Einstieg in die Gamma-Spektroskopie

[Xodor]

Hallo zusammen,

ich bin blutiger Anfänger und möchte gerne in das interessante Thema der Gamma-Spektroskopie einsteigen. Aller Anfang ist ja nun mal bekanntlich schwer und es tun sich so allerhand Fragen auf.
Ich würde gerne mit Theremino einsteigen und erst einmal das Setup verstehen, bzw. es hinbekommen, das System so einigermaßen zu kalibrieren. Das bauen einer Bleiabschirmung wird noch folgen.

Derzeit habe ich folgende Komponenten:
- Scionix 38B57/1.5M mit 120Mega Ohm
- Theremino Pmt Audio Adapter (mit eingebauter USB Soundkarte) welcher auf 575 Volt eingestellt ist (habe ich hier im Forum gelesen)
- Prüfstrahler: Omas Uranglas und weihnachtliche Pottasche.

Kann ich mit dem Setup (ohne Bleiabschirmung) schon meine ersten schritte schaffen, um zum Beispiel K40 zu messen.
Auch habe ich es noch nicht verstanden, wie ich die Software so einstelle, dass die Peaks auch den zugehörigen Energiewerten entsprechen.

[DG0MG]

Prüfstrahler: Omas Uranglas und weihnachtliche Pottasche.

Vielleicht nimmst Du zu Beginn besser erstmal Radium (Uhrenzeiger) und Thorium (Glühstrumpf)?

[Curium]

Hallo,
da steht alles, auch zu finden im Programm unter Help
LG

[Xodor]

Guten Morgen,
vielen Dank für die Tips. Die Hilfestellung unter Help hat mir schon sehr weitergeholfen. Dabei habe ich festgestellt, dass ich die Spannung für den PMT nicht anständig messen kann, da mein Messgerät einfach nicht hochohrig genug ist. Da muss ich mir wohl was bauen. Ich glaube, ich sollte erst weiter machen wenn ich die Spannung für meinen PMT vernünftig messen und einstellen kann.

Vielleicht nimmst Du zu Beginn besser erstmal Radium (Uhrenzeiger) und Thorium (Glühstrumpf)?

Ich muss mal in unserer Familie nach alten Uhren schauen, vielleicht findet sich ja was.

[Xodor]

Kurze Frage:
Wie messe ich am besten die Spannung mit der der Detektor betrieben wird? Am PMT Adapter MIT angeschlossene Detektor oder OHNE angeschlossenen Detektor?

[opengeiger.de]

Da baust Du Dir am besten einen Spannungsteiler aus einem 1Gohm Widerstand und einem 10Mohm Widerstand dafür. Den 1Gigaohm-Widerstand gibts im Internet, und als 10Megaohm-Widerstand nimmst Du am besten den Innenwiderstand Deines Messgeräts. Aber vorher im Datenblatt schauen, dass der Innendwiderstand auch 10Mohm ist. Der 1Gohm-Widerstand muss eine Genauigkeit von besser als 1% haben. Wenn nun beispielsweise 700V am PMT anliegen, dann entstehen an dem 10Megaohm Widerstand 700V*10M/(1000M+10M)= 700V*0.0099=6.93V . Das kannst Du dann bequem mit dem Multimeter z.B. im 10V Bereich messen. Du belastest dann die Hochspannungsversorgung mit etwa 1Gohm, d.h. mit grob nem halben Milliwatt, das müsste sie abkönnen, ohne dass sich die Spannung dadurch ändert. Wenn Du das mit dem Spannungsteiler nicht machst, dann bricht Dir eine normale Hochspannungsversorgung zusammen, sobald Du das Messgerät anschliesst, weil sie soviel Leistung nicht abgeben kann. Um nun die tatsächliche Spannung mit dem Spannungsteiler zu berechnen, musst Du eben den Messwert immer durch 0.0099 teilen. Anfassen darfst Du bei der Messung nichts, aber zunächst nicht weil es gefährlich wäre, sondern weil Deine Finger weniger als 1Gohm Widerstand haben und dann die Spannung damit auch zusammenbricht. Gefährlich ist das aber dann, wenn das z.B. ein unbekanntes Hochspannungsnetzteil ist, und am Ausgang eine große Puffer-Kapazität angeschlossen ist. 100nF ziepen etwas, 1uF tut richtig weh und was drüber ist wird dann gefährlich. Vorsichtig muss man auch sein, wenn das Hochspannungsnetzteil mehr als 1Watt hat, also auch Strom bei stärkerer Last liefern kann. Also besser Finger weg beim Messen... Und falls Du ein Herzschrittmacher oder einen Defi implantiert hast, oder irgendwelche Herzerkrankungen hast, bzw. an Epilepsie leidest, dann solltest Du das eh gar nicht erst versuchen. Dann ist das das falsche Hobby! Also für Risiken und Nebenwirkungen ....

Ja, und beides solltest Du messen einmal mit und einmal ohne PMT und dann auch ne Probe mit guter Aktivität vor den Detektor legen. Mit PMT sollte die Spannung dann nicht mehr als 1% absinken.

[Henri]

Hallo,

Du brauchst einen 1-Giga-Ohm Widerstand (oder 100 10-Mega-Ohm Widerstände hintereinandergelötet). Den schaltest Du in Reihe mit Deinem Multimeter. Das hat in der Regel einen Innenwiderstand von 10 MOhm für den 0...2V Bereich. In diesem kannst Du dann direkt die Spannung ablesen, z.B. entsprechen 567mV 567V.

Handschweiß, Feuchtigkeit, auch nur gering leitfähiger Untergrund etc. setzen den sehr hohen Widerstand herab. Dann wird die Messung ungenau. Also den 1 G Widerstand rüchstandsfrei reinigen und entfetten und nur mit sauberen Handschuhen anfassen. Ganz präzise wird es nie, aber es reicht, wenn Du immer unter den selben Bedingungen misst, damit Deine Messungen reproduzierbar bleiben.

Gemessen werden muss immer mit angeschlossenem Detektor! Denn der Spannungsteiler am PMT bildet die Last für Deine Hochspannungsquelle. Es gibt auch einige HV-Erzeuger, die ohne Last die Spannung immer höher fahren und sich dann mittels Funkenüberschlag selbst zerstören. Die meisten haben zwar eine Regelung, aber bei schnellen Laständerungen funktioniert die nicht gut. Wenn man dann im laufenden Betrieb den Detektor abstöpselt, kann das auch was beschädigen.

Idealerweise dreht man auf 0V runter, schaltet dann ein, dreht langsam auf Sollspannung hoch. Und vor dem Abschalten erst langsam runterregeln bis auf 0V und dann abschalten. Das schützt dann gleichzeitig auch empfindliche Verstärkerbausteine.

Bei hochohmigen Spannungsteilern und großen Glättungskondensatoren ist teilweise längere Zeit nach dem Ausschalten noch ordentlich Ladung gespeichert, man kann also noch eine gewischt bekommen, selbst wenn das Netzteil längst aus ist. Meist ist da allerdings noch ein Widerstand davor, der den Stromfluss begrenzt. Aber das sollte man auf jeden Fall auf dem Schirm haben, wenn man das Gehäuse  seiner  HV-Erzeugung aufschraubt. HV-Kondensatoren sammeln auch gern mal Ladung aus der Luft. Also immer erst über einen Widerstand (!) entladen, bevor man so ein Gerät aufmacht, sonst zieht es einem leicht die Schuhe aus. Und am besten nicht aufschrauben, wenn man nicht weiß, was man tut.

Der Theremino-Adapter ist meines Wissens nach aber in jeder Hinsicht harmlos, wenn man ihn unverändert lässt und nicht z.B. noch einen Glättungskondensator davorhängt. Er erzeugt ja nur ein paar µA. Aber falls Du gebrauchte ältere professionelle Geräte kaufen solltest, ist das alles auf jeden Fall ein Thema!

Zum Einstieg ist es gar nicht so wichtig, dass Du die Spannung genau kennst. Der Theremino-Adapter ist ja auch nur in einem begrenzten Bereich regelbar. Je nachdem wie viele Dynoden Dein PMT hat, brauchst Du mehr oder weniger Hochspannung. Wenn er sehr wenige hat, kann es sein, dass die Ausgangsspannung des Theremino Moduls nicht ausreicht, um ausreichend hohe Impulse rauszubekommen. Ich habe einen PMT, der erst ab 1600V so richtig was machen möchte... und andere, die schon mit 450V perfekt laufen.

Ich würde einfach mal ganz grob 600V einstellen (also Poti auf "Hälfte" oder so) und dann sehen, was Du an Impulsen bekommst. Ohne vorher groß zu messen. Man sagt, ca. 80V pro Dynode sollte ein PMT bekommen.

Üblicherweise muss man das Optimum von Hochspannung und elektronischer Verstärkung finden. Je niedriger die Hochspannung, desto linearer wird das Spektrum, aber man bekommt dann natürlich auch Probleme, die niedrigen Energien noch darzustellen.

Und Du solltest noch bedenken, dass selbst bei 600V ein Volt mehr oder weniger das Spektrum schon deutlich verschiebt. Bis sich die Schaltung thermisch eingependelt hat, ist die Spannungsversorgung nie ganz stabil. Bevor Du also eine ernsthafte Langzeitmessung machst: die ganze Anlage gehört nicht in Fenster- oder Heizungsnähe, es darf auch keine Sonne drauffallen, und dann alles eine Stunde warmlaufen lassen, bevor Du anfängst produktiv zu messen.

Viele Grüße!

Henri

[Henri]

Jetzt war der Bernd ganze 4 Minuten schneller 

Ich hab's jetzt einfach, trotz Redundanz, abgeschickt. Doppelt hält besser... 

[opengeiger.de]

@Henri: gut dass der Inhalt nicht allzu unterschiedlich ist !

[Xodor]

Vielen Dank für die ausführlichen Beschreibungen 

Bis ich mir was hochohriges zum messen gebaut habe, bin ich den Weg gegangen den Henri vorgeschlagen hat: Poti auf die Hälfte und ausprobieren.
Mir ist dabei aufgefallen, dass ich auf Mittelstellung es nicht schaffe mit dem Energy-Trimmer meine Peaks auf die richtigen Positionen zu verschieben. Ich musste die am Adapter die Spannung per Poti auf Minimum stellen, um überhaupt die Peaks soweit nach Links verschieben zu können.

Mit ist beim messen einer alten Uhr (Radium) aufgefallen, dass die Peaks von Pp214 und Wi214 abweichen wenn ich auf den Radium Peak versuche zu kalibrieren. Ich habe mal einen Screenshot beigefügt um es zu veranschaulichen.

[Curium]

Hallo Xodor,
die Mikrofonverstärkung sollte auf null stehen (Audio input), vielleicht liegt es daran, dass die Werte zu hoch sind.
Sonst doch ein gutes Ergebnis, zum Finetuning kann man den Energy Equalizer benützen.
Manche Sonden sind nicht ganz linear, das hängt allerdings von der Spannung ab.

[Xodor]

Ich glaube jetzt wird es langsam was. Dank eurer Hilfe klappt es jetzt schon viel besser.

Ein kleines Stückchen Pechblende auf Dolomit sieht schon recht vielversprechend aus.

[ABel]

Hallo,

als nächsten Schritt (nach den Experimenten mit dem DIY Particle Detector von Oliver Keller) will ich mir nun einen PMT Adapter von Theremino bauen. Ich hatte da an die V3.3 gedacht, weil mir der neue PMT AudioAdapter (mit Sound-Chip) noch gar nicht aufgefallen war.

Nach ersten Schwierigkeiten komme ich nun mit meinem steinberg UR22C (32 Bit, 192 kHz) gut zurecht. Modifikationen wie sie Theremino zur Reduzierung von Rauschen für die empfohlenen USB-Soundkarte vorschlägt, habe ich an meinem UR22C natürlich nicht vorgenommen.

Eigentlich würde ich mir gerne den PMT Adapter V3.3 bauen und ihn mit meinem UR22C nutzen. Bin mir aber unsicher, ob ich mir dabei nicht noch weitere Probleme einhandle, also vielleicht doch besser den ,,neuen" PMT AudioAdapter bauen sollte?

Wie sind die Erfahrungen damit in diesem Forum?

Mit der Stückliste für den PMT Adapter V3.3 hatte ich mich schon auseinandergesetzt und musste feststellen, das eine ganze Reihe von Bauteilen z.B. bei Reichelt nicht in den vorgesehenen Gehäusegrößen (Rastermaße) bzw. Leisungsklassen zu bekommen sind. Wo bestellt ihr solche Bauteile? Amerika? China?

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

hab Mal den Text von Theremino aus dem Italienisch mit deepl ins Deutsche übersetzt.

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

ich hab mir Mal eine Stückliste für den (neuen) Theremino PMT AudioAdapter erstellt (Vorlagen dazu hatte ich von Lello aus Italien). Beim Versuch an die Bauteile zu kommen bin ich am verzweifeln. Den Sundchip (CM108AH) gibt es scheinbar nur bei aliexpress. Den 330 pF Kondensator gibt es bei den deutschen Versandhändlern garnicht und bei digikey in der Version für 1,5kV (im Schaltplan gefordert) nur in einer Größe, das er nicht mehr auf die Platine zu löten ist (ist das mit den 1,5kV vielleicht ein Fehler im Schaltplan?).

Die Bauteilbeschaffung scheint sich zu einer umfangreichen Arbeit mit ungewissem Ausgang zu entwickeln.

Was gibt es an PMT-Adapter-Alternativen?

Gruß Andreas