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BeitragVerfasst: Mi 18. Feb 2015, 11:24 
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Wie versprochen die ersten Ergebnisse bzgl. Myonen-Cherenkov-Strahlung...

Die bei der Cherenkov-Strahlung entstehenden Pulse sind verglichen mit den Szintillator-Pulsen deutlich kürzer und daher auch schwerer zu detektieren. Habe daher einen schnelleren Komparator (LM311) bestellt, damit ich die Komparatorschwelle nicht fast ganz runterdrehen muss um Pulse zu detektieren...

Erstes Ergebnis:

10 min ohne Wasser .... 53 Pulse
10 min mit Wasser ...... 81 Pulse
10 min ohne Wasser .... 45 Pulse

Gehe ich von einer Standardabweichung SQRT(n) aus, so dürfte es sich (fast mit Sicherheit ;) ) um ein signifikantes Ergebnis handeln. Wenn ich den schnelleren Komparator habe, werde ich weitere, feinere Auswertungen machen bzw. auch einmal einen PC-Zähler verwenden.

Die Myonen zerfallen u.a. in ein Elektron bzw. Positron. Dieses erzeugt wiederum Cherenkov-Strahlung, welche in Form eines zum Myonen-peak etwas zeitverzögerten Pulses in Erscheinung tritt. Ob es sich in der Oszi-Abbildung bei dem kleineren Nachbarpuls des Haupt-Peaks eben genau um diesen Effekt handelt kann ich nicht sagen... Auf weiteren Pulsen ist jedoch dies auch zu beobachten.


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BeitragVerfasst: So 22. Feb 2015, 14:40 
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Gestern ein wenig am MCA weitergebastelt, konkret am Maximalwertspeicher. Dieser hat mich doch deutlich länger aufgehalten als geplant. Die Basisschaltung mit OPA hat bei mir leider aufgrund von Schwingungen nicht zufriedenstellend funktioniert. Ohne Verwendung eines Widerstands parallel zum Speicherkondensator ist die Spannung immer schnell von selbst bis nach Vcc+ gestiegen, sodass ein Auslesen der Maximalspannung unmöglich wurde :(

Mit einem R parallel zu C konnte ich zwar diese Schwingungen unterbinden, jedoch durfte dann die Kapazität notgedrungen nicht zu klein gewählt werden, da sonst die Entladung zu schnell erfolgen würde. Ein größeres C bedeutet aber auch, dass sehr kurze Impulse wie sie eben vom Photomultiplier kommen nicht mehr zur Gänze erfasst werden können, da die Spannung am C eben zu langsam steigt. Als Testquelle diente mir der DRSSTC-Interrupter, dessen Pulse im Bereich [5,230] µsek mit V0 = 8 V einstellbar sind. Auf diese Weise stellte ich fest, dass mit der OPA-Schaltung in meinem Fall keine Pulse kürzer als ca. 20 µs ausreichend genau detektiert werden konnten. Und dies wohlgemerkt eben bei V0 = 8 V. Schwächere Pulse dürften demnach noch deutlich schlechter detektiert werden, also unbrauchbar in meinem Fall... :aufsmaul:

Zum Glück funktioniert die einfachste Schaltung bestehend aus Transistor, Diode und C perfekt. Damit könnte auch die Maximalspannung von Pulsen unter 1 µs Dauer erfasst werden. Herz was begehrst du mehr ...

Anbei der Spannungsverlauf bei offenen Ausgang, sprich keinem zusätzlichen Entladewiderstand parallel zu C. Der Eingangswiderstand vom Oszi beträgt 1 MOhm. Die Spannung nimmt daher zwar über mehrere ms ab aber die Spannungs-Auslesung dürfte ja wohl etwas schneller erfolgen, hoffentlich ;)

Als nächstes werde ich dann mein Arduino-Programm am DRSSTC-Interrupter bzw. direkt am Photomultiplier testen. Wenn alles klappt, dann funktioniert auch ein MCA auf Basis des mit Abstand beliebtesten Microcontrollers :P :P


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BeitragVerfasst: Sa 28. Feb 2015, 11:37 
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Beiträge: 776
Nachdem ich obige Transistor-Dioden-Schaltung zur U_peak-Speicherung "eingebaut" hatte musste ich feststellen, dass sie mit dem Eingangsschalter (umgesetzt mit Mosfet) nicht ganz harmoniert und die Maximalspannungen nicht genau genug speichert. Also anderen Eingangsschalter (nun in der 12V-Zuleitung oberhalb des 220Ohm-Widerstands) eingebaut und das Ganze einmal am Photomultiplier getestet.

Ergebnis: Es kommt etwas an aber mit der Speicherung bin ich noch nicht zufrieden. Die rund 20µs langen Pulse mit Amplituden von 6-7V werden nicht gut genug registriert, sodass leider nur niedrigere Amplituden ausgegeben werden. Da ist noch einiges Feintuning notwendig. Werde einige Varianten des Programmablaufs und der Hardware (wird der Puls über digital_in oder gleich mit analog_in erfasst, welche Zeitverzögerungen muss ich wählen, welchen Speicherkondensator usw.) noch testen müssen.

Anbei noch einige Bilder vom ersten Testlauf ;)


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Zuletzt geändert von stoppi am So 1. Mär 2015, 08:42, insgesamt 1-mal geändert.

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BeitragVerfasst: Sa 28. Feb 2015, 14:17 
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Beiträge: 11843
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Hallo stoppi

ich finde es phänomenal, an was für Projekte Du Dich rantraust und diese dann auch noch erfolgreich durchziehst! Du hast meinen grössten Respekt! Kannst Du mir erklären, was das letzte Bild zeigt? Sieht aus wie ein Spektrum.

Gruss kilovolt

_________________
Alle Angaben meinerseits ohne Gewähr! Ich lehne jegliche Haftung für Personen- und/oder Sachschäden ab. Jeder ist für seine Sicherheit selber verantwortlich.

http://www.kilovolt.ch


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BeitragVerfasst: So 1. Mär 2015, 08:55 
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Hallo Daniel!

Danke, danke ;) und ja, das letzte Bild ist das Pulshöhenspektrum, also die Höhe der detektierten Spannungspulse (x-Achse, 0-5V) und deren Häufigkeit (y-Achse). Reagiert aber noch zu unempfindlich auf höhere Pulse... Da kommen etliche >5V an die leider noch nicht richtig erfasst werden. Muss mich daher noch eingehender mit dem Programmablauf beschäftigen. So gilt es etwa die Verzögerungszeiten zwischen detektierten Puls und dem Auslesen zu optimieren, ob ich ankommende Pulse über den digital-In- oder dem analog-In-Pin des Arduino registriere usw.

Habe die Taktfrequenz des Arduino für's analog-In aufs 8-fache erhöht (http://forum.arduino.cc/index.php?topic=6549.0). In der Standardeinstellung benötigt er rund 112 µs/Einlesevorgang, jetzt nur noch rund 15 µs. Für eine direkte Bestimmung der Pulshöhe ohne Speicherung ist dies zwar bei Pulsdauern im Bereich von 20 µs zu langsam, aber mit der Maximalwertspeicherung "müsste" es eigentlich gut funktionieren, eigentlich wohlgemerkt :aufsmaul:


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BeitragVerfasst: So 1. Mär 2015, 13:29 
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Beiträge: 589
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Spezialgebiet: seltsame Geräte :)
Hi Stoppi,

das sieht wirklich alles sehr toll aus :) !

Jetzt möchte ich mich noch kurz kilovolt anschließen und nachfragen, was wir hier eigentlich sehen? Also eine Beschreibung so ala: Ich versuche der Effekt xyz zu messen. Dazu benutze ich das Prinzip xyz und dafür die Elektronik/Equipment xyz. Das Ergebnis ist auf dem Bildschirm zu sehen. bzw. auf der x und y achse in den Einheiten xyz.

Das entlarvt mich natürlich als einen der Leute, die nicht jeden Beitrag mitgelesen haben, bzw. auf wikipedia nachrecherchiert haben .oO(könnte aber möglicherweise auch andere Leute interessieren) :P


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BeitragVerfasst: So 1. Mär 2015, 19:56 
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Beiträge: 776
Kein Problem ataio ;-)
Radioaktive Strahlung tritt in einen sog. Szintillator und erzeugt dort Licht. Dieses wird dann vom nachgeschalteten Photomultiplier in kurze Spannungspulse umwandelt.
Diese speisen meinen multi channel analyzer, mit dem ich ganz einfach nur noch die pulse nach ihrer Höhe sortiert zähle. So erhalte ich ein Spektrum, welches Rückschlüsse auf das jeweilige radioaktive Element zulässt. Links sind die kleinen pulse, nach rechts werden diese immer größer und nach oben eben, wie häufig sie vorkommen...

Habe derzeit 2 schalter in Verwendung, einer entlädt mir den speicherkondensator und der zweite lässt pulse durch oder eben nicht. Letzteren kann ich mir aber sparen, da ich nach Entladung des Speichers eh auf den nächsten aus dem Grundrauschen ragenden größeren Puls warte und diesen dann möglichst schnell auslese. Also würde ein größerer aber etwas später eintreffender Puls (theoretisch) nicht weiter stören...


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BeitragVerfasst: Di 3. Mär 2015, 09:51 
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Damit ich mir ein Bild machen kann zu welchem Zeitpunkt der Entladekurve die analoge Spannungsmessung mit dem Arduino erfolgt, habe ich eine variable Verzögerungszeit (0 - 10000 µs) zwischen Pulsdetektion und tatsächlicher Spannungsmessung implementiert und gebe zur Visualisierung gleich nach der U-Messung einen 5 ms-Testpuls (untere Kurve) aus. Es hätte ja sein können, dass die Spannungsmessung zu früh (Speicherkondensator noch nicht ganz geladen) bzw. zu spät (Speicherkondensator schon deutlich entladen) erfolgt. Anbei 2 Beispiele mit unterschiedlicher Verzögerung.

Bei sehr kleiner Verzögerung scheint die Messung wirklich im Bereich der Amplitude zu erfolgen. Ob zu früh kann ich aufgrund mangelnder Auflösung nicht erkennen, bezweifle dies aber.

Überschlagsrechnung zur Ladezeit des Speicherkondensators: Diese beträgt näherungsweise 5 * tau = 5 * R * C = 5 * 100 * 4.7 * 10^-9 = 2.5 µs.

Dies ist deutlich weniger als jene Zeitverzögerung, mit welcher bei der Pulsdetektion zu rechnen ist. Denn der Puls läuft erst über einen Komparator, welcher dann den Monoflop ansteuert, der dann schlussendlich ein 5V-Signal an den Arduino sendet. Eine digital-In-Abfrage des Arduinos dauert rund 5 µs. Demnach dürfte ein zu frühes Auslesen der maximalen Pulsspannung ausgeschlossen sein. Um gänzlich sicher zu gehen habe ich jetzt eine fixe Verzögerung von 10 µs zusätzlich noch berücksichtigt. Auch werde ich die Kapazität des Speicherkondensators von derzeit 4.7 nF wohl auf 1 nF reduzieren, damit er nicht nur noch schneller geladen wird sondern auch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass er bei sehr kurzen Pulsen auch tatsächlich bis zum Pulsmaximum geladen wird. Die dafür schnellere Entladung dürfte kein großes Problem darstellen.

Im 3-ten Bild sieht man recht gut, dass dies aber schon jetzt sehr gut erfüllt ist. Die Maximalspannungen des originalen Pulses (unten) und des geladenen Kondensators stimmen eigentlich sehr gut überein. Also scheint es selbst bei 4.7 nF keinen nennenswerten Umax-Verlust zu geben.

Werde jetzt den ganzen Aufbau noch in ein schönes Gehäuse verfrachten...


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BeitragVerfasst: Mi 4. Mär 2015, 13:43 
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Schön langsam neigt sich dieses Projekt dem Ende zu... Fehlt eigentlich nur noch der Reset-Knopf für die Anzeige und die Beschriftungen. ;)


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BeitragVerfasst: Mi 4. Mär 2015, 21:49 
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Wow, weiter so! Das Gerät ist ja beeindruckend kompakt geworden.

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BeitragVerfasst: Mi 23. Dez 2015, 15:32 
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Mein Weihnachtsgeschenk ist schon heute aus der Ukraine eingetroffen, ein schön klarer NaJ(Tl)-Szintillationskristall (20x45 mm), mit dem ich hoffentlich nun auch richtige Gammaspektroskopie betreiben kann. Der bisher verwendete Plastikszintillator war ja hierfür nicht geeignet.

Weiters habe ich mir auch noch kleine LYSO (Lu1.8Y0.2SiO5(Ce)) - Szintillatoren gekauft, welche ich aber durch das darin enthaltene radioaktive Lutetium (Gamma-Strahler mit rund 200 bzw. 300 keV :klatsch: ) nur als Gammastrahlenquelle nutzen werde. Meinen MCA kann ich daher auch auf seine Tauglichkeit hin überprüfen...


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BeitragVerfasst: Mi 20. Jan 2016, 15:38 
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Sodale, hier gehört dieser Beitrag eigentlich :aufsmaul:

Meine Gammasonde (Photomultiplier M10FS301, 20x45mm NaJ(Tl)-Szintillator) ist soweit fertig. Ganz schöne Frikelei, alles lichtdicht zu bekommen und die Kabel für HV und Signal mit den SMA-Buchsen zu verlöten. Als hintere Abdeckung kommt das Gehäuse eines großen Kondensators zum Einsatz. Da dieser aus Aluminium besteht habe ich die SMA-Buchsen nicht wie sonst angelötet, sondern lediglich verschraubt und mit O-Gummiringen abgedichtet.

Eine erste Messung mit meinem Selbstbau-Multichannel-Analyzer habe ich auch schon gemacht. Bei Verwendung einer Autunit-Quelle erhalte ich gegenüber dem Untergrund (müsste alles noch mit Blei abschirmen, damit ich keinen derart "starken" Untergrund erhalte) einen doch deutlichen Peak. Ob dies dem 1.76-MeV-peak von Uran entspricht, kann ich derzeit noch nicht verifizieren.

Habe heute auch die Theremino-MCA-Software getestet. Da dürfte es aber Probleme mit meiner USB-Soundkarte geben, da keine Pulse durchkommen. Das werde ich mir nochmals genauer anschauen müssen :gruebel:


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BeitragVerfasst: Sa 23. Jan 2016, 15:17 
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Um meinen MCA einmal zu testen, habe ich schnell eine einfache Pulsschaltung aufgebaut mit variabler Pulsdauer (10-300µs), Wiederholungsrate und Ausgangsspannung. Scheint alles zu funktionieren, denn die Grafik zeigt nur eine einzige Säule.

Anbei auch noch ein MCA-Spektrum bei Verwendung von Glühstrümpfen. Lege ich diese auf meine Gammasonde, steigert sich die Zählrate sehr deutlich und auch das Spektrum unterscheidet sich signifikant von jenem ohne Quelle.

Werde aber das Arduino-Programm noch so abändern, dass wenn gewünscht das Spektrum an den Computer gesendet wird. Dann kann ich den Hintergrund schön abziehen und erhalte die "reinen" Spektren.


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BeitragVerfasst: Do 8. Sep 2016, 10:01 
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Da die vom Photomultiplier kommenden Signale für die Theremino-MCA-Software zu schwach waren, benötigte ich einen simplen Verstärker (gain_max = -50). Damit erhalte ich schöne Pulse, die von der Software gut als solche erkannt werden. Eventuell baue ich noch einen Filter zwecks Pulsverlängerung ein...

Als ersten Teststrahler kam mein LYSO-Szintillator (beinhaltet das radioaktive Lutetium-176), welcher Gammastrahlen mit rund 200 und 300 keV emittiert. Obwohl meine Spektren durch die sehr hohe Nullrate (rund 40 Impulse/sek gegenüber 60 Impulse/sek mit dem LYSO) sehr verwaschen sind, kann man die beiden Peaks einigermaßen erkennen. Aufnahmezeit waren jeweils 20 Minuten.

Werde mir für weitere Messungen Walzblei besorgen, damit ich die Nullrate absenken kann und die Peaks deutlicher zum Vorschein kommen. Cs-137 dürfte aber keine großen Probleme machen, da in diesem Energiebereich die Nullrate schon sehr gering ist.


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BeitragVerfasst: Di 18. Okt 2016, 16:47 
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Mein Weihnachtsgeschenk ist schon verfrüht eingetroffen, eine spark-gap-tube TG-36 (http://www.ebay.com/itm/C-P-Calre-TG-36 ... SwPCVX~uqa) mit für mich interessanter Cäsium-137 Füllung (< 1µCi).

Anbei die Gammaspektren (Hintergrund bzw. Hintergrund + Cäsium) mit deutlich erkennbaren Peak bei 662 keV :headbang: An der Halbwertsbreite meiner Peaks kann/muss ich noch arbeiten. Im Moment habe ich den NaJ-Kristall noch ohne Silikonöl o.ä. an den Photomultiplier gekoppelt.

Rate Hintergrund: 45 Pulse/sek
Rate Cäsium-137: 75 Pulse/sek


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