【参赛】伽马（γ）射线能谱仪

Giro · 发表于 2020-1-21 09:28:32

【前言】：
在矿坛已经好几年了，看着一届届的大赛心中十分羡慕。无奈前几届没有拿得出手的玩意，这次终于赶上了，把伽马射线能谱仪制作，调试完成。我也算是矿坛最小的一批用户了吧，就来些新鲜的玩意。注：本此制作也在科创论坛上发布，一个ID，无抄袭。

【原理】：

如图，带有高能量的伽马射线打入闪烁体中，转化成可见光谱的光子。后端接光电倍增管，由于光电效应微量的光子被转换成电子，经过倍增级的一遍遍放大，最终打在阳极上，产生微弱的电流。伽马射线的能量与输出脉冲的幅度成正比，而伽马射线的剂量与计数率有关。可以认为这是一个带有能量信息的盖革计数器。

安装中。最左边的是30x25mm的闪烁体，中间是3D打印的套管与电工胶带避光，右边是GDB-35型光电倍增管。组装，密封。
pmt probe.jpg

闪烁体探头完成了。剩下的是脉冲展宽电路以及高压电源。

脉冲展宽，基线修正电路。设计者是Theremino. 三极管用的是S9014.

完成的整套设备。

调试可花了不少功夫。这是来自一个老电台的夜光电压表。核素是226Ra。

所谓的“负离子”粉，害人不浅的玩意。核素是232Th。
整体完成了，但是无法鉴别如40K之类的高能射线。

net_elves · 发表于 2020-6-12 15:03:53

本帖最后由 net_elves 于 2020-6-12 15:08 编辑

楼主您好，我之前的工作是在一家做光谱仪的公司，我们之前设计过用于探测拉曼散热的单光子计数电路系统，以及紫外分光光度计的倍增管电路系统，因此我有几个疑问，1，您使用的倍增管在不制冷的情况下如何实现了如此精密的光子计数，2，您的ADC使用了多大的采样率实现了对入射伽马射线光子的计数的同时还能精确采集到计数脉冲的峰值的。3，您对数据的处理使用了什么器件。
我们当时使用了AD9230-170+FPGA+DSP的方案也仅仅是勉强能对每秒不多于2000个光量子的光强分辨其能量，且频谱分辨率非常粗糙，就算伽马射线的量子效率较高，我也不认为您现在的装置能够做出如此精细的能谱图来。更不用说以您绘制的这个电路，参数我先不说，没有使用微带线结构仅仅靠单面连线不做阻抗匹配，您的这块板子根本也无法实现高速脉冲测量幅值和计数。

黑风 · 发表于 2020-1-21 12:46:00

小巧的光电倍增管，携带一定很方便，我用的是GDB44型的直径大约50多毫米，匹配的碘化钠晶体要加硅油耦合，装入铅套井型后重量都好几十公斤。

Giro · 发表于 2020-1-21 12:56:16

黑风发表于 2020-1-21 12:46
小巧的光电倍增管，携带一定很方便，我用的是GDB44型的直径大约50多毫米，匹配的碘化钠晶体要加硅油耦合， ...

谢谢，与一只强光手电筒差不多大，稍微重些。碘化钠晶体用甘油做了耦合。
我这个没有铅屏蔽，所以测低活度的样品时会受到背景的严重干扰。

han-an · 发表于 2020-2-3 18:01:31

伽马（γ）射线能谱仪

好奇的晶体管 · 发表于 2020-2-23 17:45:12

请查看相应的比赛章程，介绍，详细的电路，原理。

Giro · 发表于 2020-2-23 19:12:20

好奇的晶体管发表于 2020-2-23 17:45
请查看相应的比赛章程，介绍，详细的电路，原理。

您好，方便告诉我缺少哪一个部分吗？谢谢~

好奇的晶体管 · 发表于 2020-2-24 21:52:44

你图片上显示用的是PCB，没有看见相应的设计图片。如果是套件组装要注明的。电脑上位机的介绍也没有，你放心吧这种极冷门的没有人会商业仿制的。这种也做不到商业级的性能要求。

Giro · 发表于 2020-2-24 23:01:22

好奇的晶体管发表于 2020-2-24 21:52
你图片上显示用的是PCB，没有看见相应的设计图片。如果是套件组装要注明的。电脑上位机的介绍也没有，你放 ...

好的谢谢，我一会就添加。

Giro · 发表于 2020-2-24 23:09:06

PCB以及电路图均用立创EDA绘制，如下图。打样后才发现高压电源的引脚不能合适的插入PCB，于是改了第二版，未使用。
dear pcb.png

其中高压电源使用成品模块，电压可调，约800~1000V。信号处理部分是之前的电路图。
软件上位机使用的是现成的软件“Theremino MCA”，使用声卡采样。

radio2 · 发表于 2020-2-29 14:32:53

有个杂志曾经说过，将摄像头的ccd CMOS用黑纸蒙上，也能感应到射线

Giro · 发表于 2020-6-12 21:34:54

net_elves 发表于 2020-6-12 15:03
楼主您好，我之前的工作是在一家做光谱仪的公司，我们之前设计过用于探测拉曼散热的单光子计数电路系统，以 ...

您是专业的，而我这个是业余的。无法做比较！
贵公司是否使用了碘化钠闪烁体？若是直接“光子计数”，对于爱好者来说，太难！
微带线，阻抗，高速采样一类，在我这应用里统统不需要。碘化钠闪烁体的“余辉”很长，加上适当的脉冲展宽电路，声卡都能正常采样。
您可以看看国内外各个爱好者的作品，大多数跟我这种电路相似。
至于频谱。。。我这个设计里有点问题，分辨率很低。即使是业余情况下，做的好的也可以几乎把碘化钠闪烁体完全利用。

net_elves · 发表于 2020-6-12 21:44:47

本帖最后由 net_elves 于 2020-6-12 22:18 编辑

所以说碘化钠闪烁晶体的特性您既然都懂那就不用我多说了，这种情况应该是无法判断伽马射线光子的能谱的，因为收到的将会是连续的电平而不是分立的脉冲计数，因此怎么判断接收到的伽马射线流的能量呢？说实话我也没听说过能用长余辉碘化钠晶体做伽马射线能谱仪的

。所以你要是说你做的这个是伽马射线探测器的话我倒是比较认同，但是你一直说是伽马射线能谱仪，而且还给出了通过计数才能得到的能谱结果我就有点疑问了。

net_elves · 发表于 2020-6-12 22:17:15

我又想起一个事情来，我记得碘化钠闪烁晶体是空气中潮解的，好像不能这么直接用吧？你确定你那个是碘化钠晶体吗？我们之前用过碘化铊晶体，那个不潮解不过剧毒不说价格比同质量的黄金都贵。

Giro · 发表于 2020-6-12 22:50:49

net_elves 发表于 2020-6-12 22:17
我又想起一个事情来，我记得碘化钠闪烁晶体是空气中潮解的，好像不能这么直接用吧？你确定你那个是碘化钠晶 ...

碘化钠闪烁体的输出，就是一个个的光脉冲。脉冲的光强代表能量（也就是示波器上的电压），记录每个脉冲的电压峰值即可得出能级。
碘化钠潮解这个问题留给厂家解决。他们把晶体放在一个金属壳的罐子里，有一面是透明的，整体密封性很强。

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