Hallo, liebe Mitforisten, ausgehend vom "Stuttgarter Geigerle" von B.Laquai war hinsichtlich "Gammaspektroskopie mit billig-Pin-Dioden BPW 34 [Beitrag "Beta, Gamma Detektor mit BPW 34 Photodioden, optimierte Schaltung"; kein Boden gutzumachen, da diese BPW 34 für Gammastrahlung eine zu geringe Empfindlichkeit aufweisen - bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit für Beta. Mit den X-100 von First Sensor, Berlin ist es genau umgekehrt: Die haben einen CsJ::Tl - Kristall vor der Diodenfläche, und detektieren zwar keine Beta-Strahlung, dafür jedoch Gamma von 50 keV bis 10 MeV. Die ersten Schritte zu einem miniaturisierten Gammaspektrometer waren mühsam, denn das Einfangvolumen der X-100 mit 8x8x8 mm CsJ-Kristall ist vergleichsweise klein gegenüber Photomultiplier-Sensormodulen wie einem Ludlum mit 50x50x50 mm NaJ-Kristall. Hier half ein Trick weiter: Wenn es schon keinen großen Kristall preiswert zu kaufen gibt, werden eben zwei nebeneinander eingesetzt, und die Probe dazu so angeordnet, dass sie beide Kristalle hintereinander bestrahlt. Es werden gleichzeitig auftretende Ereignisse besonders gewichtet, so dass man davon ausgehen kann, dass wenn ein Quant in beiden Kristallen Energie verliert, dass es dann eben mit höherer Wahrscheinlichkeit seine Gesamte war. Schaltungstechnisch ist eine Entwicklung auf dem Steckboard in der Keksdose zwar ein erster Ansatz, aber zwischen dem Steckboard und der daraus abgeleiteten SMD-Platine liegen Welten, wenn man einen rauscharmen Transimpedanzverstärker mit Differentiator und Integrator zu spektroskopischen Zwecken aufbaut. Die auf dem Steckboard optimalen Werte sind dies keineswegs auf dem miniaturisierten PCB. So ist die Schaltungsentwicklung selber mit der gezeigten Platine auch noch nicht ganz zuende. Wie das Spektrometer energetisch eichen? Die 50 g Kaliumjodid liefern noch zu wenige Counts, die Nullrate von 40 cnt/min geht damit nur auf 50 cnt / min hoch. Also: Es war Herbst, ab in den Wald zum Maronen sammeln an einem der beiden Tchernobyl-Hotspots in Norddeutschland, auf denen bis zu 20 kBq pro Quadratmeter Cs137-Aktivität seinerzeit abgeregnet sind. Davon sollte heute immer noch die Hälfte zur Verfügung stehen. Das Kilo Maronen wurde getrocknet (100g), und dann im Freien auf dem Holzkohlegrill auf 11 g eingeäschert: die in einer Einwegspritze komprimierte Pilzasche liefert vorm Vierkanal-Beta-counter bereits die Fünffache Nullrate. Ebenso vorm X-100-Dual-Spektrometer. (Damit wwerden die insgesamt 24 BPW 34 meines Vierkanalers direkt vergleichbar, denn Cs137 strahlt hälftig Gamma und Beta der gleichen Energie) Fix einen MapleLeaf CortexM3 Microcontroller mit Peakerkennungsalgorithmik programmiert, den als Dual-200 kSamples/sec AD-Wandler benutzt, und zur Darstellung der Spektren für den PC mit Delphi einen Multikanalanalysator geschrieben, der dann auch eine energetische Korrektur gemäß der im Datenblatt verfügbaren spektralen Empfindlichkeit der Sensordiode implementiert. Was kommt raus: Das Cäsium-137 in der Pilzprobe liefert über Nacht mit insgesamt 90 kcounts einen eindeutig identifizierbaren Peak neben ihrem Compton-Spektrum, die gleichzeitig gemessene Kaliumlinie erscheint als Buckel. Die erzielte Linearität ist schon erstaunlich, wie man am Vergleich der Kalibrierkanäle sieht. DAs zweite gezeigte Spektrum senthält nur die gleichzeitig gemessenen Ereignisse - Deutlich Misst man ein Stückchen Uran-Pechblende (vom Mineralienhändler und selbstverständlich mit Kohlecompretten gasdicht eingepackt), so kommen die charakteristischen gamma-Energien der U238-Zerfallsreihe ebenfalls zum Vorschein, wenn auch der geringen Sensorgröße entsprechend energetisch z-Tl. nur als Buckel bzw. Stufen aufgelöst. Gleichzeitig ist das Dual-Gammaspektrometer mit den X100 PIN-Dioden mit CsI-Kristall ein empfindlicher Gamma-Dosisleistungsmonitor mit einer Nullrate von rund 40 cpm (entsprechend einer ODL von 0.07 µSv/h) Preis eines Sensors: ca 80 Euro, First Sensor Berlin. bestücktes PCB: 40 Euro (PCB-Pool). CortexM3 Microcontroller Leaflabs Maple: 45 Euro (Watterott Electronic) Hardwarekosten damit bei rund 260 Euro.
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Und die Atompilzasche hast du dann im Hausmüll entsorgt? xD
Sag mal ist das Dein Hobby oder baust Du sowas beruflich? Ich digitalisiere den Ausgang eines Germanium Detektors hinter einem Pulse-Shaping-Amplifier. Das ganze mit einem schnellen ADC. Wie ist das mit den X-100 Bauteilen, was geben die aus? Also misst Du da eine Spannung oder einen Strom? Was ist da wie proportional zur Zerfallsenergie? Danke!
Hallo, Hobby / beruflich? Sowohl als auch. Hard- und Software. Vor allem jedoch Software. Die X-100 von First Sensor, Berlin (www.first-sensor.com), ist eine großflächige PIN-Photo-Diode und erhältlich auch mit CsI::Tl Szintillatorkristall vor der Diode, Kristall beschichtet mit weiß gefärbtem Epoxidharz. Was da aus dem Sensor selber rauskommt: Laut Datenblatt paar hundert Elektronen je 100 keV im Kristall abgegebene Gamma-Photonenenergie. Diesen winzigen Strompuls muss man in einem sogenannten TIA (Trans-Impedanz-Verstärker) soweit verstärken, dass er einen messbaren Spannungsimpuls ergibt. Es eignen sich nur niedrigkapazitive und gleichzeitig hochfrequent arbeitende Verstärkerelemente in der ersten Verstärkerstufe, weil die paar Elektronen sonst in der Kapazität verschwinden. Die 10 x 10 mm messende Diode selber hat eine Kapazität von etwa 50 pF bei einer Vorspannung von 23 V. Proportional zur im Szintillationskristall abgegebenen Gamma-Energie ist die Menge an freigesetzten Ladungsträgern, also nach dem TIA die Höhe des Spannungsimpulses. Die X100 mit Szintillator ist übrigens nicht lichtdicht, was man mit einer gepulsten Lichtquelle zur Überprüfung und Optimierung der Verstärkerelektronik ausnutzen kann. Andererseits muss sie daher in einem lichtdicht gekapselten Gehäuse eingebaut sein, weil der Grundstrom sonst das Signal stört. Verwendbare OP-AMPS für die erste Stufe sind AD8616, AD820, AD822, OPA4134, 1114CN, mit rauscharmem FET als Eingangsbaustein auch noch den schnellen AD847 oder den rauscharmen LT1128 / LT1028 (siehe: http://www.linear.com/product/LT1028). Als Eingangs-FET eines TIA eignet sich der BF862 von NXP, 2SK170, aber da gehen auch noch andere wie BF245B und 2N4392 - hauptsache rauscharm, schnell und geringe Gate-Kapazität.
Es gibt eine Software aus Australien zur Gammaspektroskopie: http://www.physics.usyd.edu.au/~marek/pra/index.html Gefunden im AaTis-Praxisheft Nr. 23 Seite 8 http://www.aatis.de/content/praxisheft-23
Danke für den Hinweis! PRA hatte ich auch schonmal am Start, aber die Peakdetektion hat mich nicht überzeugt. Auch gehen die Soundkarten oft nicht bis in den Frequenzbereich, der benötigt wird, haben nicht die Möglichkeit eine sensorspezifische energieselektive Korrekturkurve an die Rohdaten anzulegen - wie das mit einem selber geschriebenen MCA möglich ist, mangelnde Energiekalibrierpunkte usw... Eine andere gerne zur Soundkarten-Spektroskopie verwendete Software ist teremino-MCA (http://www.theremino.com/blog/gamma-spectrometry), da kann man sich mittels diverser Einstellmöglichkeiten (Equalizer, Gauss-Formung) seine Peaks glatt selber aus einem weißen Rauschen im Audio-Eingang generieren. Daher: wenn mir einer ein Teremino-Spektrum ohne gleichzeitige Sicht auf die Equalizer-Einstellungen zeigt, so glaub ich davon erstmal garnichts ;-) So funktionierts bei mir: Mein Programm im Maple CortexM3 sampelt fortlaufend beide AD-Eingänge, das geht mit 200 kHz je Kanal. Die 16-Bit-Rohdaten kommen in einen Ringbuffer, der zehnmal größer ist als die Peaklänge in Samples. Die Peakerkennung funktioniert auf einer Triggerschwelle über einem gleitenden Mittelwert, der fortlaufend über alle 2x Peaklänge Rohdaten ermittelt wird. Die Peakdauer ist - gemäß Messungen mit dem 20 MHz-Oszi - bei hohen oder kleinen Impulsen immer gleich. Um ein höherfrequentes Rauschen gerade bei den kleinen Peaks auszumitteln, wird innerhalb der von den Bauteilen festgelegten und konstanten Peakdauer jeder Messwert integriert. Die Daten gehen unterhalb von 50 counts/min als Einzelsamples = Wellenform über die USB-Schnittstelle des Mic an den PC, über 50 counts /min nur noch als Kombination aus Integral(e) und gleitendem Mittelwert, über 100 cpm nur noch die Einzelmesswerte. Übertritt ein Kanal während der Messung der ersten 5 Samples des andern seine Triggerschwelle, so handelt es sich um ein verknüpftes, koinzidierendes Ereigniss.
Hallo Joern, vielen Dank für die ausführliche Beschreibung deiner Ergebnisse! Sehr schöner Bericht, und guter Aufbau. Sind die dargestellten ~120keV die bisher beste erreichte Halbwertsbreite? Ist die bereits durch den verwendeten Szintillator bestimmt, oder siehst du da noch Verbesserungspotential in der Signalaufbereitung? Wie schwierig hat sich denn die Beschaffung der X-100 gestaltet? Ich hatte mir seinerzeit beim Beschaffungsversuch von äquivalenten Bauteilen von Hamamatsu aufgrund von Mindermenge und Privatkauf die Zähne ausgebissen und musste ebenfalls mit einem BPW34-Array arbeiten (in meinem Aufbau ~40-250keV messbar, ~15keV FWHM).
Hallo, Steffen, die Halbwertsbreite der Peaks lässt sich sicherlich durch Erhöhung des Signal-Rauschabstandes noch etwas verringern. Ich werde demnächst eine Kleinserie von Platinen für weitere Versuchsaufbauten mit anderen FET's und OP's in der Hand haben. Der oben gezeigte Aufbau ist mit AD8616, der hat eine Voltage Noise Density von 8nV/rtHz @10 kHz, was noch recht viel ist. Der TIA hat 30M in der Gegenkopplung, Guard Ring, ist mit Isopropanol und danach dest Wasser sorgfältig gereinigt... (sonst rauscht's noch viel stärker) Die X-100-7 mit Szintillatorkristall ist leicht zu beschaffen, es reicht eine Bestellung per mail an First Sensor, Berlin. Allerdings hat First Sensor einen Mindestbestellwert von 100 Euro, d.h. man muss gleich 2 davon kaufen. Btw: die BPW 34 hat bei 100 keV Photonen nur noch eine Einfangwahrscheinlichkeit um 1% - wie kannst Du damit 250 keV detektieren? Sicher dass das keine Beta-Strahlung war/ist? Oder gestreutes Röntgen aus der Plexiglas-Abschirmung?
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Steffen, eine Halbwertsbreite von 15 keV kann ich mir bei einem BPW 34 -Array auch nicht so recht vorstellen. Schau mal das angehängt Spektrum von thorierten Schweißelektroden an. Das Spektrum ist mit Hilfe der Empfindlichkeitskurve des Datenblattes korrigiert. Die roten linien stellen die charakteristischen Gammalinien der Thorium232-Zerfallsreihe auch in ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit (Höhe) dar. Aufgrund der geringen gesamt-counts - nur 10 kcounts - könnte der Eindruck entstehen, dass da schmalbandige Linien zu sehen sind, was natürlich statistisch nicht haltbar ist: Wenn die Gesamt-Counts dann in die hunderttausende gehen erhält man erst eine belastbare Statistik auf jedem Kanal. Was aber sofort ablesbar ist, ist der Umstand, dass im Spektrum die relativen Häufigkeiten der verschiedenen Linien halbwegs stimmen, was in etwa für die vom Hersteller angegebene Empfindlichkeitskurve spricht. Auch muss man berücksichtigen, dass das Thorium hier in Wolfram eingebettet ist, einem dichten Material, welches bereits in erhöhtem Maß Compton-Streuung hervorruft. Deutlich ist dieser Effekt bei der eigentlich intensiven 208Tl Linie bei 2.6 MeV, die ein Compton-Kontinuum von 1,5 bis 2,3 MeV mit ausgeprägter Compton-Kante im Bereich der Kaliumlinie hervorruft.
Joern Heinrich schrieb: > > Die X-100-7 mit Szintillatorkristall ist leicht zu beschaffen, es reicht > eine Bestellung per mail an First Sensor, Berlin. Allerdings hat First > Sensor einen Mindestbestellwert von 100 Euro, d.h. man muss gleich 2 > davon kaufen. Auch als Privatperson? Das wäre ja fein.
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Th_140kcnt.PNG
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@Steffen.M
statistisch bereits etwas belastbarer mit einigen hundert counts pro
Kanal sieht das Thoriumspektrum dann so wie im Anhang aus - gesamtcounts
140.000.
Anmerkung:
137Cs- und 40K marker sind immer vorhanden, weil die die Kalibrierdaten
liefern.
Man sieht auch sehr gut, dass die 208Tl-Linie bei 2.6 MeV mit 36%
Wahrscheinlichkeit als Buckel das höchstenergetische an Gamma-Strahlung
ist, was die thorierten Wolframelektroden erzeugen, aber dass hier
bereits die Wahrscheinlichkeit, nur eine Teilenergie dieser Quanten
einzufangen weit größer ist, als dass die ihre gesamte Energie in den
beiden Sensoren abgeben ("Photopeak" kleiner als Compton-Kontinuum).
Aber - immerhin kann man energieselektive Messungen mit diesen Sensoren
machen - und nach Eichung auch Isotope / Zerfallsreihen sicher zuordnen.
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BPW34_Am-214.png
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@Joern Heinrich: Meine Nutzbarkeit der BPW34 bis 250keV erklärt sich aus der hohen Aktivität meiner Proben knapp unterhalb der Freigrenzen in Zusammenhang mit Messintervallen von 8-24h. Ehrlicherweise muss ich aber sagen, dass bereits ab ~150keV die Peak-Halbwertsbreite bedingt durch das dünne aktive Volumen deutlich anstieg. Bei meinem Projekt ging es nicht darum, ein nutzbares Messgerät zu bauen, sondern ein Proof-of-Concept mit Schwerpunkt auf elektronischer und algorithmischer Aufbereitung zu erarbeiten. Die 15keV sind mir etwas peinlich: Ablesefehler. Tatsächlich sinds ~26keV FWHM, Histogramm hängt an. Deine Ergebnisse mit den X-100 und Thorium sind natürlich beneidenswert und mit der BPW34 und ihrem geringen aktivem Volumen völlig undenkbar. Allerdings ist die Auflösung mit Szintillator eher mäßig. Ich würde zu gern Erfahrungen mit einer von Hamamatsus Dickschicht-Dioden sammeln. Leider für mich unbeschaffbar, und alternative Quellen sind mir aktuell auch nicht bekannt.
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VOLTCRAFT88_3.gif
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SteffenM schrieb: > Deine Ergebnisse mit den X-100 und Thorium sind natürlich beneidenswert > und mit der BPW34 und ihrem geringen aktivem Volumen völlig undenkbar. Wieso? Im Anhang mal eine eben schnell gemachte Messung mit BPX61 (=BPW34 im TO-Gehäuse) an einer thorierten Wolframelektrode (2%=rot) Messdauer: 5 min.
Ohne jetzt dein Setup zu kennen, zeigt das Bild möglicherweise bereits das Problem. Als schlechter (weil unempfindlicher) Zähler taugt die BPW34 für Energien >250keV gerade eben so noch, aber Energiebestimmung der Zerfallsstrahlung ist nahezu unmöglich. Die Ionisierungsspur derart hochenergetischer Fotoeffekt-Sekundärelektronen ist länger als das Detektionsvolumen dick ist. Du misst immer nur noch zufällig abgehackte Teilladungen. Der Rest rekombiniert irgendwoanders im Package. In meinem Aufbau zeigte Thorium im Energiehistogramm ein völlig unaufgelöstes, peakloses Kontinuum. Bisher habe ich noch von keinem gelesen, dem da mit der BPW34 oberhalb 1MeV besseres gelungen wäre.
Die BPW 34 hat bei mir einen festen Platz als Beta-Detektor. DA ist sie superempfindlich. Dass sie zusätzlich zu Vis+UV noch etwas Röntgen sieht (also so bis ca 80 keV) ist auch in ihrem Datenblatt vermerkt. Ihre hohe Empfindlichkeit für schnelle Elektronen kann ich mir nur mit Lumineszenz in ihrem Plastik-Gehäuse oder mit dem Empfang der weichen Elektronen-Bremsstrahlung darin erklären - nebst der aprupten Energieabgabe von Beta-partikeln in der Si-Sperrschicht. Americium sendet nun "Gamma"-Photonen (Ursprung = Kernprozess) einer so niedrigen Energie, die sonst Röntgenapparaten "Röntgen"-Photonen (Ursprung = Bremsstrahlung zuvor beschleunigter Elektronen oder angeregter Atomorbitale) entspringt. Beides obwohl anders genannt: Photonen. Dass die BPW34 Americium bei 60keV noch sieht, wundert mich daher nicht. Aber energieselektiv Gammaspektrometrie betreiben damit? Kann ich mir nach eigenen Versuchen nicht mehr vorstellen. Braucht man "aktives Volumen" dafür oder anders formuliert: "Einfangquerschnitt" Andererseits: Wenn Deine Elektronik einzelne Quanten von einer BPW 34 noch bei 60 keV ablesen kann, bist Du mir ja elektronisch weit voraus... Möchtest Du Dein Wissen teilen?
Wie lang bzw. kurz werden die Pulse mit dem X-100-7 Detektor ? Für das Signal / Rauschverhältnich könnte man die Integration ggf. noch etwas verbesser, indem man die Punkte entsprechend der Peakform wichtet. Die Daten sehen aber schon gut aus, nur bei kleinen Energien fängt es doch recht spät an.
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Schau mal, das ist so eine typische niedrigenergetische Wellenform. Kanal A=blau, Kanal B = rot Ein x-Pixel = 1 AD-Wert Die beschickt Kanal 127 entsprechend ca keV 260 Die Wellenformen werden jeweils über alle Samples integriert. Die Länge der Impulse bestimmt der Integrator und vor allem die Geschwindigkeit des TIA. Nebst der restlichen Verstärkerelektronik. Die Diode selber ist spezifiziert mit 1 µs Anstigszeit, was ich messend nachvollziehen kann. (20 Mhz Oszi)
Joern Heinrich schrieb: > Hier half ein Trick weiter: Wenn es schon keinen großen Kristall > preiswert zu kaufen gibt, werden eben zwei nebeneinander eingesetzt, und > die Probe dazu so angeordnet, dass sie beide Kristalle hintereinander > bestrahlt. > > Es werden gleichzeitig auftretende Ereignisse besonders gewichtet, so > dass man davon ausgehen kann, dass wenn ein Quant in beiden Kristallen > Energie verliert, dass es dann eben mit höherer Wahrscheinlichkeit seine > Gesamte war. Hast Du die Energien dann addiert? Wie berücksichtigst Du die Streuung bzw. den Streuwinkel im ersten Kristall? Dirk
Joern Heinrich schrieb: > Die Länge der Impulse bestimmt der Integrator und vor allem die > Geschwindigkeit des TIA. Nebst der restlichen Verstärkerelektronik. > Die Diode selber ist spezifiziert mit 1 µs Anstigszeit, was ich messend > nachvollziehen kann. > (20 Mhz Oszi) Na wenn schon, deine Schaltung liefert garantiert keine Anstiege mit 1µs, anderenfalls wäre deine Abtastrate von 200kHz (= alle 5µs) sinnlos.
ArnoR schrieb: > Joern Heinrich schrieb: >> Die Länge der Impulse bestimmt der Integrator und vor allem die >> Geschwindigkeit des TIA. Nebst der restlichen Verstärkerelektronik. >> Die Diode selber ist spezifiziert mit 1 µs Anstigszeit, was ich messend >> nachvollziehen kann. >> (20 Mhz Oszi) > > Na wenn schon, deine Schaltung liefert garantiert keine Anstiege mit > 1µs, anderenfalls wäre deine Abtastrate von 200kHz (= alle 5µs) sinnlos. Na, lieber ArnoR jetzt wirds doch Deinerseits hier eher programmatisch unkonstruktiv: A) Woher kennst du "garantiert" Details meiner Schaltung? Die wurde bisher hier nicht veröffentlicht. B) Abtastrate des AD-Wandelers ist nach der Peakformung. Ich bekomme bei 200 kHz vom Mic ca 16 Einzel-Samples eines Peaks. Bitte, lieber ArnoR, nicht weiter spammen oder zündeln, hier sind auch andere, die nicht nur destruktiv das Thema interessiert.
Joern Heinrich schrieb: > A) Woher kennst du "garantiert" Details meiner Schaltung? Die wurde > bisher hier nicht veröffentlicht. Du hattest oben schon etwas zum Aufbau geschrieben. Ich hab auch so meine Erfahrungen mit solchen Schaltungen... > B) Abtastrate des AD-Wandelers ist nach der Peakformung. Ich bekomme bei > 200 kHz vom Mic ca 16 Einzel-Samples eines Peaks. Das ist jetzt neu. > Na, lieber ArnoR jetzt wirds doch Deinerseits hier eher programmatisch > unkonstruktiv > Bitte, lieber ArnoR, nicht weiter spammen oder zündeln, hier sind auch > andere, die nicht nur destruktiv das Thema interessiert. Das ist jetzt nicht neu. Schon damals (Open-Geiger-Diskussion) konntest du mit Kritik/Hinweisen/Nachfragen wenig anfangen. Ich will gar nichts destruktives, mich interessiert die Sache auch, allerdings nicht wissenschaftlich, ich möchte nur einen einfachen, empfindlichen Strahlungsdetektor für den Hausgebrauch (z.B. Pilze).
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Dirk schrieb: > Joern Heinrich schrieb: >> Hier half ein Trick weiter: Wenn es schon keinen großen Kristall >> preiswert zu kaufen gibt, werden eben zwei nebeneinander eingesetzt, und >> die Probe dazu so angeordnet, dass sie beide Kristalle hintereinander >> bestrahlt. >> >> Es werden gleichzeitig auftretende Ereignisse besonders gewichtet, so >> dass man davon ausgehen kann, dass wenn ein Quant in beiden Kristallen >> Energie verliert, dass es dann eben mit höherer Wahrscheinlichkeit seine >> Gesamte war. > Hast Du die Energien dann addiert? Wie berücksichtigst Du die Streuung > bzw. den Streuwinkel im ersten Kristall? > > Dirk Ja, die Energien werden bei gleichzeitigen Ereignissen addiert und beiden Sensor-Kanälen zugeschlagen. Man darf aktuell bestimmte Totzeiten der Übermittlung der Daten über USB an den PC mit der vorgegebenen Ereignisshäufigkeit (Strahlungsintensität) nicht überschreiten, sonst gewinnen die niedrigenergetischen Ereignisse, die eigentliche Messung geht sozusagen im Rauschen unter. Einen Unterschied gibt es natürlich in den AMP-Faktoren für die beiden Kanäle. Nie hat man Bauteile mit Null Toleranz, nie hat man eine Platine völlig sauber und mit unendlichem Widerstand. Also muss man erstmal eine Messung beider Sensoren getrennt vornehmen, und dann die Firmware des mic mit individuellem Verstärkungsfaktor für beide Sensor-Kanäle versehen. Um die koinzidierenden Ereignisse energetisch korrekt zu verarbeiten. Nach waschen mit Isopropanol und dest Wasser sind meine beiden Sensor-Kanäle gerade mal 0.5 zu 0.53 um die gleichen Buckel in ihren Spektren zu erzeugen. Streuwinkel kann selbstverständlich nur schwer berücksichtigt werden, weil unbekannt. Hab meine beiden Dioden / Kristalle nebeneinander auf einem PCB, besser wäre jedoch eine dichteste Packung jeweils abwechselnd gegenüberliegender. Wenn das dann 4 in Reihe sind, hast Du bei zeitlicher Koinzidenz aller vier die energetische Auflösung etwa eines Ludlum 2 inch NaI-Kristalls. Ich nenne sowas jetzt einfach ein Gamma-Teleskop... ;-) Nun zu den Anhängen: Uranocircit-Mineral im Schraubdeckel-Glas mit Aktivkohle-Compretten zum Einfang des davon ausgedünsteten Radon, welches leicht und willig an der Aktivkohle hängen bleibt, weil wegen Alpha-Emittenz negativ geladen. Dort haben wir dann eine saubere Radon-Zerfallsreihe verfügbar, ohne Backscatter oder sonstige Effekte der Mineral-Matrix. Die Aktivkohle-Compretten mit adsorbiertem Radon werden in einer Einwegspritze aufgereiht und so angeordnet, dass sie in der Richtung beider Dioden hintereinander zu liegen kommen. Das sich daraus ergebende Spektum nach ca 2 h zeigt 60 kcounts, und wenn man die U238-Zerfallsreihe als Linienmarker darunter legt, nach Sensorempfindlichkeitskorrektur gemäß Datenblatt genau die Peak-Größenverhältnisse die auch erwartet werden. Sogar der kleine 214Bi-2204keV-Peak mit nur rund 5% Wahrscheinlichkeit ist als Stufe im Y-linearen Spektrum zu erkennen. jo, soweit von der Gamma-Spektrometer-Briefmarke
ArnoR schrieb: > Ich will gar nichts destruktives, mich interessiert die Sache auch, > allerdings nicht wissenschaftlich, ich möchte nur einen einfachen, > empfindlichen Strahlungsdetektor für den Hausgebrauch (z.B. Pilze). Alles klar, Du kannst bei Kenntniss des Tchernobyl-Fallouts eigentlich überall Deine Pilze sammeln, ausser an den bekannten Hotspots. Die Kenntniss über den Tchernobyl-Fallout bekommt man z.Bsp auch hier: http://www.davistownmuseum.org/cbm/Rad7b.html Aber die Eu hat auch einen downloadbaren Atlas dazu. Weite Teile Norddeutschlands und Nordpolens sind frei von Kontamination. Österreich hat mit Ostschweden und Finnland außerhalb Weißrusslands und der Ukraine den Hauptteil der Kontamination des explodierten Reaktors erwischt, mit über 180 kBq/m2 Cs137, wobei Cs137 eigentlich nur als Fähnchenträger für die anderen, nicht per Gamma-Spektroskopie auffälligen Krebskandidaten Pu, Eu, U steht. Joern
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Und dann nochmal die Kohlecompretten vom Uranocircit-Mineral bei 120 kcount ....
Alles sehr interessant, aber der Spektrometerteil leuchtet mir noch nicht ganz ein. Vielleicht hab ich einfach nicht genau genug gelesen. Die gezeigten Spektren und Zerfaelle, zu Photonenenergie. Ein Histogramm. Wie werden die Photonenenergien getrennt ? Es gibt ja keine Gitter bei diesen Wellenlaengen.
bitte nachlesen: https://de.wikipedia.org/wiki/Gammaspektroskopie Spektrum: Y-Achse = Häufigkeit; X-Achse = Photonenenergie in keV Detektion: je mehr ein Photon in einem Detektormaterial Energie abgibt (es gibt verschiedene dabei beteiligte Prozesse) umso stärker ist der Lumineszenzblitz, der dabei entsteht und von der Photodiode in einen kleinen Stromimpuls gewandelt wird. Jetzt klar?
@Joern Heinrich: > Wenn Deine Elektronik einzelne Quanten von einer BPW 34 noch bei 60 keV > ablesen kann, bist Du mir ja elektronisch weit voraus... > > Möchtest Du Dein Wissen teilen? Voraus bin ich dir bestimmt nicht, meine Schaltung ist um Größenordnungen simpler als deine. Ich hatte schlechte Erfahrungen gemacht mit Pulsformkorrelation und daher abgespeckt auf eine einfache Kette von Transimpedanzverstärker, Impulsformer zur schnellen Baseline-Restauration, analogem Peak-Detektor und MCU-integriertem ADC. Die MCU hat unmittelbar nach Peak-Sampling den Peak-Detektor zurückgesetzt. Also Lotech, ohne große Geheimnisse. Eines könnte ich mir noch vorstellen. Hast du das FET-Frontend nach deinem Link http://www.linear.com/product/LT1028 verwendet? Glaube ich zwar nicht, aber dann halt für die Mitlesenden, diese Schaltung ist für die BPW34 aufgrund ihrer hohen Eigenkapazität ungeeignet (für Arrays daraus umso mehr). Tatsächlich bewirkt die hohe Diodenkapazität eine starke Rauschüberhöhung im Bereich der Grenzfrequenz des Transimpedanzverstärkers - also genau dort wo der maßgebliche Signalanteil der super breitbandigen Strompulse zu liegen kommt. Entsprechend verbessert alles das Signal, was die Kapazität verringert. Sperrspannung kurz vor Durchbruch (bzw. bei gerade eben noch verschmerzbarem Dunkelstromrauschen) ist schonmal gut. Besonders nett funktioniert aber aktive Kompensation, wie in der hier abgebildeten Schaltung: http://www.linear.com/product/LTC6244 . Selber FET, aber statt also niederkapazitiver Impedanzwandler hier als AC-Servo über der Diode. Der Servo regelt Ladungsänderung an der Diodenkapazität aus, kompensiert also die wirkende Diodenkapazität. Die Reduzierung des Rauschens im Bereich der Grenzfrequenz ist deutlich.
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@SteffenM: Hab Deine Schaltungsvariante (AC-Servo über der Diode) auf dem Steckboard realisiert, und meine leicht betagte MCA-Software für die Soundkarte reengagiert, weil ich starke Störungen bei der Verbindung eines MIC-Masse / Analogeingangs am Detektor feststelle. Anhang: So schmalbandig hab ich den Cs-Peak meiner auf 11 g veraschten 1 kg - Maronen-Probe vom Tchernobyl-Hotspot westlich Rathenow's (zwischen Havel und Elbe) bisher noch nicht mit der FirstSensor X-100 mit 8 mm CsI:Tl-Kristall gesehen. Das zeigt eine HWB (Halbwertsbreite) von gerade mal 80 keV@662keV. Hab einen Peakerkennungs-Algorithmus draufgesetzt, der auf Anstiegsgeschwindigkeit reagiert. Benutzter FET ist nur ein 2N4392, der hat Vnoise 3nV/rtHz@1kHz, Eingangs-Op ist AD 820, Gegenkopplung des TIA: 60 MOhm, 0.5 pF. Am Source des FET hängen 4.7 kOhm, die Diode ist mit 23V vorgespannt und AC-gekoppelt mit dem Source des FET mit 0.47 µF. Der Sensor selber hat halt halt auch beschränkte Auflösung energetischer Art. Danke Dir sehr, Steffen für den Tip mit dem AC Servo... Also kann die FirstSensor X-100 mit Szintillationskristall zumindest an der Soundkarte mit optimierter Peakerkennung zur qualitativen Gammaspektroskopie eingesetzt werden. Joern
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Im Anhang ein Thoriumspektrum (2% ThO in Wolframmatrix, thorierte Schweißelektroden), man sieht gegenüber dem oben dargestellten Th-Spektrum (Schaltung ohne FET-AC-Servo über der Diode) eine höhere Auflösung.
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Die Entwicklung "Gamma-Spektroskopische Dosimetrie mit X100" ging weiter. Hier ein Spektrum von 50g KJ in einer 1 cm dicken Bleiabschirmung (Dachdeckerblei, kein gamma-spektroskopisches) Morgen sieht das Spektrum schon ganz anders aus. Zählrate erst bei 5000 cnt.
Was mich wundert ist, dass hier diese komischen Impulse nach unten hergenommen werden die sich dann langsam der Nulllinie annähern. Ich kenne das so, dass man da dann einen Puse-Shaping-Amplifier dahinter schaltet der aus diesen Impulsen gaußförmige Impulse nach oben macht die auch alle einigermaßen die gleiche Breite (Zeit) haben. Das ist die einstellbare Shapingtime. Von denen wird dann das Maximum ermittelt oder die Fläche darunter. Bei diesen Impulsen nach unten ist ja auch die Fläche zwischen der Kurve und der Nullinie proportional zur Zerfallsenergie, also müsste man eigentlich diese so lange aufsummieren bis das Signal wieder die Nulllinie erreicht hat, und das ist teilweise so lange, dass bei hohen Zählraten schon der nächste Impuls auf den Ausläufern des vorangegangenen sitzt.
Hallo zusammen! Sehr interessant das Alles, Hut ab! Braucht die Diode eigentlich zwingend einen Szintillationskristall vor dem Si? Wenn nicht, wie sähe eine für diese Zwecke "perfekte" Diode aus? Also PIN ist klar, aber Dicke bspw. oder Dunkelstrom...? Grüße Daniel
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