Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
W2 Usługi badań i pomiarów
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

cheval de bataille 25 Lut 2019 22:39 4188 12
  • Większość amatorskich konstrukcji detektorów promieniowania jonizującego opartych jest o lampy Geigera-Mullera, w tym wpisie chciałbym Wam przedstawić inną konstrukcję, opartą o detektor półprzewodnikowy, którym tu jest fotodioda.

    Plusem takiego rozwiązania jest:
    - brak konieczności stosowania lamp GM, które są dość drogie.
    - brak konieczności stosowania wysokich napięć (w liczniku GM ok. 400V)
    - mały rozmiar sensora (dioda jest bardzo mała w stosunku do tubki GM).

    Minusami jest:
    - konieczność stosowania wzmacniaczy dość dobrej jakości
    - konieczność dobrej izolacji przed zakłóceniami elektromagnetycznymi i przed źródłami światła.

    Poniżej widać schemat zbudowanego przeze mnie urządzenia.
    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    W stosunku do schematu, w trakcie montażu i testów naniosłem następujące zmiany:
    - U1 to OPA657U
    - U2 to OPA656U
    - 2p kondensator połączony równolegle z R6
    - 820k rezystor między U2 i gniazdkiem BNC
    - C3 nie jest zamontowany.
    - D1 to BPW34

    Wnętrze sensora wygląda po rozmontowaniu jak na obrazku poniżej.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Na zewnątrz wygląda brzydziej, bo tą obudowę stosowałem do poprzednich wersji, więc ma masę dziurek, które musiałem zalepić taśmą miedzianą/aluminiową. Miejsce na diodę jest wywiercone w obudowie, by obudowa nie tłumiła sygnału, zasłonięte jest tylko wcześniej wspomnianą taśmą.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera
    Poniższy diagram (w LATEXie) pokazuje, jak ten sensor podłączyłem, by zebrać z niego wyniki, całość jest przesadnie skomplikowana, bo kabel USB nie sięgał mi do stołu gdzie ten sensor się znajduje (a z USB-przedłużaczem nie działało) , więc dodałem Raspberry Pi. Oscyloskop jest temu, że nie mam komparatora polutowanego dla tego akurat układu, używam więc wyjścia ext-trigger do tego, by sterować STM32 (tego kodu nie publikuję bo nic ciekawego tam nie ma - liczy ile było impulsów i przez UART i USB śle co 60 sekund tą wartość do Raspbery).

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Tak wygląda na oscyloskopie przykładowe zarejestrowanie impulsu.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Co do maliny, skrypt w pythonie odczytuje dane z portu COM i mógłby tworzyć z nich pliki wynikowe (u mnie wykresy, jak poniżej) ale pythonowe biblioteki do wykresów mi się wizualnie nie podobają, więc generowany jest plik .cvs, a z niego skryptem w R generowane są wykresy. Rozwiązanie po stronie maliny wygląda jak na obrazku poniżej.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Co do wyników, poniżej pomiar busoli z promieniotwórczymi wskazówkami.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Poniżej pomiar elektrod z torem do spawania.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Poniżej pomiar tła.

    Pomiar promieniotwórczości bez użycia lampy Geigera

    Tu dodam możliwe udoskonalenia, które planuję w kolejnej wersji:
    - diodę można spolaryzować zaporowo dodatkowym napięciem (np. z baterii), by ograniczyć jej pojemność,
    - diodę można odpowiednio spiłować, by pozbyć się "plastiku" między złączem a materiałem promieniotwórczym.

    Całość jest "open-hardware/software", ale nie wiem, czy można tu publikować linki do repozytoriów na GitHubie, więc nie dodaję takowego.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    cheval de bataille napisał 37 postów o ocenie 63, pomógł 0 razy. Jest z nami od 2015 roku.
  • W2 Usługi badań i pomiarów
  • #2
    cefaloid
    Poziom 31  
    cheval de bataille napisał:
    Plusem takiego rozwiązania jest:
    - brak konieczności stosowania lamp GM, które są dość drogie.


    Polemizowałbym czy 20zł to taki majątek zwłaszcza że fotodioda o sensownej powierzchni krzemu może kosztować o wiele, wiele więcej. A fotodioda lawinowa która by się tu super nadała kosztuje więcej jak fotopowielacz.

    cheval de bataille napisał:
    Plusem takiego rozwiązania jest:
    - brak konieczności stosowania wysokich napięć (w liczniku GM ok. 400V)

    Prawda

    cheval de bataille napisał:
    - mały rozmiar sensora (dioda jest bardzo mała w stosunku do tubki GM).

    No ale mały sensor = znikoma czułość (w porównaniu z jakimś typowym GM). 1-2 impulsy na minutę nie pozwalają na sensowne zmierzenie promieniowania tła...

    Ale z plusów:
    Zapomniałeś dodać że impuls z czujnika GM nie zależy od energii zarejestrowanego promieniowania a ten z fotodiody owszem.

    Konstrukcja ciekawa - być może rozwiązaniem byłoby podniesienie napięcie ile się da i podłączenie wielu diod równolegle. Tak by czułość wzrosła do jakiejś sensownej...
  • W2 Usługi badań i pomiarów
  • #3
    konrad92
    Poziom 15  
    BPW34 to 1/120 pola powierzchni detekcji licznika SBM-20. Jeżeli iść w minimalizację, to w tej chwili najlepszym rozwiązaniem byłby SiPM + mały scyntylator.

    cefaloid napisał:
    Zapomniałeś dodać że impuls z czujnika GM nie zależy od energii zarejestrowanego promieniowania a ten z fotodiody owszem.


    Może i tak, ale wydajność detekcji kwantów gamma w Si-PIN jest dość mocno nieliniowa i przy 50keV wynosi już raptem 1%. Czyli linii energetycznej z cezu-137 już nie zobaczysz, podobnie jak większości izotopów. Takie detektory o wiele lepiej radzą sobie z detekcją cząstek: można badać energię promieniowania charakterystycznego, lub po usunięciu okienka cząstek alfa.
  • #4
    Simon79
    Poziom 18  
    Ciekawa konstrukcja. Co do czułości to z pewnością będzie mniejsza niż przy użyciu lampy. Ja niestety kupiłem STS-5 i okazała się uszkodzona, dlatego zaciekawił mnie Twój projekt.
    Czy można użyć innych, łatwiej dostępnych i tańszych wzmacniaczy? Czy można połączyć równolegle kilka diod w celu zwiększenia czułości (wpływ pojemności diody)?
    Jakie domowe przedmioty wykazują promieniowanie?
  • #5
    cefaloid
    Poziom 31  
    Simon79 napisał:
    Jakie domowe przedmioty wykazują promieniowanie?

    Opisanym tu detektorem nie wykryjesz żadnego takiego przedmiotu.
    Kilka rzędów za niska czułość żeby np pokazać że no granit na schodach / parapecie ma minimalnie wyższy poziom promieniowania jak tło. Albo żużel węglowy z pieca..

    Takich 'domowych' przedmiotów zasadniczo nie ma - fobia przed promieniowaniem spowodowałaby bankructwo producenta takich przedmiotów oraz lawinę procesów sądowych. No... może jakiś stary monitor komputerowy sieje miękkim promieniwaniem X do tyłu. Osobiście wiele lat temu wywaliłem taki jak to wykryłem.

    Ale...

    Jeśli pytasz jakie przedmioty bardzo łatwe do kupienia wykazują promieniowanie to zainteresuj się tzw 'czerwonymi' eletrodami do spawania TIG z 2% dodatkiem toru.

    Do kupienia w markecie budowlanym lub pierwszym lepszym sklepie spawaliczym....
  • #8
    max19914
    Poziom 8  
    Czy te urządzenie wykryje promieniowanie z jakiegoś źródła cezowego lub kobaltowego?
  • #9
    cefaloid
    Poziom 31  
    klamocik napisał:
    Kiedyś były czujki dymu, teraz chyba nie do zdobycia z tęgim żródełkim, po wyciągnięciu z obudowy miernikowi brakuje zakresu.
    chyba w snach.

    Tam jest ameryk który rozpada się głównie przez rozpad alfa absolutnie nie wykrywalny kieszonkowymi miernikami. Emisja gamma nie dość że jest mała to energia fotonów również nie powala (59keV można śmiało nazwać miękkim promieniowaniem x) i w znakomitej większości pochłaniają to metalowe tuby kieszonkowych detektorów.

    Pomijając fakt że zdecydowanie odradzam takiej rozbiórki to wskazania nie będą imponujące, na youtube tego pełno.

    Skali to koledze braknie jak pojedzie do czeskiego Zalesia i pokopie nieco w hałdach byłej kopalni uranu.
  • #12
    Grzegorz7
    Poziom 17  
    W zasadzie zastosowałeś klasyczny pikoamperomierz.
    Być może to złącze niewiele tu wnosi.
    Pociągnij pobudliwość (czułość) wejścia w dół. Są tanie obecnie OpAmpy o polaryzacji na poziomie poniżej 50fA (w domu sprawdzę dokładny typ).
    Jeśli R3 podniesiesz do dziesiątek-setek Gomów i więcej to okaże się, że możesz mierzyć prądy jonowe. A to oznacza licznik G-M.
    Puszka jedną elektrodą (masa) a w niej izolowany drucik (elektroda gorąca). To do wejścia i możesz mieć dobre czułości.
    Oczywiście budowa pA czy fA wymaga czystości i staranności projektu ale powiem, ale da się to zrobić.
    Zresztą opisy już bywają w Internecie.

    Dodano po 1 [godziny] 18 [minuty]:

    Sprawdzam, czego używałem ostatnio co by mogło się nadać (ma najmniejsze wejściowe prądy "polaryzacji").
    LMC662 za ok 10zł.
    OPA129 za ok 40zł.
    LMP7721 za około 78zł.

    Prądy wejściowe typowo nawet około 3fA (0,003pA=0,000003nA=0,000000003uA=...).
    Należy zwrócić uwagę na napięcie zasilania. Niektóre to max 5V. Akurat do układów ze sterownikami...