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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Scintillator: keV / Photomultiplier Spannung?


Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Für eine gamma spectroscopy kann man ja einen Kristall (Na(TI)) und eine 
Photomultiplier Röhre benutzen.

Mittels messen der Pulshöhe und der Anazahl der Pulse einer Höhe kann ja 
dann ein Spektrum erstellt werden.

Hierzu wird ja in der X-Achse die einheit KeV eingetragen, und in der 
Y-Achse die Anzahl der Pulse.

Hier noch ein Text dazu:

As the name suggests, a pulse height ana-
lyzer (PHA) measures the height of each in-
put pulse. Special circuitry, including a sam-
ple and hold amplifier and an analog to digital
converter, determines the maximum positive
height of the pulse—a peak voltage as might
be read off an oscilloscope trace.  From the
pulse height, a corresponding channel number
is calculated.  For example, for a PHA hav-
ing 1000 channel capability and a pulse height
measurement range from 0 to 10 V, a pulse
of height 1.00 V would correspond to channel
100, one of 2.00 V would correspond to chan-
nel 200, one of 8.34 V would correspond to
channel 834, etc

Aus dem Dokument 
http://www.phys.ufl.edu/courses/phy4803L/group_I/g...

Das ist soweit auch logisch und alles mit einem ADC und uC machbar. Was 
ich nun hier noch nicht ganz verstehe ist, was eine Röhre pro KeV 
ausgibt.
also z.b. 1000KeV = 1mV oder irgend solch eine Angabe. Ich konnte bis 
jetz nichts finden...
z.b. hier: https://my.et-enterprises.com/pdf/B29B10W.pdf



weiss hier jemand weiter?

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Johnny S. schrieb:

> also z.b. 1000KeV = 1mV oder irgend solch eine Angabe.

eV (Elektronenvolt) und V (Volt) sind zwei völlig verschiedene
Einheiten. eV ist ein Maß für die Energie und V ein Maß für die
elektrische Spannung. Eine direkte Umrechnung ist nicht möglich.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Harald W. schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>
>> also z.b. 1000KeV = 1mV oder irgend solch eine Angabe.
>
> eV (Elektronenvolt) und V (Volt) sind zwei völlig verschiedene
> Einheiten. eV ist ein Maß für die Energie und V ein Maß für die
> elektrische Spannung. Eine direkte Umrechnung ist nicht möglich.

Das ist mir natürlich klar, aber es muss doch einen Bezug geben?

Welcher Wert sagt mir aus, das eine Energie von X KeV, einen 
Ausgangspegel von ..... ergibt?

Autor: markus (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Welcher Wert sagt mir aus, das eine Energie von X KeV, einen
> Ausgangspegel von ..... ergibt?

Das hängt ja vom Kristall und der optischen koppluung zusammen. Je höher 
die Energie, desto mehr Licht wird im Kristall frei und je "besser" das 
Licht vom PMT gesehen wird, desto höher der peak.
Grundsätzlich ist der Gain-Wert des PMT am ehesten für eine Umrechnung 
zu gebrauchen. Letztendlich muss das System aber Energiekalibriert 
werden.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Johnny S. schrieb:

> Das ist mir natürlich klar, aber es muss doch einen Bezug geben?

Wie rechnest Du denn Kilowattstunden in Volt um?

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Harald W. schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>
>> Das ist mir natürlich klar, aber es muss doch einen Bezug geben?
>
> Wie rechnest Du denn Kilowattstunden in Volt um?

Garnicht. Denn direkt hat dies kein bezug. Wenn ich aber einen Sensor 
habe der kWh in Puls wandelt, beruht das ja auf einer Mathematischen 
Funktion
1kW = 10 Pulse oder so.

In dem Dokument steht ja folgende:

For example, for a PHA hav-
ing 1000 channel capability and a pulse height
measurement range from 0 to 10 V, a pulse
of height 1.00 V would correspond to channel
100, one of 2.00 V would correspond to chan-
nel 200, one of 8.34 V would correspond to
channel 834

Das bedeuted ja das pro 100keV = 1V, in dieser Applikation. Also muss es 
ja irgend eine Rechnung geben der folgende Frage klärt:

1 Teilchen mit 300keV erzeugt am Ausgang der PHT eine Spannung von X 
welche durch den Verstärker mit Verstärkung Y auf die Spannung Z 
verstärkt wird.

Autor: markus (Gast)
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Es gibt keinen festen umrechnungsfaktor, der nur vom pmt abhängig ist. 
Wenn du weist, wieviel licht in deinem pmt ankommt, kannst du anhand der 
verstärkung, die im datenblatt angegeben ist die ausgangsspannung 
berechnen. Um jedoch die lichtmenge zu bestimmen, welche bei einer 
bestimmten energie vom pmt gesehen wird, müsste man diverse weitere 
infos über den detektoraufbau haben.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Johnny S. schrieb:
> also z.b. 1000KeV = 1mV oder irgend solch eine Angabe.

Das hängt von der Verstärkung des Photomultipliers und der Güte der 
optischen Kopplung ab.
Du müsstest das, wie auch in der Versuchsbeschreibung, mit einer 
bekannten Strahlungsquelle kalibrieren.
Besonders die Hochspannungsversorgung des Photomultipliers (PMT) muß 
sehr gut stabilisiert sein, weil die Verstärkung exponentiell mit der 
Versorgungsspannung steigt.

Der Kristall muss groß sein, damit das Teilchen möglichst seine gesamte 
Energie darin abgibt, denn nur dann gibt es eine Proportionalität 
zwischen der Energie und der Zahl der erzeugten Photonen.

Zur Verringerung von Reflexionsverlusten wird der Kristall mit einem 
Tropfen Silikonöl direkt auf die Frontplatte eines Head-On-Multipliers 
geklebt und ausserdem mit einem gut lichtreflektierenden PTFE-Band 
umwickelt, damit möglichst jedes erzeugte Photon auf der Photokathode 
landet.
Die spektrale Empfindlichkeit der Photokathode muss der blauen 
Lichtemission entsprechen.
Ein PMT, der auch im langwelligeren, vielleicht sogar roten Bereich 
empfindlich ist, hat ein zu großes thermisches Rauschen.
Wegen der erforderlichen guten optischen Kopplung sind auch nur Head-On 
PMT brauchbar. Die preisgünstigen 9-stufigen PMT für seitliche 
Beleuchtung haben gewöhnlich auch weniger Verstärkung als die 
Head-On-Typen.

Bevor du dich in ein teures Abenteuer mit diesen Teilen stürzt, solltest 
du dir vielleicht einmal anschauen, was Hobbyisten mit preiswerten 
Si-Photodioden -und ohne Szintillator- besonders im niederenergetischen 
Bereich zustande gebracht haben.

: Bearbeitet durch User
Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Hp M. schrieb:
> Du müsstest das, wie auch in der Versuchsbeschreibung, mit einer
> bekannten Strahlungsquelle kalibrieren.

Hmm, das währe ist prinzipiell möglich, mir geht es primär um die 
Auswahl der Verstärker und teile, also ob Verstärkung 100,500,1000 oder 
so denn "einfach drauf losbasteln" wird ja wohl ned klappen :-)

"kalibrieren" könnte ich mit Cs137,Co60 Scheiben, welche ich schon für 
Geiger-Experimente benutzt habe


> Bevor du dich in ein teures Abenteuer mit diesen Teilen stürzt, solltest
> du dir vielleicht einmal anschauen, was Hobbyisten mit preiswerten
> Si-Photodioden -und ohne Szintillator- besonders im niederenergetischen
> Bereich zustande gebracht haben.

Oh, garnicht gewusst das es damit auch geht! Wusste nur von Pin-Dioden 
Geigerzählern.

Wie aber einige Google-Suchen zeigen, scheinen diese Si-Photodioden nur 
im Bereich >200 keV tauglich zu sein.

Autor: Lurchi (Gast)
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Aus den Daten zum Kristall (Material) und der Güte der Kopplung kann man 
in etwa abschätzen wie viele Photonen man pro keV an Gamma Energie 
erhält.
Die höher der Pulse die der PMT liefert ist sehr stark von der Spannung 
abhängig. Da kann man also die Pulshöhe schon über einen größeren 
Bereich anpassen. Wie groß die Pulse (als Ladungsmenge gemessen) werden 
dürfen hängt vom PMT ab. Was dann als Spannung raus kommt hängt auch 
noch von der Strom-Spannungswandlung hinter dem PMT ab. Da wird man in 
der Regel auch mehr als einfach einen 50 Ohm Widerstand brauchen, eher 
einen TIA im Bereich 100 KOhm.

Autor: Thomas Z. (thomas_z41)
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Der Gain der im Datenblatt des PMT angegeben ist stimmt meist nur sehr 
grob. Wir haben hier neue PMT's deren Gain innerhalb einer Charge um 
eine Faktor 2 variieren.
Wenn man Kalorimetrie betreiben möchte muss man seinen Aufbau immer erst 
einmal Kalibrieren, anders kommt man nicht zu vernünftigen Ergebnissen.

Autor: rmu (Gast)
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Hier https://arxiv.org/pdf/1606.01196v1.pdf wird ein µ-counter mit einem 
SiPM als Detektor und AVR (arduino nano) beschrieben. Die SiPMs dürften 
um einiges günstiger sein als die Röhren, und kommen offenbar mit einer 
recht einfachen Beschaltung aus. Das könnte man ja eventuell durch Wahl 
eines passenden Szintillators für die Gamma-Spektroskopie adaptieren?

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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rmu schrieb:
> Hier https://arxiv.org/pdf/1606.01196v1.pdf wird ein µ-counter mit einem
> SiPM als Detektor und AVR (arduino nano) beschrieben. Die SiPMs dürften
> um einiges günstiger sein als die Röhren, und kommen offenbar mit einer
> recht einfachen Beschaltung aus. Das könnte man ja eventuell durch Wahl
> eines passenden Szintillators für die Gamma-Spektroskopie adaptieren?

Das Problem dürfte hierwohl eher daran liegen, das man noch eine Art 
fokussierung bauen muss. Z.b. hat die PMT meiner Wahl einen Durchmesser 
von 51mm, das heisst ein 51mm Kristall kann montiert werden. Bei einer 
Halbleiterlösung bräuchte man ja dann etwas um die Fläche zu bündeln, 
oder mehrfache Bauteile unter dem Kristall.

Laut Google gibt es Hauptsächlich zwei Arten von gamma sprectroscopy, 
die mit einer PMT (die günstige) und solche mit massiven Halbleitern 
welche Kühlung benötigen (z.b. Germanium), da kostet aber das Bauteil 
schnell mal 5000$ ohne drumherum.

Einen mit PMT kann man für nichtmal 100€ bauen. Auf ebay gibt’s sogar 
professionelle (Bicron) Scintillation Probes für rund 350$

Autor: Lurchi (Gast)
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So weit ich es mitbekommen habe sind die SiPMTs doch noch einiges 
schlechter als ein echter PMT - insbesondere für das bläuliche Licht der 
üblichen Scintilator Kristalle. Für den NIR Bereich mögen die SiPMTs 
ggf. eine Alternative sein, einfach weil da die klassischen PMTs 
deutlich schlechter werden.

Nur der Vollständigkeit halber gib es auch noch Gamma Spektrometer als 
Tieftemperatur- ( <<1 k) Bolometer. Die sind sogar noch etwas höher 
auflösend als die Ge Sensoren, aber auch noch teurer und aufwändiger.

Wenn PMT und Scintilator zueinander passen hat das schon einen 
deutlichen Vorteil.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Also, ich bin schonmal etwas weiter:

http://www.physi.uni-heidelberg.de/~fschney/detekt...

Hier wird angegeben, das bei einem Nai(Ti) Crystal 38'000 Photonen per 
MeV erzeugt werden.

Bei Cs137 wärehn es ja 661 keV, also 25'000

Daraus resultiert ja die % der Photonen die erkannt werden können:

25000*3/10^6 = 7.5% = 1875 Photonen werden erkannt


Hier meine bevorzugte PMT:
https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/R9420_...

Wie kann ich jetz anhand der Werte rausfinden was die PMT an Strom 
ausgibt?

Autor: Lurchi (Gast)
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Von der Optik hängt ab wie viele der Photonen am PMT wirklich erkannt 
werden. Das sollten eigentlich mehr als 7,5 % sein. Ich würde da eher so 
mit 10-25% rechnen. Schließlich sind sind die PMT für blauers licht 
recht empfindlich.

Was der PMT an Strom (bzw. genauer Ladung) raus gibt, hängt von der 
Verstärkung (und damit der Spannung) ab. Für die Größenordnung gibt es 
im Datenblatt üblicherweise Angaben. Viel hängt aber von der benutzten 
Spannung ab. Für den genannten Type wäre eine Verstärkung von vielleicht 
300000 passend bzw. gut zu erreichen. Man kann da aber auch einiges 
anpassen.

Die aus den 1800 Photonen werden damit etwa 5E8 elektronen oder 8 E-11 
As. An einem 100 pF Kondensator am Ausgang / TIA wäre dass ein 
Spannungshub von etwa 0,8 V. Bei mehr Kapazität für einen längeren Puls 
halt auch weniger. Kleiner kriegt man den Puls auch durch eine 
niedrigere Verstärkung / Spannung am PMT.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Johnny S. schrieb:
> 25000*3/10^6 = 7.5% = 1875 Photonen werden erkannt

Wie kommst du auf 7,5%?
Im Datenblatt ist doch eine Quanteneffizienz von etwa 25% bei 400nm 
angegeben, und über einen etwas weiteren Spektralbereich sind es 
immerhin noch mindestens 20%.
D.h.  von deinen 25000Photonen, gehen durch optische Verluste vielleicht 
30% verloren, bleiben 17500, und von denen löst jedes fünfte ein 
Photoelektron aus, also 3500 Elektronen.
Die werden dann vom Multiplier um den Faktor 400.000 verstärkt (bei 
Betrieb 100V unter der Maximalpannung), und so kommen am Schluss 1,4E+9 
Elektronen oder 0,23nC raus.
Wenn diese 0,23nC in 10µs anfallen (NaI ist nicht sehr schnell), 
entpricht das einem mittleren Stromimpuls von 23µA.

: Bearbeitet durch User
Autor: MWS (Gast)
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Denke mal, dass Dich das hier interessieren könnte:
http://www.theremino.com/wp-content/uploads/2012/0...
Seite 4

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Hp M. schrieb:
> Wie kommst du auf 7,5%?
> Im Datenblatt ist doch eine Quanteneffizienz von etwa 25% bei 400nm
> angegeben, und über einen etwas weiteren Spektralbereich sind es
> immerhin noch mindestens 20%.
Im pdf kommen Sie mit 38'000 Phothonen auf 11.3%.... siehe Seite 5 
"Quality of scintillator)


> D.h.  von deinen 25000Photonen, gehen durch optische Verluste vielleicht
> 30% verloren, bleiben 17500, und von denen löst jedes fünfte ein
> Photoelektron aus, also 3500 Elektronen.
> Die werden dann vom Multiplier um den Faktor 400.000 verstärkt (bei
> Betrieb 100V unter der Maximalpannung), und so kommen am Schluss 1,4E+9
> Elektronen oder 0,23nC raus.
> Wenn diese 0,23nC in 10µs anfallen (NaI ist nicht sehr schnell),
> entpricht das einem mittleren Stromimpuls von 23µA.

10uS? ... das würde ja in einem maximum von 100k Counts pro Sekunde 
machen... so wenig?

MWS schrieb:
> Denke mal, dass Dich das hier interessieren könnte:
> http://www.theremino.com/wp-content/uploads/2012/0...
> Seite 4

Auch hier 100uS Pulsdauer... irgendwas versteh ich wohl noch ned


Vorallem bei 100uS brauch ich mir ja keine gedanken um einen passenden 
ADC zu machen, 10ksps kann jeder Feld-Wald-Wiesen ADC

Scheinbar scheinen solche Spektrometer überhaupt nicht so schwierig wie 
gedacht zu bauen sein, vorallem wenn man den "Theremino" anschaut, n 
paar Standartbauteile auf ne simpel geroutete Platine und fertig ist die 
Mühle?
Kann es sein das die Theremino drauf abziehlt einen Geigerzähler zu 
sein, nicht ein Gammaspectrometer?
Ein Geigerzähler zählt ja die Strahlungsimpulse (egal welches Isotops) 
ein Spectrometer zeigt mir an aus WAS die Strahlung besteht.

Warum versuchen dann Firmen Scintillator Probes für >6000$ zu verkaufen, 
wenn die Bauteile inklusive Kristall vlt 500 Wert sind? Hohe 
gewinnabsicht ist klar, aber so hoch?

Ich meinte für Spectrometer etwas von pulsen im Bereich von 10nS, 
matched lenght ENIG pcb layout und high-speed ADCs (>1Msps) gelesen zu 
haben... bin ich hier komplett auf dem Holzweg?!

Autor: MWS (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Kann es sein das die Theremino drauf abziehlt einen Geigerzähler zu
> sein, nicht ein Gammaspectrometer?

Nein, das spektrometriert schon und geigert nicht. Wenn Du Dich genauer 
einliest, dann siehst Du typische Spektren. Kann ich auch bestätigen, es 
gibt zwar diverse Schwächen, die einer professionellen Nutzung etwas 
entgegenstehen, aber ansonsten funktioniert das Ding für solch eine 
simple Lösung erstaunlich gut.

Dem eigentlichen Problem, dem Du Dich stellen darfst, ist die Erkennung 
"guter" Impulse, also das, was die Theremino Software macht, denn Pulse 
überlagern sich und defekte Kurvenformen müssen ausgeschlossen werden. 
Dafür ist im PC genügend Rechenleistung vorhanden, beim µC je nach Typ 
evtl zu wenig. Die eigentliche Messung per ADC sollte nicht das Problem 
sein.

Hättest Du die Theremino-Hardware, würdest Du bei der der 
Oszilloskop-ähnlichen Ansicht der Pulse (View Pulses) unter "Rejected" 
sehen, was da alles rausgeworfen wird, das zu filtern könnte mit dem µC 
eine interessante Aufgabe werden.

Autor: Lurchi (Gast)
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Man will schon, dass die Pulse sich nur sehr selten überlappen. Daher 
sollte die maximale Pulsrate schon deutlich unter 1/(10*Pulslänge) 
liegen. Je nach Untergrund bzw. Schwelle und Größe des Kristalls kann 
man schon mal über 100 Pulse je Sekunde bekommen, allein vom 
Hintergrund. Mit einer echten radioaktiven Probe auch deutlich mehr. Mit 
100 µs Pulslänge hat man da schon nicht mehr so viel Reserve. Auch wird 
bei so langen Pulsen das Rauschen etwas größer.

Bei der Auswertung der Pulse hat man 2 Optionen: Klassisch die 
Spitzenwerte analog speichern per Peak-Detektorschaltung und dann einmal 
per ADC auswerten. Da reicht auch ein eher langsamer ADC. Alternativ 
tastet man deutlich schneller ab, und berechnet die Fläche unter dem 
Puls in Software. Damit kann man ggf. auch Pulse noch verarbeiten, wo 
der vorherige nicht zu 100% abgeklungen ist.
Von der Bearbeitung sollte das auch ein µC noch schaffen - zumal man 
beim 2. Weg auch eher einen ADC mit 1 MSPS oder ähnlich haben will, also 
eher ein ARM als 8051.

Je nach Größe und Qualität sind die Kristalle auch schon einiges teurer. 
Da kann man auch schon mal über 2000 EUR allein für den Kristall kommen.
Die reine Elektronik zur Auswertung ist tatsächlich nicht mehr so 
aufwändig, aber die Stückzahlen sind klein und damit einiges für die 
Entwicklung und die Software zu zahlen.

Autor: MWS (Gast)
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Lurchi schrieb:
> sollte die maximale Pulsrate schon deutlich unter 1/(10*Pulslänge)
> liegen.

Nach Deiner Rechnung 1000 Impulse/s. Wenn eine Probe bei einem etwas 
größeren NaJ auf diese Rate kommt, wird's Zeit für ein paar Bleiziegel. 
Wenn ich recht erinnere, kam eine schwache Caesium-Kalibrierquelle auf 
180 Pulse/s und die ergab dann einen schönen Peak mit um die 3% fwhm.

> man schon mal über 100 Pulse je Sekunde bekommen, allein vom
> Hintergrund.

Yep. Das ist Leerlauf.

> Mit 100 µs Pulslänge hat man da schon nicht mehr so viel Reserve.
> Auch wird bei so langen Pulsen das Rauschen etwas größer.

Du verwechselst dabei nicht Milli- mit Mikrosekunden?

> Je nach Größe und Qualität sind die Kristalle auch schon einiges teurer.
> Da kann man auch schon mal über 2000 EUR allein für den Kristall kommen.

Neu vom Hersteller - möglich, bei Ebay für 80-150.-, nach NaI(Tl) 
suchen. Vom freundlichen Händler aus der Ukraine. Aufpassen dass die 
Schutzumhüllung nicht beschädigt ist, NaI bzw. NaJ ist hygroskopisch.

> Die reine Elektronik zur Auswertung ist tatsächlich nicht mehr so
> aufwändig, aber die Stückzahlen sind klein und damit einiges für die
> Entwicklung und die Software zu zahlen.

Nicht unbedingt, hier etwas aus Australien, für 2000.- gibt's da schon 
nette Komplettsets ganz ohne Basteln:

http://gammaspectacular.com/

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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MWS schrieb:
> Nach Deiner Rechnung 1000 Impulse/s. Wenn eine Probe bei einem etwas
> größeren NaJ auf diese Rate kommt, wird's Zeit für ein paar Bleiziegel.
> Wenn ich recht erinnere, kam eine schwache Caesium-Kalibrierquelle auf
> 180 Pulse/s und die ergab dann einen schönen Peak mit um die 3% fwhm.

180 Pulse? Bei eine 5uCi CS137 bringt ja ein billig-Geigerrohr SBM20 
schon 95'000 CPM!! Müssten dann ja so um die 1500 pulse pro sekunde 
sein. Oder ist ein Kristall weniger empfindlicher?

> Neu vom Hersteller - möglich, bei Ebay für 80-150.-, nach NaI(Tl)
> suchen. Vom freundlichen Händler aus der Ukraine. Aufpassen dass die
> Schutzumhüllung nicht beschädigt ist, NaI bzw. NaJ ist hygroskopisch.

Jop hab mir ebay angeschaut, und neue Chinakristalle sind für 300$ zu 
haben

Richtig übel teuer werden erst die LaBr Kristalle :)

Autor: MWS (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> 180 Pulse? Bei eine 5uCi CS137 bringt ja ein billig-Geigerrohr SBM20
> schon 95'000 CPM!! Müssten dann ja so um die 1500 pulse pro sekunde
> sein. Oder ist ein Kristall weniger empfindlicher?

Ist 'ne 660 Beq Quelle, die reicht völlig zum Kalibrieren und erfordert 
keine Umgangsgenehmigung, die für Cs137 ab 10000 Beq benötigt wird.

5 uCi entspricht 185000 Beq, rechnet man das runter, so käme man auf 5,6 
cps für das SBM bei 660 Beq.

Viel hilft hier also nicht automatisch viel, man wählt einfach die 
Messzeit länger.

Wenn die Pulse zu schnell aufeinander folgen, dann überlagern diese und 
werden verworfen. Außerdem will man meist nicht schnell messen, sondern 
geringe Strahlung und die verursachenden Elemente entdecken.

> Jop hab mir ebay angeschaut, und neue Chinakristalle sind für 300$ zu
> haben

Gebrauchte komplette Rohre kosten auch nicht die Welt und haben bereits 
einen Mu-Metall Schirm.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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MWS schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>> 180 Pulse? Bei eine 5uCi CS137 bringt ja ein billig-Geigerrohr SBM20
>> schon 95'000 CPM!! Müssten dann ja so um die 1500 pulse pro sekunde
>> sein. Oder ist ein Kristall weniger empfindlicher?
>
> Ist 'ne 660 Beq Quelle, die reicht völlig zum Kalibrieren und erfordert
> keine Umgangsgenehmigung, die für Cs137 ab 10000 Beq benötigt wird.

Hier in der Schweiz ab 700'000 Bq, = 18uCi bei Cs137

Ich werde mir wahrscheinlich noch weitere Scheiben zulegen, leider sind 
die aber auch nicht ganz günstig...

Und nen Rauchmelder und zerlegen wie es in div. Youtubeviedos gezeigt 
wird, möchte ich nicht, zu riskannt. Bei den Meldern kann man das Alpha 
auch so durchs Gehäuse detektieren, aber nur sehr sehr schwach.

Alpha währe auch noch interessant, aber die verfügbaren Quellen haben 
alle so niedrige Halbwertszeiten, und über 100$ für 200T 
Halbwertszeit...naja

Es ging nicht um "viel hilft viel", ich hatte einfach nur eine 5uCi und 
eine 10uCi Scheibe zur verfügung um die SBM zu testen.



> Gebrauchte komplette Rohre kosten auch nicht die Welt und haben bereits
> einen Mu-Metall Schirm.

Jop, getestet (mit Bildern) ab 300 USD.

Ich werd für den Anfang aber definitiv einen Ebay-Kristall holen, das 
"basteln" soll ja nicht zu kurz kommen :-) bei fertigen dingen fehlt 
hald der "selbstbau" Teil.

Ich werde wohl das Theremino-Modul klonen... Scheint tatsächlich relativ 
einfach zusein, vor allem wenn das mit einer china-USB-Soundkarte sogar 
noch brauchbaren Erfolg bringt.

Wenn ich das Thema bischen ausprobiert hab, darf es dann ein gebrauchtes 
professionelles Rohr sein.

Autor: Christoph E. (stoppi)
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Autor: Lurchi (Gast)
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Wie hoch die Zählrate ist, hängt auch davon ab, wo man bei kleinen 
Energien abschneidet. Wenn man da auch kleine Werte (z.B. 20 keV) 
zulässt, kommt man auch vom Hintergrund schon recht hoch ( > 100 je 
Sekunde). Zu kleinen Energien kommen da schon eine Menge Pulse. Auch 
wenn die einen nicht interessieren, können die bei Überlagerung auch 
schon etwas stören.

Im Vergleich zu einem Geiger-Müller-Zählrohr sind die Zählraten deutlich 
(durchaus mehr als 100-fach) höher, schon einfach weil viel mehr Massen 
im Empfindlichen Volumen ist und damit mehr Gamma Strahlung absorbiert 
wird.

Zum Abgleich reicht auch schon eine recht schwache Quelle, halt so dass 
man deutlich über dem Hintergrund in dem Spektralbereich ist. Da reichen 
ggf. auch schon 500g Kaliumsalz.

Auch mit 100 Hz Zählrate und 100 µs Pulslänge hat man schon eine etwa 1 
% Chance das die Pulse stark überlappen (so dass man Pulse verwerfen 
sollte bzw. falsche Werte bekommt) und mehr für eine leichte 
Überlappung, die man ggf. mit aufwändiger Software noch korrigieren 
könnte. Eine lange Pulsbreite ist also schon eine gewisse Einschränkung.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Lurchi schrieb:
> Wie hoch die Zählrate ist, hängt auch davon ab, wo man bei kleinen
> Energien abschneidet. Wenn man da auch kleine Werte (z.B. 20 keV)
> zulässt, kommt man auch vom Hintergrund schon recht hoch ( > 100 je
> Sekunde). Zu kleinen Energien kommen da schon eine Menge Pulse. Auch
> wenn die einen nicht interessieren, können die bei Überlagerung auch
> schon etwas stören.
Kann man das "konfigurierbar" machen, also wenn man z.b. tatsächlich den 
Hintergund überwachen möchte - oder dann doch ein "Prüfstück" 
analysieren möchte


> Auch mit 100 Hz Zählrate und 100 µs Pulslänge hat man schon eine etwa 1
> % Chance das die Pulse stark überlappen (so dass man Pulse verwerfen
> sollte bzw. falsche Werte bekommt) und mehr für eine leichte
> Überlappung, die man ggf. mit aufwändiger Software noch korrigieren
> könnte. Eine lange Pulsbreite ist also schon eine gewisse Einschränkung.

Ich glaube ich verstehe es immer noch nicht ganz :(

Wieso ist die Überlagerung ein Problem? Wenn man die Röhre doch mal 
"eingemessen hat", braucht man doch nur das Signal zuzuordnern?

Alles was nicht auf ein Isotop passt, kann doch sowiso verworfen werden?
Also "ablauftechnisch" irgendwie so:

ADC misst ein Puls 5V

Am241 = 3V
CS137 = 4.5V
Iso-Irgendwas = 5.5V

-> Signal wird verworfen.


Und bezüglich "ignorierter" Pulse, das würde ja dann einfach die 
"Messzeit bis zum brauchbaren Ergebnis vergrössern, oder?

: Bearbeitet durch User
Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
da gibt es auf Seite 6-7 eine Erklärung zur Pulsüberlappung

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Überlappen den die Pulse TATSÄCHLICH oder ist dies nur die folge der 
nachgeschalteten Elektronik?

Wenn von der Röhre aus, ein Puls mit einer "Bogenform" kommt, also zb. 
aufsteigen von 0 zu 10mV, und danach abfallend auf 0V, würde es doch 
reichen, andauernd zu vergleichen Spannung < Spannung "gerade eben", und 
wenn das wahr ist, den Puls sozusagen "abzuwürgen", die Signalform würde 
dann so wie ne Phasenabschnitt aussehen.

Oder denke ich falsch?

Autor: Lurchi (Gast)
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Die Signale kommen nicht regelmäßig mit festem Abstand, sondern zu 
weitgehend zufälligen Zeiten. Wenn die Zeit zwischen 2 einfallenden 
Teilchen klein ist, erhält man keine 2 getrennte Pulse, sondern in 
erster Näherung die Summe zu jedem Zeitpunkt. Das kann dann dazu führen, 
dass statt 2 kleinen Energien eine größere Erkannt wird. Je nach Aufwand 
kann man das meistens an Hand der Pulsform erkennen und die Pulse 
verwerfen. In jedem Fall führt das aber zu erhöhten Fehlern, denn die 
Erkennung kann nicht perfekt sein und auch eine leicht erhöhten 
Messzeit, was aber i.A. das kleinere Problem ist, denn es sind ja nur 
relativ wenige Pulse die entfallen.

Bei der sehr einfachen Form der Auswertung gibt es ggf. nach einem Puls 
eine Totzeit, etwas von einem langsamen ADC. Diese Totzeit führt zu 
etwas längerer Messzeit, ist also nicht so schlimm wie zu stark gedehnte 
Pulse.

Vom Kristall und Photomulitplier selber sind die Pulse noch sehr kurz 
(100 ns Bereich, vor allem vom Kristall). Hinter PM dehnt man i.A. den 
Puls um die Auswertung zu vereinfachen. Da sollte man es aber nicht 
übertreiben.

Es gibt auch einige wenige Fälle wo die Signal oft in Gruppen kommen, 
also etwa ein Zerfall mit langer Halbwertzeit gefolgt von einem mit sehr 
Kurzer Zeit. Auch kosmischer Hintergrund kommt etwa in Gruppen, etwa als 
Myonen-Schauer, wo dann für eine kurze Zeit (z.B ms) auch mal deutlich 
mehr Pulse zusammen kommen. Die Überlappung ist also etwas kritischer 
als man rein von zufälligen Pulsen erwartet.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Lurchi schrieb:
> Die Signale kommen nicht regelmäßig mit festem Abstand, sondern zu
> weitgehend zufälligen Zeiten. Wenn die Zeit zwischen 2 einfallenden
> Teilchen klein ist, erhält man keine 2 getrennte Pulse, sondern in
> erster Näherung die Summe zu jedem Zeitpunkt. Das kann dann dazu führen,
> dass statt 2 kleinen Energien eine größere Erkannt wird.

Das währe ja nur so, wenn der zweite Puls stärker ist wie der erste. Die 
Spannung kann ja nur höher werden, nicht sich mit sich selber addieren. 
Wenn auf ein Puls von 10mV, einer mit 5mV folgt, ist das maximum 
immernoch 10mV, und nicht 15mV. Wenn auf einen Puls von 10mV ein Puls 
mit 11mV folgt, ist das maximum 11mV.

Meine Idee war die folgende:

Es gibt ja eine maximal mögliche Spitzenspannung, und eine minimal 
mögliche Spitzenspannung.

Lassen wir es 0.5mV  bis 10mV sein. Kann man jetz nicht etwas bauen, das 
bei grösser 0.7mV eine Messung beginnt und solange misst bis die 
Spannung wieder unter 0.7mV gefallen ist. Von den gesammelten 
Messergebnissen, ist dann das höchste der "zählende Puls".

Sowas muss doch baubar sein. Prinzpiell währe es ja für den 
ADC/Softwareteil vollkommen egal, wie das Pulssignal ausschaut. Es muss 
ja nur das Pulsmaximum vorhanden sein.

Man müsste ja nur etwas bauen können, was einem ADC jeweils den lezten 
Spitzenwert liefert, und ein Signal dem uC, wenn der Spitzenwert 
geändert hat, damit der neue eingelesen werden kann.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
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Johnny S. schrieb:
> Alles was nicht auf ein Isotop passt, kann doch sowiso verworfen werden?

Und wenn in der Probe, wie es für den radioktive Mineralien typisch ist, 
mehrere Elemente und Isotope vorhanden sind, die alle mit 
unterschiedlichen Energien vor sich hin strahlen?
https://de.wikipedia.org/wiki/Zerfallsreihe

Autor: Lurchi (Gast)
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Wenn 2 Pulse dich zusammen kommen kriegt man eine Signal mit anderer 
Form und i.A. auch höherer Amplitude. In jedem Fall kriegt man statt der 
2 Signale irgendwann nur einen erkannten Puls und der ist dann i.A. 
größer. Auch vor dem Maximum des kleineren Pulses steigt das Signal 
bereits an und kann sich so zum anderen Puls addieren. Die Zeit ist da 
aber tatsächlich kürzer. Länger dauert es bis der erste Puls so weit 
abgeklungen ist, das er unter der Fehlergrenze (die liegt meist deutlich 
niedriger als die untere Schwelle) liegt.

Die besser Auswertung zeichnet die Form des Peaks auf, und kann so 
erkennen, wenn die Form nicht stimmt, weil etwa 2 Pulse zusammen 
vorliegen. Die Ereignisse kann man dann verwerfen, bzw. wenn die Pulse 
schon weit auseinander liegen ggf. auch den Fehler korrigieren. 
Allerdings wird da der Aufwand ggf. hoch, wenn man die Pulse sehr kurz 
hat. Durch eine ggf. längere Pulsform braucht man ggf. die aufwändigere 
Auswertung auch, wenn man die ganze Form per ADC abtastet.

Einfach nur digital auszeichnen und nach Maximalwerten suchen ist da 
noch keine so gute Strategie. Die Information ist eher die Fläche des 
Peaks und bei 2 Pulsen dicht zusammen will man nicht den Maximalwert der 
Spannung, sondern die Größe der beiden Peaks die sich da überlagern. Man 
muss auch berücksichtigen dass man zu einem großen Peak, an dem man 
interessiert ist ggf. gar nicht so selten noch einen kleinen Peak hat, 
der für sich alleine unter der Schwelle ist. Trotzdem kann der kleine 
Puls schon die Amplitude für einige Zeit danach beeinflussen.

Autor: Johnny SGT (sgt_johnny)
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Lurchi schrieb:
> Einfach nur digital auszeichnen und nach Maximalwerten suchen ist da
> noch keine so gute Strategie. Die Information ist eher die Fläche des
> Peaks und bei 2 Pulsen dicht zusammen will man nicht den Maximalwert der
> Spannung, sondern die Größe der beiden Peaks die sich da überlagern. Man
> muss auch berücksichtigen dass man zu einem großen Peak, an dem man
> interessiert ist ggf. gar nicht so selten noch einen kleinen Peak hat,
> der für sich alleine unter der Schwelle ist. Trotzdem kann der kleine
> Puls schon die Amplitude für einige Zeit danach beeinflussen.

Anbei ein Bild, wie ich es meinte. Die blaue Linie ist das echte Signal 
vom PMT, die Orange ist das Signal das den ADC erreicht, und die graue 
ein Signal, welches angibt das entweder 0 ist, oder ein neuer Peak da 
ist.


Schade, ich hoffte das eine weitgehend "analoge" Verarbeitung möglich 
ist.
Wie haben die das den früher gemacht, als noch keine leistungsfährigen 
Recheneinheiten verfügbar waren?

Gibt’s irgendwo Beispielcode wie man solche Signale/Pulsformen 
verarbeiten kann?


Aktuell sieht es danach aus, das die "Soundkarten-Messung" mit der PRA 
Software vermutlich das einfachste ist. Vermutlich währe ein Rasberry PI 
mit Win10 am einfachsten.

: Bearbeitet durch User
Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Johnny S. schrieb:
> Wie haben die das den früher gemacht, als noch keine leistungsfährigen
> Recheneinheiten verfügbar waren?

Es gibt/gab den sog. NIM-Standard, dessen Signalpegel sich an die 
Ausgangssignale von Photomultipliern anlehnten, siehe z.B.:

https://de.wikipedia.org/wiki/Nuclear_Instrumentat...

Damals hat man dann wirklich schränkeweise Elektronik auf Basis von 
NIM-Modulen zusammengestellt, um die Signale von ein paar 
Photomultipliern auszuwerten. Die relevantesten Hersteller 
entsprechender Module waren LeCroy, Ortec und Elscint. Da damals 
üblicherweise auch die vollständigen Schaltpläne der Module mitgeliefert 
wurden, sollte man diese auch heutzutage recht gut im Internet finden 
können. Ein sehr wichtiges Stichwort ist hierbei "multi channel 
analyzer", welches teilweise statt "puls height analyzer" verwendet 
wird. Allerdings muss man da auch noch eine Unterscheidung zu 
Geräten/Modulen machen, die entsprechenden Histogramme nicht nach 
Pulshöhen, sondern nach Zeitabständen zwischen Pulsen auftragen.
Für solche Zeitkorrelatoren war Malvern Instruments der führenden 
Anbieter.

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