碘化钠闪烁体γ能谱仪的仿制
GiroPetrenko2020/01/17原创 核技术与核仪器 IP:江苏
中文摘要
试制一台γ能谱仪

0. 前言

最近伽马能谱仪在论坛上很流行,于是萌生了仿制的想法。由于采用了二手受潮闪烁体以及电子管变压器高压电源,第一次(未发帖)实验则是完全的失败。这次用比较现代的元器件重新仿制一台。


1. 材料准备

1-1:闪烁体探头

- 碘化钠闪烁体,新,30x25mm,参考价格300~500RMB

- 光电倍增管,1977年生产,GDB-35型。推荐使用仍在生产的GDB-235型,参考价格400~500RMB.

- 管座,新,淘宝上专门有配套此光电倍增管的管座。

- 遮光套管,3D打印,配铝箔胶与电工胶避光。STL文件在文章末尾。

- 分压电阻,电容。采用1/4W的电阻即可。搭棚焊接在管座上。

- 铅板(盒),可选的配件,用来过滤低能射线的干扰。

1-2:高压电源以及信号处理

- 成品高压电源,1000V 1mA 最大,参考价格200~300RMB。

- 信号处理(MCA以及前置放大器),Theremino方案,采用全贴片元器件。

2. 安装

image.png

3D打印的套管可以直接安装闪烁体以及光电倍增管。插入,用硅胶灌封即可。

注意闪烁体和光电阴极需要涂抹光学介质,此处采用的是甘油。尽量采用与玻璃折射率相同的液体。


3. 电路部分

image.png

光电倍增管的分压电阻,供GDB-235以及GDB-35型使用。尤其注意在最后几级倍增级上,要安装吸收电容。

此处使用的负载电阻为100K。在满脉冲输出时可以有5V的脉冲(参考值)

image.png

这是另外一种电路,高压电源与脉冲输出共用一根连接线。不推荐使用,因为存在脉冲幅度过小的情况。

image.png

脉冲展宽电路。调节C10,C11来调节脉冲宽度。BC237能用S9014替代。

因为涉及到了小信号处理,光电倍增管以及展宽电路需要用同轴线连接,有条件的可以使用BNC,SHV,或SMA接口的专用连接线,作者在此没有条件进行,于是用之前做功放的库存RCA接口连接。老板良心,给了一条同轴线。

IMG_20200119_105649.jpg

整套设备,后期声卡的隔直电容采用了0.1uF (104)的独石电容。

4. MCA,采样

十分令人困扰的部分。

image.png

最初的“能谱”,脉冲不太对。

image.png

不够宽的脉冲。

image.png

后期经过(我也记不住)的处理,得到232Th的能谱,不过40K的峰被漏掉了,仍需改进。

attachment icon gdb 235 + crystal complete solution.stl 418.54KB STL 131次下载


[修改于 4年3个月前 - 2020/01/20 09:53:28]

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来自:物理高能技术 / 核技术与核仪器动手实践:实验报导
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~~空空如也
GiroPetrenko 作者
4年3个月前 IP:江苏
869736
引用lzd1996发表于100楼的内容
这是过冲吧,阻抗不匹配引起的?如果串联个二极管,能不能解决这个问题哇?

此问题已解决,是因为光学耦合坏了,过大的放大倍数导致的奇特景象

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已注销用户
4年3个月前 IP:云南
869737
引用GiroPetrenko发表于99楼的内容
之前的奇怪问题全都解决了,罪魁祸首竟然是光学耦合的甘油干了,脉冲幅度变得超小。但是K40等等还是有问...

可以用显微镜油的,虽然有颜色但只有薄薄一层,对闪烁光影响不大,而且干了就能把PMT和闪烁体彻底粘合。

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lzd1996
4年3个月前 IP:重庆
869738
引用GiroPetrenko发表于101楼的内容
此问题已解决,是因为光学耦合坏了,过大的放大倍数导致的奇特景象

我用这个软件也看不到K40的峰值,想着是不是需要先衰减一下,再输入声卡。我耦合用的高粘硅油,感觉还行,有人说用无影胶也行

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GiroPetrenko作者
4年1个月前 IP:江苏
874739

2020/03/12 更新~


修复了闪烁体探测器的光学耦合,使用了显微镜香柏油。峰高有明显的提高(在10-300mV左右)。

用电容+同轴线让脉冲输出的噪声变成如下图:

image.png

展宽后的脉冲,

image.png

与示波器看到的基本一致,无论是脉冲宽度,脉冲前面的不平坦部分还有后面的“undershoot”

貌似展宽并没有起到太大的作用,应该增加展宽电容?


现在由于脉冲前面的部分非常不平坦,MCA无法抓到大部分脉冲。。。请教这是为什么?

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GiroPetrenko作者
4年1个月前 IP:江苏
874925

接着向各位大佬求助,为什么每一个脉冲前面都会跟着这样的不平坦部分?

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已注销用户
4年1个月前 IP:云南
874955
引用GiroPetrenko发表于105楼的内容
接着向各位大佬求助,为什么每一个脉冲前面都会跟着这样的不平坦部分?

我认为可能是声卡的问题

我用示波器观察并没有这种现象

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GiroPetrenko作者
4年1个月前 IP:江苏
874957
引用已注销用户发表于106楼的内容
我认为可能是声卡的问题我用示波器观察并没有这种现象

确认不是声卡的问题,用示波器观察到的脉冲于声卡采样基本一致。(可惜模拟示波器压根没法仔细看)

image.png

如图,A为高压电源以及传输线的噪声,B为每个脉冲前面都有的“波浪”,C为脉冲,D为脉冲后面跟着的”凹槽“但是时间略短于C。

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已注销用户
4年1个月前 IP:云南
874963
引用GiroPetrenko发表于107楼的内容
确认不是声卡的问题,用示波器观察到的脉冲于声卡采样基本一致。(可惜模拟示波器压根没法仔细看)如图,A...

那个波浪似乎是振铃引起的,阻抗匹配的问题?

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twz562
3年10个月前 IP:山东
882208

含钾量非常高的氢氧化钾,其中因钾40衰变,每秒钟大约发出1000个γ光子

如果是实心球的话,大约有4%可以穿过30mm闪烁体,也就是40个γ光子

1.5MeV探测效率如果是30%,再加上钾盐的自吸收,还能有多少?

再加上环境本底(当然这个也有K)及探测器分辨率等各种因素,探测起来还是比较困难的

可以通过用大尺寸的探头(提高的探测截面及探测效率),良好的铅屏蔽(提高信噪比),延长测量时间(减小统计误差)或者将探头直接埋入钾盐中(缩小探测距离)来改善 sticker

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twz562
3年10个月前 修改于 3年10个月前 IP:山东
882209
引用twz562发表于109楼的内容
含钾量非常高的氢氧化钾,其中因钾40衰变,每秒钟大约发出1000个γ光子如果是实心球的话,大约有4%...

落下了一点,上面计算数据是500克钾盐的数值,你用四瓶钾盐把探头围在中间效果会更好

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