Комментарии 29
Знакомая силиконовая оптическая смазка. Это все хорошо, но из статьи так не понял какие частицы мы будем ловить? Во вторых на фото пластиковый сцинтиллятор от бикрон, и видимо с чувствительностью к нейтронам, если посмотреть временные характеристики его, то там очень короткое время послесвечения, и чтобы хотя бы нормально считать, скорость счета нужна не менее 1Ггц! Обычные ЦАП будут мимо кассы пропускать большое количество частиц, если нам просто считать без фиксации энергии, то лучше делать высокоскоростной счетчик, а не цап, проще схема. ЦАП понадобится дорогой и скоростной, и еще нужен будет FPGA для него. Если говорить про фиксацию гамма излучения, то там сцинтилляторы более медленные у натрий йод активированного талием, как помню 40нс, а у цезий йод активированного талием 200нс, а у бромида ланта LaBr3(Ce) чуть больше чем у пластиковых. Пластик не подход для спектрометрии, только для счета.
Еще есть самая главная характеристики у SiPM(полупроводникового ФЭУ, да и у любого ФЭУ) это рабочая частота света к которой он более чувствителен. У On Semi это ближе к красному свету, у Broadcom(их использует cern, и видимо в паре с LaBr3) это ближний ультрафиолет. Так же у сцинтиллятора есть частота света в которой они излучают, у LaBr3 это фиолетовый-ближний ультрафиолет, NaJ синий-фиолетовый, CsJ это желто-красный, у пластика не помню. Главный недостаток SiPM они уходят довольно быстро в насыщение, поэтому для маломальски нормального устройства их надо несколько, что стоит очень дорого, иначе мы очень сильно ограничены в пределах измеряемых значений. Вместе с быстрым пластиком, быстрым SiPM и медленным цап от микроконтроллера, на выходе будет лажа и SiPM будет уходить в насыщение. Для начала лучше делать на классическом ФЭУ и NaJ(TI), это проще и дешевле, и можно сделать дешево гамма спектрометр, правда с низкой скоростью счета. Главное не описан в статье принцип работы, и нет схемы… Статья не раскрывает тему совсем. Самое главное это просто игрушка, для изучения частиц подходит мало.
Еще есть самая главная характеристики у SiPM(полупроводникового ФЭУ, да и у любого ФЭУ) это рабочая частота света к которой он более чувствителен. У On Semi это ближе к красному свету, у Broadcom(их использует cern, и видимо в паре с LaBr3) это ближний ультрафиолет. Так же у сцинтиллятора есть частота света в которой они излучают, у LaBr3 это фиолетовый-ближний ультрафиолет, NaJ синий-фиолетовый, CsJ это желто-красный, у пластика не помню. Главный недостаток SiPM они уходят довольно быстро в насыщение, поэтому для маломальски нормального устройства их надо несколько, что стоит очень дорого, иначе мы очень сильно ограничены в пределах измеряемых значений. Вместе с быстрым пластиком, быстрым SiPM и медленным цап от микроконтроллера, на выходе будет лажа и SiPM будет уходить в насыщение. Для начала лучше делать на классическом ФЭУ и NaJ(TI), это проще и дешевле, и можно сделать дешево гамма спектрометр, правда с низкой скоростью счета. Главное не описан в статье принцип работы, и нет схемы… Статья не раскрывает тему совсем. Самое главное это просто игрушка, для изучения частиц подходит мало.
Сцинтиллятор там пластик, детектирует он скорее всего мюоны просто срезая сигнал по амплитуде, все равно без совпадений и с таким объемом/апертурой сцинтиллятора это игрушка — ливни оно не осилит по апертуре, а селекцию частиц — потому что нет схемы совпадений. Ну и учитывая амплитудное разрешение пластика процентов в 30 или более — то об амплитудных измерениях вообще стоит забыть.
Neuromantix да, про то и речь.
Рад, что вас привлекла статья. Сезон ПЛИС пошел, похоже. Хочу выразить признательность за развернутое мнение, у вас огромный багаж знаний. Будет здорово, если вы поделитесь им более развернуто в отдельной статье. Уверен, что читателям было бы интересно сопоставить точки зрения разных профессионалов одной области. У нас еще 2 статьи по этой теме готовится, получилась бы интересная параллель. Что скажете?
Bright_Translate просто изучал тему, читал литературу, хочу построить свой гамма спектрометр для проверки продуктов, только сделанного более по уму, чем большинство решений. Но вот никак руки не доходят реализовать. На самом деле в теме не так хорошо разбираюсь, как например ученные, чисто как технический специалист.
Я прочел статью до конца в оригинале. У меня много вопрос возникло. Лично не совсем уверен, что там мюоны ловит детектор. Вот даташит на бикрон 408
www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com//files/documents/bc400-404-408-412-416-data-sheet.pdf
Который использовали в статье, у него чувствительность к рентгену, альфе, бета, и космическим лучам, мюонам.
В этом даташите написано, что ловит еще нейтроны.
www.phys.ufl.edu/courses/phy4803L/group_I/muon/bicron_bc400-416.pdf
Альфу бету он точно не ловит, они не пройдут через корпус, а вот рентген может, с учетом того, что в помещениях все же пролетаю разные частицы в небольшом количестве, то скорее всего детектор ловит их, а не мюоны. Как помню мюоны детектируют высоко в горах, чтобы внешний фон не влиял на детектор. У меня дома примерно с такой же скоростью детектирует гамма частицы обычный дозиметр при фоне 16мкР/ч. Там еще проблема всей конструкции, что такой маленький SiPM на крупный кусок пластикового сцинтиллятора, там рабочая поверхность будет довольно маленькая, и имхо сколько показывает лампочка на детекторе в принципе столько мюонов им не поймать. Если бы в статье был обычный ФЭУ с большим окном, то сомнений у меня не было. На самом деле дешевле поиграться можно с фотодиодами, и даже сделать альфа спектрометр на них. SiPM имеет смысл с быстрыми сцинтилляторами с хорошим выходом, например LaBr3, LYSO, там маленьким кристаллом можно быстро много наловить. Вас не минусовал.
www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com//files/documents/bc400-404-408-412-416-data-sheet.pdf
Который использовали в статье, у него чувствительность к рентгену, альфе, бета, и космическим лучам, мюонам.
В этом даташите написано, что ловит еще нейтроны.
www.phys.ufl.edu/courses/phy4803L/group_I/muon/bicron_bc400-416.pdf
Альфу бету он точно не ловит, они не пройдут через корпус, а вот рентген может, с учетом того, что в помещениях все же пролетаю разные частицы в небольшом количестве, то скорее всего детектор ловит их, а не мюоны. Как помню мюоны детектируют высоко в горах, чтобы внешний фон не влиял на детектор. У меня дома примерно с такой же скоростью детектирует гамма частицы обычный дозиметр при фоне 16мкР/ч. Там еще проблема всей конструкции, что такой маленький SiPM на крупный кусок пластикового сцинтиллятора, там рабочая поверхность будет довольно маленькая, и имхо сколько показывает лампочка на детекторе в принципе столько мюонов им не поймать. Если бы в статье был обычный ФЭУ с большим окном, то сомнений у меня не было. На самом деле дешевле поиграться можно с фотодиодами, и даже сделать альфа спектрометр на них. SiPM имеет смысл с быстрыми сцинтилляторами с хорошим выходом, например LaBr3, LYSO, там маленьким кристаллом можно быстро много наловить. Вас не минусовал.
Есть 3 компоненты космических лучей — мягкая, жесткая и ядерно-активная (нуклонная). Мягкая — это электрон-фотонные ливни, и жесткая — это мюоны в основном, а так же частицы вторичных ливней (электроны и др) и нейтрино, и 3 — ядерно-активные тяжелые частицы (каоны, пионы и тп)
На уровне моря преобладает жесткая компонента, с увеличением высоты растет число частиц мягкой компоненты, поэтому в горах ставят детекторы, где нужно наблюдать мягкую компоненту. Мюонники прекрасно работают на уровне моря и даже под землей. Т.к. мюон имеет большую энергию, то вспышку в сцинтилляторе он дает много ярче малоэнергетичных частиц, которые рождаются в радиоактивных распадах. В детекторе космических мюонов достаточно сделать дискриминацию импульсов по амплитуде, чтоб отсеять наверное 99,9% частиц фона, порожденного распадом. В среднем (и с некоторыми упрощениями) на уровне моря плотность потока частиц, которые сможет зарегистрировать детектор (исключаем нейтрино) 1 частица на кв. см площади детектора в минуту.
Для дискриминации мюонов в простейшем случае нужно 2 детектора, разделенных слоем свинца или иного поглотителя. Мюон вызывает срабатывание обоих детекторов, включенных по схеме совпадений, другие частицы через свинец не проходят (с поправками на энергии и тп, разумеется)
На уровне моря преобладает жесткая компонента, с увеличением высоты растет число частиц мягкой компоненты, поэтому в горах ставят детекторы, где нужно наблюдать мягкую компоненту. Мюонники прекрасно работают на уровне моря и даже под землей. Т.к. мюон имеет большую энергию, то вспышку в сцинтилляторе он дает много ярче малоэнергетичных частиц, которые рождаются в радиоактивных распадах. В детекторе космических мюонов достаточно сделать дискриминацию импульсов по амплитуде, чтоб отсеять наверное 99,9% частиц фона, порожденного распадом. В среднем (и с некоторыми упрощениями) на уровне моря плотность потока частиц, которые сможет зарегистрировать детектор (исключаем нейтрино) 1 частица на кв. см площади детектора в минуту.
Для дискриминации мюонов в простейшем случае нужно 2 детектора, разделенных слоем свинца или иного поглотителя. Мюон вызывает срабатывание обоих детекторов, включенных по схеме совпадений, другие частицы через свинец не проходят (с поправками на энергии и тп, разумеется)
Neuromantix, спасибо за ответ, не знал.
Очень полезно, спасибо за разъяснения.
Может, АЦП, а не ЦАП?
скорость счета нужна не менее 1Ггц
А ФЭУ обеспечит разве такое временное разрешение? Пусть световой импульс хоть фемтосекундный будет, но сам ФУЭ (не важно вакуумный или кремниевый) будет на выходе сигнал с микросекундными фронтами иметь, который можно хоть STMF103 захватить уже.
У популярной Hamamatsu R6233
[Time Response] Rise Time Typ. 9.5 ns
[Time Response] Transit Time Typ. 52 ns
А у лучших SiPM там несколько сотен пикосенд.
Микросекунд не будет там. Есть научная статья по созданию гамма спектрометра на основе АЦП звуковой карты, ФЭУ и кристалла NaJ(TI), все эту схему в общем копируют, там в статье же есть сравнение с нормальным решением, в общем захватывает это решение только около 10% всех частиц. Все больше зависит от временной характеристики сцинтиллятора, поэтому быстрые сцинтилляторы требуют более быстрого счета.
Потребность науки в быстрых SiPM и сцинтилляторах востребована, для лучшего изучения происходящих процессов. В случае спектрометрии можно устать пару часов делать анализ низкоактивных источников — например продуктов питания.
[Time Response] Rise Time Typ. 9.5 ns
[Time Response] Transit Time Typ. 52 ns
А у лучших SiPM там несколько сотен пикосенд.
Микросекунд не будет там. Есть научная статья по созданию гамма спектрометра на основе АЦП звуковой карты, ФЭУ и кристалла NaJ(TI), все эту схему в общем копируют, там в статье же есть сравнение с нормальным решением, в общем захватывает это решение только около 10% всех частиц. Все больше зависит от временной характеристики сцинтиллятора, поэтому быстрые сцинтилляторы требуют более быстрого счета.
Потребность науки в быстрых SiPM и сцинтилляторах востребована, для лучшего изучения происходящих процессов. В случае спектрометрии можно устать пару часов делать анализ низкоактивных источников — например продуктов питания.
Можно ссылочку на оригинал статьи? На ФЭУ-35 отчётливо видел экспоненты разряда ёмкости длинной в сотни микросекунд, но там нагрузка это щупы 10 МОм были.
Пожалуйста www.hamamatsu.com/eu/en/product/type/R6233/index.html
По SiPM можете к примеру на mouser посмотреть их временные характеристики.
Вот график нашел по быстрому, был еще график другой, там поменьше были значения. Для счета там не обязательно высокая скорость счета для классических NaJ(TI) и CsJ(TI), а вот для спектрометрии надо захватить верхушку. Как решение проблемы, это преобразовывать сигнал в меандр, и растянуть по времени. Самые быстрые сцинтилляторы пластиковые, выше по сообщениям сможете найти даташиты. Поэтому выше был совет использовать NaJ(TI) или CsJ(TI), у них временные характеристики не такие агрессивные.
По SiPM можете к примеру на mouser посмотреть их временные характеристики.
Вот график нашел по быстрому, был еще график другой, там поменьше были значения. Для счета там не обязательно высокая скорость счета для классических NaJ(TI) и CsJ(TI), а вот для спектрометрии надо захватить верхушку. Как решение проблемы, это преобразовывать сигнал в меандр, и растянуть по времени. Самые быстрые сцинтилляторы пластиковые, выше по сообщениям сможете найти даташиты. Поэтому выше был совет использовать NaJ(TI) или CsJ(TI), у них временные характеристики не такие агрессивные.
Я имел в виду ссылку на эту
Вакуумный ФЭУ по идее же все фотоны получит, независимо от длинны импульса? А выход можно конденсатором интегрировать, чтоб АЦП успел захватить, если импульсы редкие но короткие. Или там слишком нелинейная зависимость от энергии частицы тогда будет, если не чисто пик считать?
Есть научная статья по созданию гамма спектрометра на основе АЦП звуковой карты, ФЭУ и кристалла NaJ(TI), все эту схему в общем копируют, там в статье же есть сравнение с нормальным решением, в общем захватывает это решение только около 10% всех частиц.
Вакуумный ФЭУ по идее же все фотоны получит, независимо от длинны импульса? А выход можно конденсатором интегрировать, чтоб АЦП успел захватить, если импульсы редкие но короткие. Или там слишком нелинейная зависимость от энергии частицы тогда будет, если не чисто пик считать?
А вообще, скорость преобразования на точность прибора не влияет. Просто во время преобразования, прибор невосприимчив к последующие события. Но вспышки, хоть и короткие, но не так частые чтобы это было проблемой.
А вот, быстродействие пикового детектора чрезвычайно важно. Но это аналоговое устройство, причем простое, так что получить приемлемое быстродействие не так сложно.
"Что потребуется:"
Где там сцинтилятор и фотоумножитель?
Так это статья с какого-то сайта типа arduino.uk
В наших реалиях лучше взять ФЭУ, который стоит дешевле ардуинки 3 баксовой, кристаллик NaJ(Tl) и строчник от телевизора для питания что-то порядка 2кВ найти на какой-то из обмоток (нам не спектры писать, так что стабильности напряжения +- тапок будет достаточно).
В наших реалиях лучше взять ФЭУ, который стоит дешевле ардуинки 3 баксовой, кристаллик NaJ(Tl) и строчник от телевизора для питания что-то порядка 2кВ найти на какой-то из обмоток (нам не спектры писать, так что стабильности напряжения +- тапок будет достаточно).
Не нужен там кристаллический сцинтиллятор. Хотя б потому что он слишком мал. Стабильность напряжения нужна для работы дискриминатора.
Neuromantix да, от стабильности напряжения очень будут зависить показания АЦП. Да и на дешевых микроконтроллерах АЦП любят плыть, тому простой пример всякие китай LCR измерители, там люди ради получения хотя бы чуть адекватных значения пытаются ставить кварцевые генераторы получше, но все равно ENOB там тухлый.
Вредный совет со строчником, смотря какая ФЭУ у hamamatsu там до 1200в, как знаю люди их запускают уже на 700в, видимо это снижает скорость счета, чтобы удобнее захватить с помощью АЦП звуковухи. Вообще там потребление очень маленькое(темновые токи там в нА исчисляются) и достаточно безопасного источника в пару мА, ток ограничивают, чтобы не убило. Про это тут на хабре уже писал Максим Madmax. Там еще в зависимости от ФЭУ надо подавать с положительной или отрицательной полярностью.
Потребление на резисторах получается больше, так как обычно под рукой только мегаомные, ну и строчник тоже легко вытащить откуда-то. А вот чем стабилизировать — чем-то вроде вакуумного стабилитрона высоковольтного?
Scinolim если повышающая схема на умножителе, то стабилизируют линейными регуляторами низковольтное напряжение, и на выходе по желанию ставят RC фильтр. Способов много, все решают эту не тривиальную задачу по разному.
прикольно, спасибо за текст.
. В CosmicWatch применяется Si-ФЭУ от ON Semiconductor (185-9609), который вы видите на фото выше в защитной упаковке.
По ссылке одно, а на фото другое. Или я что-то не понимаю?
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Собираем детектор космических лучей CosmicWatch. Часть 1: введение и планирование