楼
引用GiroPetrenko发表于98楼的内容
既然屏蔽都做好了,我们遇到的问题到底出在哪里?

原因嘛。。我这台已经找到了,就是PMT结构的问题,换个PMT应该就没问题了

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