Brauchbarkeit Plastik Scintillator mit der Bezeichnung BC-408 bei Ebay.

[DL8BCN]

Hallo, von der Fa. BICRON gibt es aus den USA einen Plastik Scintillator bei Ebay.
Kostet in 2-Zoll 36,52 Euro plus 13,57 Euro Versand.
Wäre das eine Alternative zu den Kristallen aus der Ukraine?
Ich habe gelesen, daß die "Plastikkristalle" einen wesentlich schlechteren Wirkungsgrad als z.B. ein NaI(TI)-Kristall haben.
Ob es trotzdem einen Versuch Wert ist?
Sind natürlich viel billiger und auch die Lieferzeit sieht besser aus.
Fraglich ist nur wieder, was der Zoll dazu sagt.
Gruß, Rainer

[DL3HRT]

Für Spektroskopie eher nicht zu gebrauchen. Wenn es so einfach wäre, würden alle diese preiswerten Plastikszintillatoren nutzen  . 

Fraglich ist nur wieder, was der Zoll dazu sagt.

Was habt ihr nur immer mit dem Zoll? Man zahlt die Einfuhrumsatzsteuer und alles ist gut. Mich stört eher, dass sich die Lieferung durch die Zollabwicklung in der Regel deutlich verlängert.

Deshalb achte ich bei Ebay-Angeboten aus dem Ausland darauf, dass bei der Auktion auch gleich die Zollgebühren abgerechnet werden. Da sieht man erstens gleich, wie hoch die Zusatzkosten sind und zweitens läuft die Sendung schnell durch den Zoll.

[Henri]

Ja, also bei Bestellungen aus den USA kommt immer noch "Zoll" hinzu. Hatte es noch nie ohne.

Was Plastik betrifft, ist es sicherlich interessant, mal damit zu spielen. Allerdings ist das Ergebnis bzw. die zu erreichenden Zählraten tatsächlich deutlich schlechter als bei anorganischen Szintillatoren, weil ja fast nur leichte Elemente drin sind! Aber das Fehlen von Photopeaks eröffnet auch neue Möglichkeiten, die z.B. die "Natural Background Reduction" (NBR) nutzt. Genaueres steht im Patent, was man im Internet findet. Sehr spannend.

Spektrometrie kannst Du vergessen, natürlich. Dafür kannst Du Dir aber einen sehr robusten Detektor basteln, der auch einen Sommertag im Auto auf dem Parkplatz überlebt.
Wenn Du im Auto fest was verbauen möchtest, wäre das das Material der Wahl. Oder wenn Du kosmische Myonen detektieren möchtest, weil Du Plastik auch als große dünne Platten ausarbeiten kannst. Oder wenn Du einen wenig gammaempfindlichen, sehr betaempfindlichen Kontaminationsmonitor bauen möchtest.

Es hat halt alles seine Anwendungszwecke.

Viele Grüße!

Henri

[DL8BCN]

Hallo zusammen.
Das mit dem Zoll ist halt so eine Sache, wenn ich extra 40km fahren muss zum Zollamt um meine Sendung in Empfang zu nehmen.Ansonsten muss man sich eben damit abfinden, dass es extra Gebühren kostet.Ich kann auch nicht immer sofort erkennen bei einem eBay Angebot, ob die Zollabwicklung schon geregelt wurde.
Was das Plastikmaterial angeht, habe ich heute noch mal nachgelesen.
Der Photopeak ist bei 410nm was ja für meine XP3312 Röhre passen würde.
Der Scintillator ist aber wohl eher für Alpha und Betastrahlung geeignet.
Wenn es nicht für Gammaspektroskopie geht, ist es ja eher uninteressant.

[Henri]

Na ja, oder Du probierst wirklich mal das:

"Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung künstlicher Gammastrahlung"  (Patentschrift zum NBR-Verfahren von 1997)

https://patents.google.com/patent/DE19711124C2/de

Eigentlich braucht man dafür nur einen Fensterdiskriminator, aber theoretisch dürfte es auch manuell mit Theremino gehen.

Die Idee dahinter ist, dass an den leichten Atomkernen in Plastikszintillatormaterial die Gammaquanten im Prinzip nie ihre ganze Energie auf einmal abgeben, sondern partiell über mehrere Stufen. Dadurch hat man quasi nur Compton. Nun ist der natürliche Hintergrund von der Verteilung her überall ungefähr gleich, das heißt man bekommt überall ein gleich geformtes Compton-Kontinuum, das sich nur in seiner Höhe unterscheidet. Die Zählratenverhältnisse in den definierten Fenstern bleiben also gleich. Sind nun auch nur geringe Mengen künstliche Nuklide dabei, verändert sich diese Form. Und somit auch die Verhältnisse der Fenster zueinander. Das ist leicht auszuwerten. Diese Geräte schlagen Alarm, selbst wo  nur so eine geringe Zählratenerhöhung durch das künstliche Nuklid stattfindet, dass es normalerweise völlig im Hintergrundrauschen untergehen würde. Und das Ganze funktioniert auch ohne MCA, mit simpler Elektronik. Und mit preisgünstigem, robustem Kunststoffszintillator statt empfindlichem, teurem NaI(Tl).

Aber klar, wenn Du Dich erst mal mit Gammaspektrometrie beschäftigen möchtest, ist ein russischer NaI(Tl) Kristall natürlich geeigneter.

Bei mir war es in der Vergangenheit so, dass ich für die Zollabfertigung aus den USA zum Zollamt fahren musste und alles, was aus dem "Osten" kam, von DHL abgewickelt wurde. Aber wir hatten das hier schon mal, das wird überall verschieden gehandhabt. Seit Covid und der neuen Zollabwicklung über die Versandunternehmen musste ich allerdings nicht mehr zum Zollamt, und was ich in den letzten 2 Jahren aus den USA bestellt habe, kam immer auch direkt an die Theke der Postfiliale. Macht ja auch Sinn. Ich vermute, wenn der Inhalt ordentlich und nachvollziehbar deklariert wird, braucht es den Zoll nicht. Wenn aber Fragen zum Wert, zur Einfuhr oder Eingruppierung offen sind, müssen dann doch die "Fachleute" ran. Ich hatte aber früher schon mal Sendungen, wo ich am Ende unter 20,- zahlen musste und dafür die Zoll-Mitarbeiter sicherlich eine Viertelstunde beschäftigt habe. So was ist natürlich reichlich unökonomisch.

Alles, was aus den USA kam, hat ewig gedauert. Das lag aber immer an den USA. Einmal lag ein Paket fast 4 Monate dort herum. Es muss gigantische Paketelager geben, um so viel zwischenpuffern zu können. In Deutschland dann noch mal 1-2 Wochen, dann brachte es der Postbote mit aufgeklappter Geldbörse direkt an meine Haustür.

Viele Grüße!

Henri

[DL8BCN]

Hallo Henri, danke für die ausführliche Antwort.
Ich habe ja einen 63mmx63mm NaJ(TI) aus der Ukraine bestellt.
Nun ist die politische Lage dort ja alles andere als entspannt.
Mal schauen, ob bzw. wann das Teil bei mir ankommt.
Kann laut Ebay bis 24. April dauern. 

[DL8BCN]

Hallo, da meine erste Gammaspektroskopieanlage mit dem NaI(TI) Kristall nun ja fertig ist und gut funktioniert, überlege ich das Thema Plastik Szintillator noch mal aufzugreifen und so ein Teil zu bestellen.
Von der Fa. BICRON gibt es ja diverse Formen und Größen vom Material BC-408 über Ebay aus USA.
Ich hatte noch nicht den genauen Grund verstanden, warum diese Detektoren nicht zur Gammaspektroskopie taugen.
Die Zusammenhänge scheinen komplex zu sein und es liegt wohl u.a. an der niedrigen Dichte des Materials.
Leider sind die Versandkosten aus den Staaten nicht zu vernachlässigen.
Ich denke auf jeden Fall noch mal über das Thema nach.

[Henri]

Ich hatte noch nicht den genauen Grund verstanden, warum diese Detektoren nicht zur Gammaspektroskopie taugen.
Die Zusammenhänge scheinen komplex zu sein und es liegt wohl u.a. an der niedrigen Dichte des Materials.

Ja genau, Plastik besteht ja aus den leichten Atomen C, H und O. Wenn nun ein Photon in das Material eindringt, spielt es "Pingpong" und lässt seine Energie in einer Vielzahl von Stößen, wobei immer ein wenig Licht entsteht.

Beim anorganischen Szintillator sind die Atome viel schwerer, das heiß es gibt öfters einen "Frontal-Crash" und die Energie wird als Ganzes abǵegeben. Und das Licht, das dabei entsteht, enthält dann ja die ganze Energie und ist das Maß für diese. Wenn wie beim Plastik das "zusammengestückelt" wird, hat man viele kleine Blitze, aber die Information, wie hoch die Gesamtenergie ist, ist verlorengegangen.

Das ist jetzt natürlich alles etwas vereinfacht und flapsig ausgedrückt, aber ich denke es kommt rüber, was der Punkt ist.

Auch wenn Deine Augen beim Plastikszintillator nicht so leuchten werden wie beim 63mm NaI(Tl), lohnt es sich meiner Meinung nach dennoch, mal damit experimentiert zu haben. Dann bekommt man einen Eindruck, was damit geht und wieviel. Und das Material hat ja auch Vorteile. Vor allem in Verbindung mit einem SiPM wird das dann "unkaputtbar" und eignet sich z.B. auch für einen Dauereinbau ins KFZ 

Viele Grüße!

Henri

[etalon]

Ja genau, Plastik besteht ja aus den leichten Atomen C, H und O. Wenn nun ein Photon in das Material eindringt, spielt es "Pingpong" und lässt seine Energie in einer Vielzahl von Stößen, wobei immer ein wenig Licht entsteht.

Beim anorganischen Szintillator sind die Atome viel schwerer, das heiß es gibt öfters einen "Frontal-Crash" und die Energie wird als Ganzes abǵegeben. Und das Licht, das dabei entsteht, enthält dann ja die ganze Energie und ist das Maß für diese. Wenn wie beim Plastik das "zusammengestückelt" wird, hat man viele kleine Blitze, aber die Information, wie hoch die Gesamtenergie ist, ist verlorengegangen.

Das ist jetzt natürlich alles etwas vereinfacht und flapsig ausgedrückt, aber ich denke es kommt rüber, was der Punkt ist.

Auch wenn Deine Augen beim Plastikszintillator nicht so leuchten werden wie beim 63mm NaI(Tl), lohnt es sich meiner Meinung nach dennoch, mal damit experimentiert zu haben. Dann bekommt man einen Eindruck, was damit geht und wieviel. Und das Material hat ja auch Vorteile. Vor allem in Verbindung mit einem SiPM wird das dann "unkaputtbar" und eignet sich z.B. auch für einen Dauereinbau ins KFZ 

Viele Grüße!

Henri

Henri, das möchte ich eigentlich so nicht stehen lassen, da es einfach nicht richtig ist.

Dieses Pingpong macht das Gammaquant in jedem Material, da es immer fast ausschließlich mit Elektronen der jeweiligen Atome wechselwirkt (photo, compton, paarbildung). Da ein ,,schwereres" Atom mehr Elektronen bereitstellt, als ein ,,leichtes" Atom, wird der Eintritt einer Wechselwirkung pro Volumen wahrscheinlicher, aber so gut wie immer läuft das als Pinpong ab. Allerdings geschieht dieses Pinpong mit Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium, und damit weit schneller als jede zeitliche Auflösung eines Detektors. Die ,,schweren" Atome erhöhen dabei nur die Wahrscheinlichkeit, dass bei gleichem Volumen ein Gammaquant seine gesamte Energie innerhalb der Zeitauflösung im Detektor deponiert. Die Summe der dabei entstehenden Photonen sind dann im statistischen Mittel für die deponierte Energie repräsentativ. Die geringere Dichte und Kernladungszahl kann daher durch ein größeres Detektorvolumen wieder ausgeglichen werden.

Der Unterschied zwischen einem organischen und einem anorganischen Szintillator ist das Kristallgitter. Bei einer amorphen Masse, wie sie ein organischer Szintillator darstellt, können nur schwer definierte Energieniveaus angeregt werden. Daher sind die Peaks alle sehr breit und undefiniert. Das ist bei einem geordneten Kristallgitter anders. Dort können charakteristische Energieniveaus angeregt werden, welche zwar (unter anderem) thermisch bedingt auch eine Verbreiterung erfahren, aber immer noch einigermaßen definiert sind, und dadurch eine Spektrometrieanwendung ermöglichen, in dem man im Spektrum einzelne Linien sehen und trennen kann.

Wenn also nur die Erzeugung von Impulsen relevant ist, nicht aber deren energetische Zuordnung, dann nimmt man gerne große Plastikszintillatoren. Wenn aber die energetische Zuordnung relevant ist, dann verwendet man besser Szintillatoren mit einem definierten Kristallgitter (Einkristalle)...

Grüße Markus

edit dg0mg: Typo: anorganisch ==> organisch

[stoppi]

Gegen das Pingpong spricht aber der Umstand, dass man im gammaspektrum den Energieübertrag an ein einzelnes Elektron sieht. Würden da mehrere stöße aufsummiert, so hätte man zum Beispiel keine Lücke zwischen photopeak und comptonkante. Denn dann würde zum Beispiel die Summe zweier oder mehrerer comptonstöße energetisch öfters genau in dieser Lücke liegen. Das ist aber eben nicht der Fall. Wir sehen im gammaspektrum eigentlich den möglichen Energieübertrag bei genau nur einer einzigen Wechselwirkung zwischen gammaquant und Elektronen...

[etalon]

Gegen das Pingpong spricht aber der Umstand, dass man im gammaspektrum den Energieübertrag an ein einzelnes Elektron sieht. Würden da mehrere stöße aufsummiert, so hätte man zum Beispiel keine Lücke zwischen photopeak und comptonkante. Denn dann würde zum Beispiel die Summe zweier oder mehrerer comptonstöße energetisch öfters genau in dieser Lücke liegen. Das ist aber eben nicht der Fall. Wir sehen im gammaspektrum eigentlich den möglichen Energieübertrag bei genau nur einer einzigen Wechselwirkung zwischen gammaquant und Elektronen...

Nein, das stimmt nicht. Der Detektor kann die einzelnen Wechselwirkungen des Gammaquants mit Elektronen nicht zeitlich auflösen. Welche Wechselwirkung bevorzugt eintritt, hängt ja von der eingestrahlten Gammaenergie ab. Und, mal abgesehen von sehr niederenergetischen Quanten, ist nunmal der dominierende Effekt die Comptonstreuung oder Paarbildung. Das heißt, dass ein Gammaquant erst mehrere Comptonstreuungen macht, bevor es ausreichend Energie abgebaut hat, um in einem Photoeffekt terminiert zu werden. Diese Prozesse laufen aber mit Lichtgeschwindigkeit im Detektor ab, so dass es für den Detektor wie ein einziger Prozess aussieht. Deponiert dabei das Gammaquant über mehrere Comptonstreuungen und einen abschließenden Photoeffekt seine gesamte Energie im Detektor, dann erwächst daraus ein Photopeak, da diese Energie im Rahmen statistischer Einflüsse immer gleich ist. Macht das Gammaquant aber eine oder mehrere Comptonstreuungen, und verlässt dann mit einer Restenergie den Detektor, wird der Detektor nur eine Summenenrgie sehen, welche kleiner ist als die eingestrahlte Photonenenergie. Da dieser Vorgang aber einer statistischen Verteilung folgt, wird über den gesamten Energiebereich des Comptonuntergrundes im Mittel jede Energie ähnlich häufig bedient.

Was das Gap zwischen Photopeak und Comptonkante betrifft, so entsteht dieses dadurch, dass bei der Comptonstreuung nicht die gesamte Photonenenergie auf das streuende Elektron übertragen werden kann, sondern immer ein energie- und stoßwinkelabhängiger Restbetrag bei dem Gammaquant verbleibt. Macht dieses dann keinen Photoeffekt, sondern verlässt den Detektor, dann fehlt immer der definierte Mindestenergiebetrag zwischen CK und Photopeak. Dass dieser Bereich aber in einem realen Spektrum nie ganz leer ist, entspringt der Ursache, dass es zum einen Comptonstreuungen von höherenergetischen Photonen gibt, welche dann statistisch in diesen Bereich fallen, aber auch bei entsprechenden Probenaktivitäten zufällige Summationen der Comptonstreuungen auftreten können, welche in diesen Energiebereich des Comptongaps fallen.

Grüße Markus

[stoppi]

Mir ist schon klar was du schreibst, etalon.

Aber Fakt ist ja: Die Comptonkante liegt nicht bei einem bestimmten festen Prozentsatz der Gammaenergie (z.B. bei 60% der Gammaenergie), sondern hängt von der Gammaenergie selbst ab. Je höher die Gammaenergie, desto höher liegt nicht nur absolut sondern eben auch prozentuell die Comptonkante.

z.B. Gammaenergie = 511 keV: Comptonkante liegt bei 66.6%
     Gammaenergie = 51 keV: Comptonkante liegt bei 16.6%

Nehmen wir aber an, ein Gammaquant besitzt die Energie 511 keV und gibt an ein Elektron maximale Energie ab durch Rückstreuung (phi = 180°). Dann hat es ans Elektron 2/3 seiner Energie, also 341 keV abgegeben.

Nun stößt das rückgestreute Gammaquant mit einem zweiten Elektron zusammen. Jetzt besitzt das Gammaquant vor dem zweiten Stoß aber nur noch die Energie 511 - 341 = 170 keV. Die Comptonkante für 170 keV liegt aber nun bei nur noch 40% dieser Energie, also bei 68 keV. Dies ist dann die maximal im Rahmen des zweiten Stoß übertragbare Energie ans Elektron (vom Photoeffekt abgesehen).

Im Rahmen dieser beiden Stöße kann also das Gammaquant (trotz des immer geringer werdenden maximal möglichen Energieübertrags ans Elektron mit abnehmender Gammaenergie, zuerst beim ersten Stoß waren es noch max. 2/3 = 67% ans Elektron, beim zweiten sind es dann nur noch 40% ans Elektron) durchaus die Gesamtenergie 341 + 68 = 409 keV an zwei Elektronen abgeben.

Diese Energie liegt dann aber im Gammaspektrum genau zwischen Comptonkante (liegt ja bei 341 keV) und Photopeak (liegt bei 511 keV), dort wo eigentlich nichts ist. Daher sollte meiner Meinung nach bei mehreren Stößen und Summation der an die Elektronen abgegebenen Energien die Comptonkante bzw. der Bereich zwischen dieser und dem Photopeak verwaschen, was aber so nicht wirklich der Fall ist...

[DL8BCN]

Ich hatte gehofft, daß man einen Plastikszintillator auch für Gammaspektroskopie verwenden kann, wenn man die Anzeige entsprechend kalibriert.Wenn der Output vom Kristall aber nicht linear bzw. proportional zur Energie der eingefangenen Strahlung ist, dann bringt das wohl alles nichts.
Als Zählrohrersatz mit relativ gutem Wirkungsgrad sollte der Plastikszintillator aber ja gut sein.

[etalon]

Mir ist schon klar was du schreibst, etalon.

Aber Fakt ist ja: Die Comptonkante liegt nicht bei einem bestimmten festen Prozentsatz der Gammaenergie (z.B. bei 60% der Gammaenergie), sondern hängt von der Gammaenergie selbst ab. Je höher die Gammaenergie, desto höher liegt nicht nur absolut sondern eben auch prozentuell die Comptonkante.

z.B. Gammaenergie = 511 keV: Comptonkante liegt bei 66.6%
     Gammaenergie = 51 keV: Comptonkante liegt bei 16.6%

Nehmen wir aber an, ein Gammaquant besitzt die Energie 511 keV und gibt an ein Elektron maximale Energie ab durch Rückstreuung (phi = 180°). Dann hat es ans Elektron 2/3 seiner Energie, also 341 keV abgegeben.

Nun stößt das rückgestreute Gammaquant mit einem zweiten Elektron zusammen. Jetzt besitzt das Gammaquant vor dem zweiten Stoß aber nur noch die Energie 511 - 341 = 170 keV. Die Comptonkante für 170 keV liegt aber nun bei nur noch 40% dieser Energie, also bei 68 keV. Dies ist dann die maximal im Rahmen des zweiten Stoß übertragbare Energie ans Elektron (vom Photoeffekt abgesehen).

Im Rahmen dieser beiden Stöße kann also das Gammaquant (trotz des immer geringer werdenden maximal möglichen Energieübertrags ans Elektron mit abnehmender Gammaenergie, zuerst beim ersten Stoß waren es noch max. 2/3 = 67% ans Elektron, beim zweiten sind es dann nur noch 40% ans Elektron) durchaus die Gesamtenergie 341 + 68 = 409 keV an zwei Elektronen abgeben.

Diese Energie liegt dann aber im Gammaspektrum genau zwischen Comptonkante (liegt ja bei 341 keV) und Photopeak (liegt bei 511 keV), dort wo eigentlich nichts ist. Daher sollte meiner Meinung nach bei mehreren Stößen und Summation der an die Elektronen abgegebenen Energien die Comptonkante bzw. der Bereich zwischen dieser und dem Photopeak verwaschen, was aber so nicht wirklich der Fall ist...

Das stimmt, und wird auch zum Teil so passieren. Allerdings ist bei Energien um 170keV die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Comptonstreuung im Vergleich zur Eintrittswahrscheinlichkeit eines Photoeffekts recht gering, so dass dann vorwiegend der Photoeffekt eintreten wird. Sollte aber eine weitere Comptonstreuung stattfinden, so ist die Wahrscheinlichkeit sehr gering, dass diese wieder mit einem zentralen Stoß und damit einem maximalen Energieübertrag stattfindet, so dass man sieht, dass das Produkt der Wahrscheinlichkeiten einer Comptonsummation in den Bereich des Comptongaps mit zunehmender Anzahl von aufeinanderfolgenden Comptonstreuungen seeeeehr gering wird, und daher im Vergleich zum Comptonuntergrund keinen wirklichen Effekt zur Folge hat, was zu diesem Comptongap führt.

Grüße Markus

[etalon]

Ich hatte gehofft, daß man einen Plastikszintillator auch für Gammaspektroskopie verwenden kann, wenn man die Anzeige entsprechend kalibriert.Wenn der Output vom Kristall aber nicht linear bzw. proportional zur Energie der eingefangenen Strahlung ist, dann bringt das wohl alles nichts.
Als Zählrohrersatz mit relativ gutem Wirkungsgrad sollte der Plastikszintillator aber ja gut sein.

Das hat nichts mit einer kalibrierten Anzeige oder Linearität zu tun, sondern ist einfach der Materialeigenschaft eines amorphen Szintillators geschuldet, nur sehr breite Energieverteilungen als response auf ein einfallendes Gammaquant zu liefern. Dadurch wird die energetische Auflösung so schlecht, dass eine spektrometrische Anwendung sinnfrei ist...

Grüße Markus