Detektoren mit Photodioden für radioaktive Strahlung

[stoppi]

Ich habe ja eine ganze Menge von unterschiedlichen Detektoren für radioaktive Strahlung. Zwei davon verwenden eine Photodiode (z.B. BPW34 bzw. BPX61) als Detektor. Entfernt man das Glasfenster der BPX61, so eignet sie sich sogar als Detektor für Alphastrahlen. Bei meinem Rutherford-Streuexperiment kommt eben diese Anordnung zum Einsatz...

[stoppi]

Hier noch die zweite Schaltung, welche in der Zeitschrift Elektor - November 2011 veröffentlicht wurde...

[DG0MG]

Liest man nicht manchmal, dass die Spannung an der in Sperrrichtung betriebenen Photodiode höher sein müsste oder könnte? So um die 20 Volt?

[DG0MG]

Es gibt ja dieses japanische Produkt "Pocket Geiger", m.W. kurz nach Fukushima entwickelt.

Die erste Version hatte als Sensor 8 Photodioden BPW34, betrieben aus einer 9V-Batterie. Die Auswertung erfolgt über den Mikrofoneingang eines Smartphones und eine zugehörige App.

Die Version 5 hat eine FIRST SENSOR  X100-7 PIN-Fotodiode mit 100qmm Sensorfläche verbaut und scheint die Betriebsspannung aus dem USB-Anschluss des Smartphones zu beziehen.

Die Schaltpläne kann man sich hier anschauen: http://www.radiation-watch.org/2011/05/professional.html#emb

[NuclearPhoenix]

Die Version 5 hat eine FIRST SENSOR  X100-7 PIN-Fotodiode mit 100qmm Sensorfläche verbaut und scheint die Betriebsspannung aus dem USB-Anschluss des Smartphones zu beziehen.

Das ist schon ein sehr cooles Teil, wenn auch recht teuer. Leider hat es aber eine sehr schlechte Effizienz ab knapp 100 keV, das ist sehr schade
Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Da gibt es dann zum Beispiel ebenfalls von First Sensor eine Photodiode mit eingebautem CsI Szintillator (10 x 10 x bis zu 8 mm).

https://www.mouser.at/datasheet/2/313/X100-7_THD_3001447_3001448-1479696.pdf

[etalon]

Das ist schon ein sehr cooles Teil, wenn auch recht teuer. Leider hat es aber eine sehr schlechte Effizienz ab knapp 100 keV, das ist sehr schade

Naja, was erwartest du denn bei einem so dünnen Si-waver? Es hat schon Gründe, warum die Halbleiter in Gammadetektoren mit brauchbaren Wirkungsgraden im Hochenergetischen einige cm dick sind...

Grüße Markus

[NuclearPhoenix]

Naja, was erwartest du denn bei einem so dünnen Si-waver? Es hat schon Gründe, warum die Halbleiter in Gammadetektoren mit brauchbaren Wirkungsgraden im Hochenergetischen einige cm dick sind...

Ja stimmt schon. Hat mich nur trotzdem überrascht, dass man da so schnell bei unter 1% landet.

[NoLi]

Es gibt ein in Deutschland produziertes Fertiggerät mit 6 Stück BPW34, das RADRATE basic.
Der Gamma-Background-Rate liegt zwischen 1 cpm und 4 cpm.
Die Beta-Empfindlichkeit ist deutlich besser, für Sr-/Y-90 liegt sie bei ca. 5%.

Norbert

[DG0MG]

Es gibt auch eine Bastellösung von Oliver Keller, der am CERN beschäftigt ist. Ein Partikeldetector mit einer Phototdiode und die Impulsauswertung über eine USB-Soundkarte. Beim Chaos Computer Club hat er einen Vortrag darüber gehalten:

https://media.ccc.de/v/rc3-11546-measuring_radioactivity_using_low-cost_silicon_sensors#t=14

Die Projektseite: https://github.com/ozel/DIY_particle_detector

[ABel]

Hallo,

ich möchte mich mit der Gamma-Spektroskopie beschäftigen.

Ein Szintillations-Detektor mit Kristall-Szintillator und Photomultiplier-Röhre ist mir zu viel Neuland. Mir scheint eine PIN-Diode der einfachere Einstieg zu sein?! Ich denke da an den ,,Detektor für ionisierende Strahlung" X100-7 von First Sensor mit seinem 10x10x8 mm großen CsI:TI-Szintillatorkristall. Den bietet MOUSER für knapp 120 € an (mit 9 Wochen Lieferzeit kann ich leben).

Als A/D-Wandler steht mir ein externes (USB) steinberg UR22C (32 Bit, 192 kHz) und ein Realtek S1220A (32 Bit, 192 kHz, bis 30 dB Eingangsverstärkung) in meinem Desktop-PC zur Verfügung.

Als Schutz für die Sound-Hardware hatte ich mir extra eine ,,USB-Soundstick-Schnittstelle" zusammengelötet. Nach ersten Experimenten damit bin ich der Meinung: Das braucht es nicht! Die Sound-Hardware verkraftet ein Übersteuern klaglos.

Mit dem ,,Soundcard Scope" (den DAA von Theremino hab ich nicht zum Laufen bringen können?!) und einem alten Digitalmultimeter habe ich meine Sound-Hardware ausgemessen. Mit einem 1 kHz Sinus Signal erreicht das UR22C seine max. Auflösung bei 23 mV (effektiv, mit Multimeter gemessen), der S1220A ohne Verstärkung bei 50 mV (eff.) und mit +10 dB Verstärkung bei 13 mV (eff.).

Als Software soll Theremino MCA v7.3 zum Einsatz kommen.

Soweit ich das sehe, brauche ich den PmtAdapter von Theremino nicht?!

Offen ist die Stromversorgung der PIN-Diode. Im Datenblatt finde ich dazu max. 50 V und 10 mA. Wäre zum Experimentieren also ein ,,DPS Labornetzgerät, 0 - 50 V, 0 - 5 A" ausreichend?

In einem White Paper findet sich ,,Vdd = 5 – 20 V" und ein Schaltplan mit ,,Charge amplifer" und ,,Differential amplifier" (zu realisieren mit AD8615 oder LMC662). Würde ich aus dieser Schaltung direkt in meine Sound-Hardware kommen, oder fehlt dazwischen noch was?

Gruß Andreas

[Henri]

Ein Szintillations-Detektor mit Kristall-Szintillator und Photomultiplier-Röhre ist mir zu viel Neuland. Mir scheint eine PIN-Diode der einfachere Einstieg zu sein?!

Hallo Andreas,

der einfachste Einstieg in ein Thema ist meist, auf Altbewährtes zu setzen. Das wäre in diesem Fall, gemäß der Dokumentation für den Theremino MCA vorzugehen. Also NaI(Tl) Kristall, PMT, und Theremino-Adapter.

Spektrometrie mit PIN-Diode?? Oder meintest Du SiPM? PIN-Dioden verstärken doch gar nicht genug, um damit auch die niedrigen Energien abzubilden.

Mit einem 10x10x8 cm Kristall wirst Du in keinem Fall glücklich. Da bekommst Du dann Probleme mit den höheren Energien. Wenn Du nicht irgendwann doppelt kaufen möchtest, wäre ein 2" NaI(Tl) Kristall eine gute Anschaffung. Der ist noch bezahlbar (?) bei bereits sehr guter Leistung. Der PMT sollte dann auch mindestens 2" Durchmesser haben.

Viele Grüße!

Henri

[RD-Gamma]

Da gibt es dann zum Beispiel ebenfalls von First Sensor eine Photodiode mit eingebautem CsI Szintillator (10 x 10 x bis zu 8 mm).

Es gibt eine Chinesische Fotodiode mit 10x10 mm² Fläche. Der Spektralbereich ist auch für die Emission von CsI(Tl) passend. Einen so kleinen NaI(Tl) bekommt man für unter 10€. Die Diode selbst kostet 5€ für zwei Stück.

[Henri]

Einen so kleinen NaI(Tl) bekommt man für unter 10€.

Kannst Du da eine Quelle für nennen?

NaI(Tl) ist an sich ja sehr teuer, weil der Kristall gekapselt werden muss und man einen guten optischen Übergang sicherstellen muss. Dies geschieht, soweit ich weiß, noch in Handarbeit. Ich wusste gar nicht, dass so kleine NaI(Tl) (abgesehen vielleicht von kompletten Detektoren in Integral-Bauweise) überhaupt hergestellt werden...

[RD-Gamma]

Kannst Du da eine Quelle für nennen?[/quote]

Sorry ich meinte natürlich CsI(Tl) für die PIN Diode. Habe auch noch nie so einen kleinen NaI(Tl) gesehen.

Für die Preisannahme habe ich das Angebot von OST Photonics genommen, da gibt es 5 Stk 10x10x40 mm³ für $235 USD. Das ist natürlich immer noch sehr teuer weil neu vom Hersteller. CsI(Tl) ist sehr weich und lässt sich sägen. Da man eh keine Auflösung erwartet reicht eine halbwegs glatt geschliffene Oberfläche um es an die Diode zu koppeln.

[ABel]

Hallo,

ich hab mir gedacht, ich steig mal etwas kleiner ein und hab mir dazu den DIY Particle Detector von Oliver Keller dazu ausgesucht (https://github.com/ozel/DIY_particle_detector). Die Beschaffung der Komponenten ist auf https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/ gut vorbereitet.

Die Platine wollte ich nicht in China bestellen und hab darum Aisler dazu gewählt. Mindestbestellmenge sind dort 3 Stück (zusammen 24,88€ plus 10,70€ Versand). Nun hab ich also Platinen übrig, die ich gerne weitergeben würde.

Für die Bauteile hatte ich mich für digikey entschieden. Knapp 40€ netto. Damit ich über 50€ komme und kein extra Porto zahlen muss, habe ich noch 3 Akkus mitbestellt. Das war keine gute Idee, die wurden dann separat geliefert (Gefahrgut?). Außerdem ist ihnen erst bei der Auftragsbearbeitung (also nicht bei der Bestellaufnahme) aufgefallen das der SMD-Widerstand mit 40 MOhm eine Mindestbestellmenge von 10 Stück hat. Er wurde dann aus der Bestellung gestrichen. Leider gab es den bei Reichelt, Conrad, Pollin nicht und ich musste erneut bei digikey bestellen. Um an einen dieser Widerstände zu kommen (Einzelpreis 1,277€) musste ich dann 36,62€ investieren. Nun hab ich 9 davon übrig, die ich auch gerne weitergeben würde. Die Bestellungen kam übrigens aus den USA (Thief River Falls, Minnesota) und war binnen 2 Tagen da.

Das Zusammenlöten war schnell gemacht. Beim Entfernen der Glasscheibe vor der PIN-Diode hab ich die erste Diode kaputt gemacht. Erste Versuche ohne Gehäuse erbrachten vor allem Anderen eine 50 Hz -Schwingung, ein Gehäuse ist also auf jeden Fall nötig.

Wenn ich nun den Output der Platine mit dem Computer verbinde bekomme ich leider keine Signale, mit denen ich etwas anfangen kann?! Insbesondere kann ich keinen Unterschied in den Signalen mit und ohne Quantum Pendant vor dem Sensor erkennen.

Mir steht ein externes (USB) steinberg UR22C (32 Bit, 192 kHz) und ein Realtek S1220A (32 Bit, 192 kHz, bis 30 dB Eingangsverstärkung) in meinem Desktop-PC zur Verfügung.

An Software steht mir das ,,Soundcard Scope" (den DAA von Theremino hab ich nicht zum Laufen bringen können?!) und Theremino MCA zur Verfügung.

Die Verbindung zwischen Blechkiste (mit BNC-Anschluss) läuft bei mir dann über einen Adapter BNC auf Cinch-Buchse, ein Adapterkabel Cinch-Stecker auf kleine Kinkenbuchse (Y-Adapter, stereo), kurzes Kabel Klinkenstecker auf Klinkenstecker (stereo) in den Realtek bzw. einen weiteren Adapter kleine Klinkenbuchse auf großen Klinkenstecker (stereo) in das UR22C.

Ist das zu viel Kabelei?

Muss ich spezielle BNC-Kabel besorgen, oder reichen ein altes BNC-Computer-Netzwerkkabel?

Gruß Andreas