"BetterGeiger S-1" - Low cost scintillator detector

[DL3HRT]

Die Röntgenaufnahme läuft unter einer "Kurzhaarkatze"  :

Ja, das war lustig. Von da an lief die Schaltungsanalyse bei uns unter dem Codenamen "Projekt Kurzhaarkatze" 

[NoLi]

Ich denke, ein LYSO wäre auch zu teuer, und somit bliebe nur ein relativ günstiger CsJ(Tl) übrig.
Der Preis des BETTER GEIGER S-1 betrug in den USA vor einigen Monaten 219 "Bucks" ($) gemäß Angabe eines Rezensionisten in seinem Video.

Unglücklich gelöst finde ich die Positionierung des SiPM zwischen Gehäusestirnseite und dem doch recht kleinen Szintillator, was bei kleinen Objektmessungen die Nachweisempfindlich noch weiter reduziert. Umgekehrt wäre es besser gewesen.

Norbert

[DL3HRT]

Unglücklich gelöst finde ich die Positionierung des SiPM zwischen Gehäusestirnseite und dem doch recht kleinen Szintillator, was bei kleinen Objektmessungen die Nachweisempfindlich noch weiter reduziert. Umgekehrt wäre es besser gewesen.

Das stimmt. Du wirst aber später noch sehen, dass vermutlich ein anderer Szintillator geplant war. Am Ende muss man nehmen, was man bekommt 

[DG0MG]

Ja, CsI(Tl) ist das wahrscheinlichste Material.

Es ist auch so, dass es Angebote für Kristalle gab oer gibt, die zutreffen könnten. z.B. bei Amazon 4x4x20 mm:
https://www.amazon.com/Scintillator-Radiation-Scintillation-Detector-Reflector/dp/B0C42JNX65?th=1

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

oder bei ebay: https://www.ebay.de/itm/334957778548

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

CsI(Tl) 4x4x20 mm für 35.64 Dollar. Daraus könnte man durch Zerteilen zwei Stück machen. Ich weiß nicht, welchen (negativen) Einfluss dann die beiden nichtpolierten Schnittflächen hätten, wenn man die so lässt?

Aber dieses Angebot ist nur eine Möglichkeit, wir hatten ja auch schon Szintillator-Angebote aus China besprochen.

[NoLi]

...
Ich weiß nicht, welchen (negativen) Einfluss dann die beiden nichtpolierten Schnittflächen hätten, wenn man die so lässt?
...

Szint.Lichtverlust durch diffuse Streuung.
Je polierter, desto mehr gerichteter Durchlass in den SiPM.   

Norbert

[DG0MG]

Je polierter, desto mehr gerichteter Durchlass in den SiPM. 

Ja, natürlich, aber man würde doch nicht auf die Idee kommen, die beiden neuen, evtl. rauhen Schnittflächen zum SiPM zeigen zu lassen, sondern die bereits polierten Enden des zerschnittenen längeren Kristalls nehmen. Die neuen Schnittflächen wären dann also an der dem SiPM abgewandten Seite.
In dem Amazon-Angebiot steht: ".. with two short sides polished and four long sides coated with a 0.3mm reflecting layer"
Den Kristall könnte man also mittig zerteilen und hätte immer noch an jeder Hälfte eine polierte Stirnfläche.

[NoLi]

Ja, natürlich, aber man würde doch nicht auf die Idee kommen, die beiden neuen, evtl. rauhen Schnittflächen zum SiPM zeigen zu lassen, sondern die bereits polierten Enden des zerschnittenen längeren Kristalls nehmen. Die neuen Schnittflächen wären dann also an der dem SiPM abgewandten Seite.
...

Ja, genau, hoffentlich...

Norbert

[DG0MG]

Und wie sieht dies aus, wenn Du nach dem 6-Sekunden-Hochfahren und ablesen des ersten Wertes nochmal einen zweiten Wert nach 1 Minute Betriebsdauer erhältst?

Das sieht so aus:
Einschalten, 6 Sekunden Startscreen, danach der erste Wert. Dann warten, bis seit dem Einschalten 1 Minute vergangen ist, zweiten Wert ablesen, ausschalten, rund 25 Sekunden warten.

0,204  0,078
0,046  0,089
0,295  0,114
0,016  0,116
0,226  0,130
0,008  0,122
0,135  0,083
0,055  0,127
0,082  0,103
0,011  0,096
0,050  0,112
0,068  0,098
0,050  0,130

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.


Interessant ist, dass zu Beginn der erste, dritte, fünfte, siebte Einschaltwert über dem Mittelwert und der zweite, vierte, sechste, achte darunter liegt. Das sieht mir irgendwie nicht "zufällig" aus, aber eine Erklärung, wie das zustandekommen sollte, hätte ich auch nicht.

[DG0MG]

So und was wäre jetzt noch zu klären, wenn man wissen will, wie die Kostenstruktur des Gerätes aussieht?

Richtig, das wichtigste und vermutlich teuerste Bauteil zu identifizieren, den SiPM.

Wie oben schon erwähnt, war ich ursprünglich der Meinung, dass es sich gar nicht um einen SiPM handeln könne, weil die viel zu teuer sind. Der Kickstarter-Preis des Gerätes war 100$, man könnte also davon ausgehen, dass das nicht wesentlich mehr, als die alleinigen Materialkosten waren. Das würde sehr schwierig, wenn alleine der SiPM in der Größenordnung von vllt. 50$ läge. Da aber die die Empfindlichkeit des Gerätes gut mit der Szintillatorgröße skalierte, blieb kein Platz für "Wir verzichten auf Empfindlichkeit und nehmen eine 3$-Pin-Diode". Es musste demzufolge ebenfalls ein SiPM sein - nur welcher?

Die Hoffung, das klären zu können, stand bei Null, aber es kamen uns Kontakte zu den Funkamateuren vom Cryptomuseum in den Niederlanden zu Hilfe. Die dortigen Freunde sind erfahren im Reengineeren und haben Technik, die das vereinfacht: Unter anderem ein Industrieröntgengerät, das feine Strukturen auflösen kann. Also machte sich der Bettergeiger auf den Weg ins Land von Frau Antje. Und die ersten Ergebnisse waren atemberaubend: 

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Wie man sieht, ist der Szintillator größer, als der Ausschnitt in der Platine. Ob das so geplant war? Senkrecht zur Hauptplatine liegt eine kleine Subplatine, die den optischen Sensor trägt. Das Ganze ist leicht schräg, so dass die Oberkante des Szintillators an die Kante des Platinenausschnittes stößt. Eventuell war das mal anders gedacht, oder ein kleinerer Szintillator vorgesehen:

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Der SiPM aus leicht verschiedenen Blickwinkeln:

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen. Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen. Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Zweifellos kann man eine Vorstellung vom Aussehen des SiPM bekommen: Kleiner, als der Szintillator, also vllt. 3mm x 3mm. Ein relativ dickes Substrat (vllt. 1mm), darauf ca. 70x70 Zellen. In der Mitte dieser krückstockartige Bondingdraht. Auf der Unterseite 5 X-förmig angeordnete Lötpads, dieser Sockel heisst BGA-5. Nun kann man stundenlang bei Mouser suchen und findet keinen SiPM, der diesen Eckdaten entspricht. Dieser hier (der AFBR-S4N44P014M  von BROADCOM/AVAGO) hat zwar BGA-5, aber keinen Bondingdraht: https://www.mouser.de/ProductDetail/Broadcom-Avago/AFBR-S4N44P014M?qs=OcgtsXO%252B3gvCU3dbtxthow%3D%3D.

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Nach langem erfolglosen Herumsuchen bei Mouser und verschiedenen SiPM-Herstellern habe ich schlussendlich @Madmax gefragt, der prompt eine Antwort wusste: Es handelt sich um einen Hamamatsu S14160-3050S, wie er ihn auch im AtomFast verwendet. Er sei etwas temperaturstabiler als die MicroFC-Serie und brauche ~40 Volt.

https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/optical-sensors/mppc/mppc_mppc-array/S14160-3050HS.html
https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s14160_s14161_series_kapd1064e.pdf

Es passt alles: Der Bonddraht in der Mitte, das dicke Substrat, der BGA-5 Sockel. Arbeitsspannung 38 Volt, Maximale Empfindlichkeit 450 nm. Die nennen ihr Produkt nicht "SiPM" sondern "Multi-Pixel Photon Counter", MPPC. Vielleicht sind wir deshalb nicht drauf gestoßen. Bei Mouser gibts das Ding nicht. Bei ebay ein Angebot aus den USA zu >50EUR.

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Da muss der Bettergeiger eine SEHR günstige Bezugsquelle aufgetan haben, wenn er diesen Kompromiss der nicht angepassten Wellenlänge (CsI:550-560 nm, SiPM: 450 nm) eingeht. Aber vielleicht ist es auch gar nicht so schlimm mit der spektralen Fehlanpassung: Der Wirkungsgrad liegt bei 420 nm bei knapp über 50% und bei 550 nm bei etwas unter 40%. Wahrscheinlich kann man damit leben.

Hier ein Angebot für 49 Dollar für einen S14160-3050HS, voriges Jahr noch bei 41 Dollar: https://www.ebay.com/itm/155660902393

Eventuell stammen sie aus ausgemusterten PET-Scannern? Es werden ja auch recht viele dieser Lyso-Stäbchen verkauft, da gehört ja ursprüglich auch jedes mal ein SiPM dazu. Bild 2 in folgendem Dokument zeigt schön den Einsatz dieser SiPMs in Verbindung mit den LYSO-Szintillatoren:
https://jnm.snmjournals.org/content/62/supplement_1/1708
Das erklärt auch die Bauform, denn sie werden über einem LYSO-Array montiert, so dass seitliche Anschlüsse nicht möglich sind. Man stelle sich vor, man bekommt so eine Platte mit 10x10 SiPMs aus einem ausgemusterten/defekten Gerät. Dann dürfte der Einzelpreis sehr niedrig sein.
Aber das ist Spekulation.

Fakt ist, dass Robert ein durchaus benutzbares Gerät entwickelt hat, bei dem kaum noch Einsparpotential besteht. Einen hobbymäßigen Nachbau des Sensors in größeren Stückzahlen - etwa um ein SBM-20 zu ersetzen - zu noch niedrigerem Preis halte ich zum aktuellen Zeitpunkt für ausgeschlossen.

Vor zweieinhalb Jahren habe ich geschrieben:

Ich möchte dazu sagen, dass insbesondere hier im Forum JEDER vorher weiß, was genau für ein Sensor in einem Gerät drin ist, das er plant, zu kaufen

Ich denke, da kann man jetzt einen ✅ ranmachen. 

[NoLi]

...
Da muss der Bettergeiger eine SEHR günstige Bezugsquelle aufgetan haben, wenn er diesen Kompromiss der nicht angepassten Wellenlänge (CsI:550-560 nm, SiPM: 450 nm) eingeht. Aber vielleicht ist es auch gar nicht so schlimm mit der spektralen Fehlanpassung: Der Wirkungsgrad liegt bei 420 nm bei knapp über 50% und bei 550 nm bei etwas unter 40%. Wahrscheinlich kann man damit leben.
...

Es wird ja auch schliesslich KEINE Spektrometrie mit diesem Gerät betrieben...da schlägt die erhöhte Empfindlichkeit jetzt hier gut zu Buche.

...
Der Kickstarter-Preis des Gerätes war 100$, man könnte also davon ausgehen, dass das nicht wesentlich mehr, als die alleinigen Materialkosten waren.
...

Mittlerweile liegt der Preis des BETTER GEIGER S-1 in den USA bei 219 US-Dollar.

Norbert

[DG0MG]

Mittlerweile liegt der Preis des BETTER GEIGER S-1 in den USA bei 219 US-Dollar.

Hast Du auch einen Beleg dafür?
Nur weil das irgendwo irgendjemand behauptet, muss das noch lange nicht stimmen. Etwas mehr kritische Betrachtung von Informationen "aus dem Internet" wäre angebracht. Der Preis beträgt in USA 149.- Dollar, wie auf der Webseite zu lesen: https://www.bettergeiger.com/product-list/p/better-geiger-radiation-detector

Die größere Summe kommt vielleicht zustande, wenn man zusätzlich einen Prüfstrahler, eine wasserdichte Box und einen EMP-Abschirmbeutel mitbestellt.

[NoLi]

Ok, mag sein, dass für die 219 $ das "Komplettprogramm" bestellt wurde. Die 149 $ sind natürlich sehr interessant, wenn man das Gerät auch zu etwa diesem Preis in Deutschland beziehen könnte, aber es ist ja leider nicht mal via Am..on verfügbar.

Norbert

[DL3HRT]

aber es ist ja leider nicht mal via Am..on verfügbar.

Wir haben das Gerät im vorigen Jahr tatsächlich bei Amazon gekauft , allerdings bei Amazon.com. Dort ist es aktuell nicht mehr verfügbar. Überraschend war, dass der Kauf beim Online-Händler mit Steuer und Versand am Ende preiswerter war, als wenn wir es über die Seite des Herstellers geordet hätten. Den Hauptunterschied haben die sehr unterschiedlichen Versandkosten ausgemacht. In Summe haben wir ziemlich genau 200 Euro für die "Kurzhaarkatze" bezahlt.

[NoLi]

...
In Summe haben wir ziemlich genau 200 Euro für die "Kurzhaarkatze" bezahlt.

Ok, das klingt fair.
Mehr würde ich dafür aber auch nicht hinlegen wollen. Schliesslich ist die Empfindlichkeit, wenn man die Impulsrate des Background und z.T. von Probenmessungen hört und sieht, auch nicht wesentlich (!) (~ Faktor 3) höher als bei einem Gerät mit SBM-20-1 Detektor, lediglich der Messumfang ist auf Grund der geringeren Totzeit des Szintillators deutlich größer möglich.

Norbert

[DL8BCN]

Also falls mal jemand einen SIPM mit Auswerteelektronik rumliegen hat: Ich habe die passenden LYSO Kristalle der Größe 4x4x20mm.
Vielleicht kann man ein gemeinsames Projekt starten.