Experimente mit einem Photomultiplier

[stoppi]

Die Comptonkante bei rund 480 keV ist zu erkennen und eventuell handelt es sich bei dem Peak um 225 keV um den Rückstreupeak (der für 180°sollte bei rund 180 keV liegen, jener für 120° bei 225 keV wie bei mir zu beobachten)...

[stoppi]

Habe meiner Sonde einen dicken Wintermantel aus Walzblei besorgt. Damit sinkt die Zählrate doch merklich (von 75 Pulsen/sec auf 25) und der Cäsium-137-Photopeak tritt nun auch deutlicher hervor.

Habe mir auch Wolframelektroden mit 2% Thorium bestellt. Wenn sie bei mir sind, lade ich das Spektrum hoch.

[ultraviolett]

Hallo Stoppi,

saubere Arbeit, bin schwer beeindruckt!

Was ist da der letzte Stand bei der Schaltung für das HV Netzteil für die Multiplier?
Auf einem Bild sieht es so aus wie das CCFL Modul vom High Voltage Shop:
http://highvoltageshop.com/epages/b7308 ... VGEN_micro

Würde es für eine einfache Zählschaltung auch unstabilisiert gehen?
Oder was wäre die Mininal-Anforderung?

Viele Grüße
Kai

[stoppi]

Hallo Kai!

Wenn du einen reinen Zähler haben möchtest, kannst du getrost auf eine Spannungsstabilisierung verzichten. Hierfür eignet sich die einfache Schaltung mit dem LM317 und dem CCFL-Inverter.

Für spektroskopische Untersuchungen musst du dann aber eine Stabilisierung verwenden. Die beiden angefügten Schaltungen für +HV bzw. -HV kann ich sehr empfehlen, verwende sie selbst.

Passende ccfl-inverter gibt's beim conrad (https://www.conrad.at/de/inverter-fuer- ... 20004.html) oder pollin (http://www.pollin.de/shop/dt/MTU3ODc4OT ... _4_kV.html).

[stoppi]

Anbei auch noch eine Verstärkerschaltung inkl. Komparator und nachfolgender Ausgabeschaltung.

[ultraviolett]

Hallo Stoppi,

meine herzlichsten Dank für diese perfekte Dokumentation!
Das sieht machbar aus!
Bin schon sehr gespannt, ob in meinen PMT's noch "Leben" drin ist.

Viele Grüße
Kai

[stoppi]

Heute sind einige alte Röhren (spark gap tubes) mit Cäsium-137 aus den USA eingetroffen.

Die Nullrate betrug rund 43 Pulse/sek. Mit den Röhren ergaben sich folgende Raten:

TG-30: 213 Pulse/sek
TG-36: 247 Pulse/sek
TG-57: 296 Pulse/sek

[stoppi]

Habe mir für meinen NaJ-Szintillator eine Kopplungssilikonpaste besorgt, weil die Auflösung meiner Gammaspektren doch ziemlich bescheiden ist/war. Sobald die Sonde wieder einsatzbereit ist, lade ich ein Spektrum hoch. Bin schon gespannt ob es etwas bringt...

[stoppi]

Die Silikonpaste hat sich leider als ungeeignet erwiesen, obwohl sie speziell für diese Anwendung angepriesen wird. Sie war etwas klumpig und leicht trüb, von daher nicht wirklich ein Gewinn gegenüber dem Luftspalt. Habe nun ein hochviskoses Silikonöl bestellt. Werde natürlich berichten, ob es sich besser eignet.

[stoppi]

Ein bisschen besser ist es mit dem Silikonöl mit 40000 cst zwar geworden, ideal ist es aber nach wie vor nicht. Das wird aber nicht zuletzt auch an den bescheidenen Abmessungen meines NaJ-Kristalls mit 20 x 45 mm liegen...

[stoppi]

Die Sache mit dem unscharfen Spektrum hat mir keine Ruhe gelassen. Deshalb einmal das Spektrum mit meinem Arduino-Selbstbau-MCA aufgenommen. Und siehe da, der 662keV-Photopeak tritt viel schöner zutage verglichen mit dem Spektrum aufgenommen über eine USB-Soundcard und der Software Theremino. Selbst die Compton-Kante (Stelle 2 in der Sollkurve) bei 478keV ist nun deutlich zu sehen....

Werde mich der Sache annehmen und den Signalpfad bei Verwendung der soundcard nochmals durchforsten.

[stoppi]

Meine mit der Software Theremino gewonnenen Spektren waren ja mehr als bescheiden. Soweit ich das überblicke integriert Theremino die Pulse auf, um auf die Amplitude zu kommen, da die ankommenden Signale ja den abgeleiteten Spannungspulsen entsprechen. Die vom Photomultiplier kommenden Signale werden ja bei der Theremino-Schaltung mittels Kondensator aus der HV-Zuleitung ausgekoppelt.

Da meine vom Photomultiplier kommenden Signale anders gewonnen werden (ich habe ein separates HV- und Signal-Kabel), lieferte Theremino mit meinen Pulsen ein sehr verwaschenes Spektrum. Nun habe ich einen Tiefpass an den Ausgang der Verstärkerschaltung gehängt (220 Ohm und 330 nF) und siehe da, ich erhalte ein ähnlich gutes Spektrum, wie ich es schon mit meinem Selbstbau-MCA erstellen konnte. Nun treten die peaks (662 keV beim Cäsium-137 bzw. 200 und 300 keV beim Lutetium) deutlich hervor und auch die Compton-Kante beim Cäsium-Spektrum ist sehr deutlich zu sehen. Somit habe ich auch diese "Baustelle" schließen können.

[stoppi]

Als nächstes Projekt möchte ich den Welle-Teilchen-Dualismus mit Photonen am Einfachspalt überprüfen. Hierfür schwäche ich Laserlicht (grüner DPSS-Laser mit 532nm) mittels dreier Sonnenfolien um den Faktor 10^15 ab. Dann dürften bei einer Leistung von 5mW nur rund 13 Photonen pro Sekunde die Filter passieren. Diese werden mit einem Photomultiplier einzeln (wie ein Teilchen) registriert, ergeben aber durch den Spalt ein wellentypisches Interferenzmuster...

Das Problem, welches mich derzeit beschäftigt ist, wie ich die Linearführung umsetze. Sie müsste von außen manuell über eine Mikrometerschraube steuerbar sein (als Verstellweg reichen die 13 mm) oder eben alles innen mittels Schrittmotor. Wenn von außen gesteuert bräuchte ich eine lichtdichte Durchführung. Das könnte ich eventuell mit Gummitüllen umsetzen.

Bei einer Spaltbreite von 50 µm beträgt der Beugungswinkel für das erste Maximum 0.91° bzw. für das zweite Maximum 1.52°. Befindet sich der Photomultiplier 100 mm hinter dem Spalt, so betragen die Verschiebungen für das erste bzw. zweite Maximum nur 1.59 bzw. 2.65 mm. Daraus wird ersichtlich, dass ich eine sehr feine Verstellung des Tisches benötige. Der abgebildete Mikrometertisch besitzt eine Auflösung von 0.01 mm und einen Verstellbereich von +/- 6.5 mm. Damit müsste es möglich sein, mehrere Maxima bzw. Minima aufzulösen.

[stoppi]

Die Verstärkerschaltung für den H5773P Photomultiplier inkl. Komparator und Monoflop-Zählerausgang ist soweit fertig. Das bequeme am H5773P ist, dass er die HV-Erzeugung und Verstärkung bereits integriert hat und so das Signal nur noch invertiert werden muss. Mittels externen Potentiometer lässt sich die Verstärkung auf bis zu 6*10^6 steigern. Ich hoffe damit einzelne Photonen zählen zu können. Was die Empfindlichkeit betrifft so liegt diese für 532nm verglichen mit 400nm nur noch bei 50%. Allerdings ist dafür der Abstand der Beugungsmaxima größer als bei Verwendung von 400nm.

Als lichtdichtes Gehäuse habe ich mir das abgebildete mit den Maßen 250x150x100mm gekauft. Dasselbe werde ich auch für mein TSL1401-Spektroskop verwenden. Dadurch hoffe ich eine möglichst große Distanz (rund 12 cm) zwischen Spalt und Photomultiplier und damit eine größere Auffächerung der Beugungsmaxima und -minima zu erzielen.

Für die starke Abschwächung des Laserlichts habe ich mir eine Sonnenfilterfolie mit der optischen Dichte 3.8 (entspricht einer Abschwächung um den Faktor 1/6310) besorgt. Zusammen mit einer bereits vorhandenen Folie mit der OD = 5 (1/100000) werde ich hoffentlich annehmbare Photonenzählraten erzielen.

[stoppi]

Ein wenig hat sich auch hier getan. Die meisten Teile (Lineartisch, Gehäuse, 5mW-Laser etc.) sind bereits eingetroffen und warten auf ihren Einbau. Brauche noch ein lichtdichtes Gehäuse für den Laser, da werde ich dieses nehmen: https://www.neuhold-elektronik.at/catsh ... ts_id=6353

Ich hoffe, dass ich die Durchführung der Mikrometerschraube lichtdicht bekomme. Hierfür habe ich einen kleinen Aluquader angeklebt, damit überall ein breiter Rand entsteht, auf dem dann alles der 2-Komponentenkleber abdichtet.

Zur Abschwächung des Laserlichts werde ich nun doch nicht die Sonnenfilterfolie nehmen, da diese ja nicht absorbiert, sondern reflektiert. Durch Mehrfachreflexe würde ich erstens eine wesentlich höhere Transmission erhalten und zweitens wäre dies für die Strahlgeometrie (brauche einen Strahl mit möglichst geringer Divergenz) auch nicht gerade ideal. Stattdessen kommen absorbierende Neutraldichtefilter von Kodak zum Einsatz. Habe mir 2 verschiedene Typen mit ND 1.0 (10% Transmission) und ND 4.0 (0.01 % Transmission) besorgt. Probieren werde ich es zu Beginn mit 3 Lagen ND 4.0...