Индикатор радиации на PIN-фотодиоде

[просто КОТ]

Честно говоря, вот ради таких обсуждение и задал свой вопрос. Хочу услышать мысли тех, кто уже об этом думал, и что-то понимает.

На тему изолированных кубиков... Можно в общем-то. Хотя я не совсем уверен в актуальности. Меня будет интересовать не столько количество вспышек, сколько их яркость. Т.е. именно построение приблизительного спектра. Или вы имеете ввиду, что слабая вспышка на трёх датчиках будет неотличима от сильной, но близкой только к одному? В таком случае да, придётся делать матрицу независимых элементов. Возможно параллелить их как-нибудь группами. Скажем, по одному усилителю на столбец.

Такой ещё вопрос. Эти самые вспышки сцинтиляторов. Они ведь заметно легче детектируемы, чем пролёты квантов? Т.е. не потребуется смещения в 50 вольт? Или они всё ещё на грани видимости, и чем больше смещён диод, тем нам лучше?

[Alkul]

Меня будет интересовать не столько количество вспышек, сколько их яркость. Т.е. именно построение приблизительного спектра.

Касательно спектра. Я в свое время делал эксперименты с полистирольным сцинтиллятором. Со спектром там не все гладко - комптон-эффект "сдвигает" все пики к началу спектра. Может, и есть в природе спектрометрические пластики, но я с такими не работал.
Для спектрометрии нужны кристаллические сцинтилляторы - NaI(Tl) либо CsI(Tl), для ПИН-диодов последний лучше.
И еще - сами "вспышки" у кристаллов ярче, чем у пластиков, и ощутимо.

А вообще - спектрометрия возможна как на едином сцинтилляторе, так и на нескольких, но только в последнем случае спектры надо снимать по отдельности с каждого сцинтиллятора, суммируя их уже в цифровом виде. Но тут есть одна тонкость - из-за разброса параметров элементов пики от квантов одной энергии на разных блоках смогут иметь разную амплитуду, поэтому для получения приемлемого энергетического разрешения там потребуется калибровка. Так что делать несколько сцинтилляторов для спектрометрии имеет смысл только в случае, если требуется объем сцинтиллятора, превышающий объемы стандартных выпускаемых сцинтилляторов. Иначе проще купить один большой, чем два маленьких такого же суммарного объема.

Т.е. не потребуется смещения в 50 вольт? Или они всё ещё на грани видимости, и чем больше смещён диод, тем нам лучше?

Смещение потребуется, к сожалению

Последний раз редактировалось Alkul Сб июл 02, 2016 21:01:06, всего редактировалось 1 раз.

[просто КОТ]

Ну, тогда будем отталкиваться от одного "бруска" сцинти-пластика и одной поверхности параллельных фотодатчиков. Надеюсь 100кэВ от 1МэВ отличится. А если так, то как-нибудь оцифруем-преобразуем. Есть надежда договориться и в ОИЯИ чем-нибудь откалибровать. Посмотрим, в общем. Если что получится -- похвастаюсь.

[Alkul]

Есть надежда договориться и в ОИЯИ чем-нибудь откалибровать. Посмотрим, в общем. Если что получится -- похвастаюсь.

Любое юрлицо (хоть подвальный магазинчик, хоть ИП) может без всякой лицензии приобрести вот тут источник ИИ малозначащей активности (МЗА). Активности таких источников - 7...20 кБк, в зависимости от вида нуклида. Конечно, у них есть ограничения, больше, чем определенное количество источников одному юрлицу не продадут, там ведется база кому чего и сколько они продали.
Желательно хотя бы три нуклида - Am-241 (59,5 кэВ), Cs-137 (661,7 кэВ), Co-60 (две линии 1,17 и 1,33 МэВ).

[ArtDen]

Гамма-кванты, испускаемые Am-241 (точнее, не им самим, а Np-237 - дочерним продуктом альфа-распада AM-241) имеют энергию всего 60 кэВ. Так что для регистрации этих гамма-квантов детектор должен иметь хорошую чувствительность в области низких энергий

60 кэВ он "чует" без проблем. Но кроме 60 в спектре америция, насколько я помню, есть ещё и 14 и 18 кэВ. Он их тоже, что интересно, чует(!). Так что чувствительности у него - хоть отбавляй.

[suslogon]

ArtDen, так ты про какой детектор то? Кто чует - кремниевый фотоумножитель? Ты вроде на нем остановился...

[Alkul]

есть ещё и 14 и 18 кэВ. Он их тоже, что интересно, чует(!).

Кто "он" - ПИН-диод без сцинтиллятора?
Насчет линий 4 и 18 кэВ - не уверен, но возможно, хоты все это испускается уже дочерним нептунием-237, а еще там есть рентгеновские кванты от Ра-233, дочернего по отношению к Np-237.
Но все же - как Вы проверили, что чувствуются и эти (допустим, существующие пики)?

Кто чует - кремниевый фотоумножитель?

Фотоумножитель сам по себе по идее вообще ничего чуять не должен . Чует сцинтиллятор, с который состыкован умножитель.

[Ivani]

Спектр пластика и BPW34 плохо сходятся, при маленьком окне много теряется на отражениях.

Америций-241 Период полураспада 432,6 года


Нептуний-237 Период полураспада 2,144(7)·10^6 лет

Вложения

2016-07-03_10-11-16.png

Нептуний-237 Период полураспада 2,144(7)·10^6 лет

(100.38 KiB) Скачиваний: 1758

2016-07-03_10-12-12.png

Америций-241 Период полураспада 432,6 года

(112.76 KiB) Скачиваний: 1785

[ArtDen]

Кто "он" - ПИН-диод без сцинтиллятора?

Да, именно сам PiN-диод.

Насчет линий 4 и 18 кэВ - не уверен

Я тоже не уверен, возможно это были линии 29 и 26 кэВ (как на картинке у Ivani) или какие-то другие (но менее 30 кэВ). Давно это было. К сожалению, спектр не сохранил. Помню только, что оно "ловилось" при хорошем запасе отношения сигнал/шум.

[Ivani]

Нептуний-237 имеет период полураспада в 5000 раз больше и изначально его не было, следовательно в спектре америция его практически нет.

[просто КОТ]

Коты, я вновь с вопросом... На тему интерпретации полученных данных. Я не имею сколь-нибудь большого опыта работы в сфере ядерного чего-то там. Потому вопрос такой. Получив спектр энергии пойманных частиц мы сможем довольно точно полагать -- что именно у нас распадается. А вот получив не весь спектр, а только одну лишь цифру... Основной пик. Мы сможем утверждать однозначно? Или пики различных распадов расположены на спектре слишком близко друг к другу, чтоб позволить себе быть однозначным? (Погрешности же).

Если в случае наличия двух/трёх характерных пиков будет известен только старший/больший, насколько это затруднит определение изотопа? Сведёт ли на нет попытки?

С уважением, Просто Кот!

[ArtDen]

Получив спектр энергии пойманных частиц мы сможем довольно точно полагать -- что именно у нас распадается.

В этом вся и проблема. Тяжело получить точный спектр энергий пойманных частиц.

[Alkul]

Получив спектр энергии пойманных частиц мы сможем довольно точно полагать -- что именно у нас распадается. А вот получив не весь спектр, а только одну лишь цифру... Основной пик. Мы сможем утверждать однозначно? Или пики различных распадов расположены на спектре слишком близко друг к другу, чтоб позволить себе быть однозначным?

Для нормального определения вида нуклида нужно получить все пики, входящие в диапазон регистрируемых энергий.
Для точной идентификации нуклида необходимо соблюсти следующие моменты:
1. Энергетическое разрешение связки "сцинтиллятор-ФЭУ" должно быть не более 10 %, а в идеале - чем меньше, тем лучше.
2. Необходима регистрация всех пиков во всем регистрируемом диапазоне энергий.
3. Необходима компенсация изменения положения пиков при температурных колебаниях (реализуется несколькими способами).
4. Необходима "библиотека" нуклидов, в которой для каждого нуклида должны быть описаны основные (в идеале - все) пики.

Пояснения по перечисленным пунктам нужны?

[просто КОТ]

Разве что по первому... Разрешение в 10% это как? Это 10% чего?

[Alkul]

Разрешение в 10% это как? Это 10% чего?

Энергетическое разрешение - это способность спектрометра разделять две частицы, близкие по энергии.
Разрешение R определяется как (выраженное в процентах) отношение полной ширины пика в спектре, измеренное на его полувысоте, к его среднему значению.
Например, при плохом разрешении у Co-60 его два пика с энергиями 1,17 и 1,33 МэВ будут видны как один широкий пик с центром между указанными энергиями.
То есть, чем уже получается моноэнергетический пик, тем лучше.

[MrRIP]

О! Тема таки жива. А мона подкину чуток "интересность": http://www.kani.com/ycrms/opamp_detector/
интересная схема включения фотодиода ЧЕРЕЗ полевик(питание плюс-минус 9в):

Походу тема загнулась.

[ArtDen]

Да не совсем загнулась. Я вернулся и пытаюсь понять как улучшает такое включение с транзистором отношение сигнал/шум.

[Ivani]

Там баланс между напряжением на диоде/его емкостью, шумом усилителя, входным сопротивлением/емкостью усилителя и усилением усилителя на разных частотах.
Извечное гадание как улучшить сигнал/шум.

[ArtDen]

Да, вот тут объяснение почему это уменьшает шум: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6244fb.pdf
(на 17-й странице)