基于NaI(Tl)与滨松R9420pmt的伽马能谱仪试制
乌里扬诺夫 2020-8-18原创 核辐射探测器极客实验
中文摘要
基于9420pmt、Theremino MCA、电脑声卡的低成本(千元左右)伽马能谱仪试制。
关键词
伽马能谱仪核辐射探测器闪烁体


闲来无聊,总想做些什么,然后发现最近有一批9420光电倍增管出售,于是入手一根,开始试制伽马能谱仪。

本制作帖原件选择原则为成本第一、性能第二(能用就行)。

由于经济条件限制,很多测试还没有办法完成,请见谅。

特别感谢:GiroPetrenko老兄的技术及原件支持


1.准备部分(附上展宽电路图)

探测器:

核心:滨松9420pmt、30*25 NaI(Tl)圆柱形闪烁体(全新)、分压pcb——(以下均包含运费)658元

连接部分:22#pvc线、普通BNC母座——5元

外壳:6012铝合金管及两个M42螺口盖(现货有售)、密封圈、M3螺丝螺母——175元

其他:1000cst道康宁PMX-200二甲基硅油

展宽电路:

电阻、电容、S9014三极管、各种插座以及外壳——15元

电源:

闲鱼有售-600~-1400可调pmt专用负高压电源——110元

低压电源现有,应不超过20元

声卡:

绿联USB声卡——28元

线材:

高压BNC线——36元

普通BNC线——4元

共计:1074元

IMG_3542.JPG

闪烁体发光

2.安装

探测器:

管子和闪烁体之间使用酒精清洁后,涂抹硅油,用电工胶布固定。由于我的铝合金管子大小刚刚好(定做),所以省去不少麻烦,为了绝缘减少噪声和润滑(塞进去需要旋转),管子外层也涂抹了一层硅油,供电线用电工胶带缠了两层。

QQ图片20200818131024.jpg

内部状况(没涂油)

IMG_3672(20200818-124156).jpg

最终外观

展宽电路:

使用5V供电、BNC输入、四节国际标准3.5mm输出

电路图采用如下方案:(三极管用S9014代替,作用为放大前面展宽衰减过的信号,输出位置还要串联104隔直电容) image.png

IMG_3599(20200813-130531).JPG

内部(电工胶带缠绕部分里面用铝箔胶带进行了屏蔽),卖家少发了BNC的螺母,只能暴力焊接加上环氧树脂固定,电阻那么多是因为没有现成合适的电阻,只能通过拆机电阻串联拼凑

不加隔直电容可以直接用ipod录音功能听到声音。

探测器外壳制作过程角磨机打手,然后焊接过程中烙铁掉手上加上拧螺丝螺丝刀飞出划伤了电脑屏,算是血祭了吧。

3.测试

经过一些波折,终于成功得到了信号输出。使用ThereminoMCA进行测试,由于不是很了解这个软件的使用,目前尚未调试完成

Am241.jpg

Am奇怪的曲线,然后后半截蜜汁没有信号了

QQ截图20200818132238.png

模拟示波器显示的波形

ThereminoMCA_2020_08_18_13_27_02.png

奇怪的本底,几个峰都看不出来(没调)

后续会死磕到底,直到能用为止。


[修改于 2 个月前 - 2020-08-18 15:46:17]

来自:核与粒子束 / 核辐射探测器核与粒子束 / 极客实验
 
2020-08-18 15:38:18
乌里扬诺夫(作者)
1楼

选用全新闪烁体的原因是,闲鱼上不少二手同等大小的都比淘宝全新贵,当然果断选择全新。现在碰到的问题是:本底的波形比较奇怪,到了高能部分平的跟飞机场一样,没有任何脉冲。试过PRA但是这个软件还没有摸索出调整的方法。

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2020-08-18 15:56:32
2楼

你找Giro加我qq,说我是群里的,头像粉色

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3楼

铝箔屏蔽的话要接地才会有效果哦。可以直接买同轴线,几块钱一米,很方便的。 sticker

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3
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4楼

我画的万恶分压器。。。。 sticker 很要命

都0202年了,要不别搞theremino方案了?

image.png

这有一套论文上的,大佬仿真过的,展宽+峰值保持ADC。有没有坛友想来踩个坑?

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乌里扬诺夫(作者)
5楼
引用该用户不需要名字发表于3楼的内容
铝箔屏蔽的话要接地才会有效果哦。可以直接买同轴线,几块钱一米,很方便的。

主要那个里面那么小一点点,用同轴线怕塞不下了hhh

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6楼
引用GiroPetrenko发表于4楼的内容
我画的万恶分压器。。。。很要命都0202年了,要不别搞theremino方案了?这有一套论文上的,大...

你这个不对劲。前端设计的所谓的峰值展宽是非典型的有源滤波器结构,它的整体性能可能并不好设计和调试。后面的保持器很老旧,保持电容22uF巨大,不知道是如何决定这个值的。这应该是完全没有必要的大小,甚至会拖慢整体的采样速度。而且没有自动复位电路,他只会输出峰值而已。

我随意看了下滨松提供的相关的PMT signal conditioning,完全不需要如此复杂的结构。一般是跨阻或者电荷放大器。如果都有了MCU了,信号调理应该会比较简单啊。

attachment icon PMT_handbook_v3aE-Chapter5.pdf 341.00KB PDF 39次下载 预览


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2020-08-18 22:41:16
7楼
引用乌里扬诺夫发表于5楼的内容
主要那个里面那么小一点点,用同轴线怕塞不下了hhh

有外径1.32mm的特细同轴线,或者软线材的,绝对能装下的。


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2020-08-19 07:10:56
8楼
引用该用户不需要名字发表于6楼的内容
你这个不对劲。前端设计的所谓的峰值展宽是非典型的有源滤波器结构,它的整体性能可能并不好设计和调试。后...

截图不清晰,电容是22pF. uF不太可能...

后面的保持器是我从另外一篇论文加上去的,目的是给我这种mcu小白用. 当比较器输出信号出现下降沿的时候(也就是峰刚刚被保持),mcu触发中断,adc采样+复位,这样子对于时效要求低,也不需要峰值甄别的程序了.

在此感谢lzd1996大佬做的仿真+电路修改

image.png

绿色为输入脉冲,顶端1uS,上升沿100nS,下降沿200nS,基本符合NaI闪烁体探测器特征?

蓝色为输出脉冲,被展宽到了180uS左右,顶端大概是10uS左右,192KHz的声卡采样足以应对。

问题就是theremino MCA的baseline test。。。


[修改于 2 个月前 - 2020-08-19 07:30:26]

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9楼

展宽以后的信号线性可能不会特别好,对于同样的输入,你可以看见高的峰会对后面的值带来影响。如果有峰值保持器的话,应该是可以不需要进行展宽的,这两个选一个用就行了。做着玩的话你就当我没说,如果你在设计仪器那你要注意了。 sticker

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10楼
引用GiroPetrenko发表于8楼的内容
截图不清晰,电容是22pF. uF不太可能...后面的保持器是我从另外一篇论文加上去的,目的是给我这...

忘记点回复了,我写在了9楼。

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乌里扬诺夫(作者)
11楼
引用该用户不需要名字发表于7楼的内容
有外径1.32mm的特细同轴线,或者软线材的,绝对能装下的。

好的,看来我这方面没了解足够,谢谢!

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乌里扬诺夫(作者)
12楼

调高了一些电压,好像本底有一些对上了,应该只是幻觉

1597832306451.jpg

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2020-08-19 20:10:07
13楼
引用GiroPetrenko发表于8楼的内容
截图不清晰,电容是22pF. uF不太可能...后面的保持器是我从另外一篇论文加上去的,目的是给我这...

你想多了,实测99%幅度顶宽只有几ns,要想不失真采集未展宽信号,需要500M的采样率。

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2020-08-20 08:59:18
14楼
引用虎哥发表于13楼的内容
你想多了,实测99%幅度顶宽只有几ns,要想不失真采集未展宽信号,需要500M的采样率。

06173330-6EAF-49F5-821A-374EF23E32FB.jpeg

有失真采样1uS差不多吧,可能是我的探头比较奇怪?

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15楼
引用GiroPetrenko发表于14楼的内容
有失真采样1uS差不多吧,可能是我的探头比较奇怪?

这应该是示波器带宽不够的问题。。。

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16楼
引用lzd1996发表于15楼的内容
这应该是示波器带宽不够的问题。。。

大佬说的很对!

不过。。。利用这个展宽的参数。。。配合峰值保持ADC刚刚好哇(1uS的峰值)

(事实证明是辣鸡表笔惹的祸,x1档带宽只有6MHz)

[修改于 2 个月前 - 2020-08-20 23:10:44]

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17楼

厉害

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2020-08-31 21:45:05
乌里扬诺夫(作者)
18楼

QQ图片20200831214350.jpg 给展宽电路换了个电源,相当干净,耳机也听不出任何啸叫。不过声卡的宽度还是不够,高频区域仍然没办法识别。

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2020-09-01 17:15:45
乌里扬诺夫(作者)
19楼
引用乌里扬诺夫发表于18楼的内容
给展宽电路换了个电源,相当干净,耳机也听不出任何啸叫。不过声卡的宽度还是不够,高频区域仍然没办法识别...

现在将这个电源滤波器整合进了展宽电路中(测试了发热量,没必要加散热器),还好外壳留够了塞奇奇怪怪小东西的空间。然后就是各种断线,这线的质量无语了。

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