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碘化钠闪烁体γ能谱仪的仿制
GiroPetrenko2020/01/17原创
发表人本人原创
核技术与核仪器 IP:江苏
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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 132次下载


[修改于 4年4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4个月前 IP:江苏
869457
51楼

image.png

貌似输入饱和了。

image.png

单个峰（不是最高的）


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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869476
53楼
引用RodTech发表于52楼的内容
这个肯定不是饱和的问题，也就个别能量饱和，整个本底能谱应该很清晰，脉冲还是太窄了。

image.png

增大了展宽电容，然而能谱还是混乱的。脉冲看起来还行

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869479
55楼
引用RodTech发表于54楼的内容
这看起来识别到了，就是高压模块噪声巨大。把最低能量阈值提高到左边那个base完全不见就有峰了。

image.png

谢谢，还是40K，眼睛快瞎了。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869480
56楼

image.png

232Th，有些希望了。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869494
58楼
引用RodTech发表于57楼的内容
K40看不到可能是声卡增益开的太高，高能的都饱和了。声卡灵敏度很高，外面放大器不需要很强，在声卡控制...

这个232Th应该搞定了，40K还要调。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869504
60楼

image.png

linear equalizer 调齐了~

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869506
62楼
引用RodTech发表于59楼的内容
从这个钍谱看，增益开得太高了，这个峰只是最左边一个大的，右边还有一堆呢，试试把高压降低100v。

的确，声卡+10dB，软件又有10的 增益，高压也开到了950V。高能估计饱和了，低能的被滤掉了。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869518
63楼

更新，如有错误请指正。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869536
64楼

attachment icon Gerber_RD-11S(V2).zip 41.81KB ZIP 43次下载

image.png

修改过的Gerber，高压电源现在可以完美插入PCB。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869549
65楼

换了个地方，现在不是工频干扰了，貌似是开关电源之类的。电磁屏蔽还是做的不行。也许黑心老板没给我同轴线。连接PMT的线一拔就只剩声卡的底噪。问题还是出在AV线上.

image.png

（左：拔线前            右：拔线后）

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869553
67楼
引用虎哥发表于66楼的内容
我有一个闪烁计数器，就是样子很夸张的那种，抗干扰性能极差，在城区楼顶天台完全不能用，只能室内用，农村...

我这个恐怕是分压电阻或者线材受到了干扰。今天在办公室就完全被干扰了。

昨晚在床边，关着灯就测出了232Th的低端能谱。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869589
68楼

image.png

电压调到800V，还是没有40K。也许标着Pb212的是？不太可能。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869592
71楼
引用已注销用户发表于69楼的内容
计数率不够啊，等累积几千的计数再找也不迟

还是怀疑有问题，因为在测试中没有一个超过1300的。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869597
74楼
引用已注销用户发表于73楼的内容
用示波器测一下展宽电路输出的脉冲有多少，如果信号脉冲很多而软件接收不到脉冲可以考虑进一步展宽（损失计...

感觉还是干扰的关系。示波器上看，信号脉冲在正弦干扰上飘。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869600
76楼
引用虎哥发表于75楼的内容
正弦？检查接地是否规范。

这个接地是否要接到“大地”？

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869604
78楼
引用虎哥发表于77楼的内容
不需要。接地不良，不等电位，有大环路等，会引入50Hz工频干扰。

有可能又是**的同轴，屏蔽线问题。明天剪一根真的同轴线试试。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869614
79楼

image.png

军机的夜光电压表，也正常。就是40K之类的高能射线测不出来。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869634
83楼
引用已注销用户发表于80楼的内容
我有一个设想:可否在PMT上安装半导体制冷片来降低打拿极的热电子发射，从而提高能谱质量？

越来越高级了啊。我认为还是先把基本能谱搞定再说，靠近闪烁体标称的分辨率。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869637
85楼
引用已注销用户发表于84楼的内容
闪烁体和PMT受温度影响比较大，如果能恒温当然最好了。

对于你的设备应该还好，我的这个加上恒温装置体积马上就增大许多。现在跟一只LED手电筒差不多大，略重些。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869651
88楼
引用justinpiggy发表于87楼的内容
在奇思妙想前先搞清楚。。。到底什么是闪烁体探测器的能谱分辨率瓶颈。。。还有随随便便就提出了“热电子发...

请教一下，没有校准源，如何判断分辨率？

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869676
92楼
引用RodTech发表于89楼的内容
你发的这个状态，距离评判分辨率还远着。。。。等K40和钍链能够清晰看见再考虑怎么评估分辨率吧，用k4...

明白了谢谢。

现在我这个状态（知识水平/设备），恐怕是无法完成这套设备了。还得多多学习，多看书，找到问题后再做改进。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869711
93楼

问题好像找着了，应该是展宽电路出了问题。

image.png

看起来就很正经的脉冲，因为红圈里的东西过不了baseline test

image.png

这个能过baseline test

image.png


魔幻。伴随着巨大的底噪。现在展宽电容已经到了12nF了。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 修改于 4年4个月前 IP:江苏
869717
95楼
引用已注销用户发表于94楼的内容
这个负脉冲是每个大幅度信号前都有吗？

基本上是的。只有大幅度的脉冲才有，使得软件无法识别。

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 修改于 4年4个月前 IP:江苏
869731
97楼
引用已注销用户发表于96楼的内容
用示波器观察展宽后的脉冲可以看到吗，我用示波器并没有观察到这种现象。

看过了。感觉闪烁体探头坏了，大多数是负脉冲，但是有时甚至出现了正脉冲。

波形与上图差不多。不是声卡的关系。


测试过了，高压电源的波纹为200khz左右的正弦，10mV左右

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GiroPetrenko作者
4年4个月前 IP:江苏
869734
99楼
引用已注销用户发表于98楼的内容
闪烁体探头不容易坏的，检查下分压器，电缆和电路板有没有漏电。

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等等还是有问题。

现在还是软件问题，盯着示波器好久了，脉冲宽度约200uS。放了一袋低钠盐，大多数脉冲均为10~30mV（本底的低能射线？），偶尔有大约100-150mV的脉冲（K40？），但是软件调不好。还是搞不清楚theremino MCA的mV和keV的关系，baseline test 也调不好。

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