Optimierung der Detektorhochspannung

[ABel]

Hallo,

ich hab mich Mal wieder an der Optimierung meines Detektors (BICRON 2MW2/2 monoline vom Ende der 1990er) versucht.

Variiert habe ich die Hochspannung von meinem Theremino PMT-Adapter v3.3 (600, 700, 800V), die Empfindlichkeit meiner Soundkarte (f1: 32Bit=+/-1V, f2: 32Bit=+/-0,5V, f0,5: 32Bit=+/-2V, f0,33: 32Bit=+/-3V). Den Audio gain habe ich so eingestellt, das (bei Energie trimmer=3000) der Peak für 238keV knapp rechts von der Isotopenlinie liegt.

Weil mein Detektor oberhalb von 1500keV kaum etwas liefert, messe ich mit Bins = x5. Die Baseline test Parameter sind auf default, der IIR Filter ist aus. Meßzeit sind zumeist 900 Sekunden.

Eigentlich hatte ich angenommen, das ich den Gain meiner Soundkarte so einstellen sollte, das ich möglichst keine übersteuerten Impulse bekomme (Überprüfung durch Audacity- oder Scope-Aufnahme), das ich also mit kleinem Sounkarten-Gain mehr Counts bei größeren Energien bekomme.

Wenn man sich die 3 Histogramme mit 800V ansieht, wachsen zwar die Total pulses (f1=516648, f0,5=561213, f0,33=607363), aber nicht bei hohen Energien, sondern um 93 keV herum.

Ist das immer so, oder liegt das an meinem Detektor?

Für f=0,33 zähle ich in einer Audacity-Aufnahme in 900 Sekunden 11 übersteuerte Impuls, mit f=0,5 sind es 105 und mit f=1 will ich mit zählen erst gar nicht anfangen (in 90 Sekunden sind es 53).

Wenn man sich die Histogramme mit wachsender Hochspannung ansieht, so wächst der Peak bei 93 keV über den bei 238 keV hinaus und auch der Abstand zwischen den beiden Peaks wächst (auch die kleineren Peaks rechts von 238 keV wandern weiter nach rechts).

Gibt es für die Wahl der Hochspannung ein Kriterium in Bezug auf die beiden Peaks?

Z.B.: Das Verhältnis der Peaks zueinander sollte in einem bestimmten Bereich liegen.

Oder: Der Abstand zwischen den Peaks im Histogramm (nominell 238-93=145 keV) sollte nicht größer werden als x keV.

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

in der Anlage sind noch Historamme für 550 und 650V Hochspannung ergänzt.

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

ich habe meine Analysen auch an Lello von Thermino geschickt. Im Anhang seine Antwort.

Leider beantwortet er mir die Frage, warum ich mit geringerem Gain der Soundkarte mehr Counts um die 93 keV und nicht bei höheren Energien erhalte, nicht.

Eine Idee dazu findet sich auf https://www.theremino.com/de/blog/gamma-spectrometry/hardware-tests

Dort heißt es in der deutschen Übersetzung:

Ein Signal zu hoch, in zwei separaten Transistor Sättigung senden, verschlechtert sich die Linearität im Bereich der hohen Energie und kann, im schlimmsten Fall, völlig Maskierung die Signale, Energie größer als ein bestimmter Wert.

In der deepl-Übersetzung aus dem italienischen Text

Ein zu hohes Signal sättigt die beiden Transistoren des PmtAdapters, verschlechtert die Linearität im hochenergetischen Bereich und kann im schlimmsten Fall Signale oberhalb einer bestimmten Energie vollständig ausblenden.

Gruß Andreas

HI Andreas.
Es gibt ein Kriterium und wir haben es auf der Website geschrieben. Hier ist eine Zusammenfassung für dich:
- Halte den Gewinn des Audiointerfaces so niedrig wie möglich, um Verzerrungen durch starke Impulse zu vermeiden.
- Senke die Versorgungsspannung der Röhre!
- Stelle die Spannung auf der Röhre so niedrig wie möglich ein, gerade ausreichend, um die Cäsiumlinien an die richtige Stelle zu bringen, indem du den Energie-Trimmer des MCA und gegebenenfalls den Audio-Gain auf 2 einstellst.
Die Spannung der Röhre höher als nötig zu erhöhen, bringt nichts und hätte folgende Auswirkungen:
- Erhöhung des Rauschens bei niedrigen Energien.
- Erhöhung des Risikos von zufälligen Störgeräuschen durch elektrische Entladungen an den Anschlüssen.
Lello.

[ABel]

Hallo,

hier ein paar weitere Ergebnisse meiner Optimierungsversuche. Die Diagramme aus Octave enthalten ein paar weitere Histogramme.

Außerdem eine Tabelle mit Werten aus dem Histogrammvergleich.

Anbei auch eine 900-Sekunden-Aufzeichnung mit Audacity, parallel zur MCA-Messung. Bei 70% Soundkarten-Gain (f0_7) und 600V Hochspannungsversorgung findet sich ein einziger übersteuerter Impuls.

Zur Glättung der Kurven habe ich nun auch einen IIR Filter. Die Berechnung
Yout(i)=(1-a1)*Yin(i)+a1*Yout(i-1)
wird einmal von links nach rechts und einmal von rechts nach links durchgeführt und dann der Mittelwert beider gebildet (so verschwindet das frequenzabhängige Delay des IIR Filters).

Leider ist es mir noch nicht gelungen den Filterparameter nach der %-Angabe in Theremino MCA festzusetzen. A1=0,9 entspricht in etwa 21%, 0,8 ca. 8%. Mit meinen Erfahrungen aus prozeduralen Programmiersprachen (Basic, Fortran, ...) ist es mir nicht gelungen die Programmierung aus dem Source-Code von Theremino MCA herauszulesen.

Kann das evtl. jemand aus dieser Runde?

Mit Visual Studio konnte ich den Ort schon bestimmen: Datei Form_Main.Designer.vb ab Zeile 554.

Dort findet sich auch die Berechnung der ,,Resolution compensation", deren Funktionsweise ich auch noch gern in mein Octave-Skript einbauen würde, wenn ich denn erkennen könnte, wie sie funktioniert.

Gruß Andreas

[Zugpferd]

Das ist höchst spannend und muss ich auch mal ausprobieren...
Wie schon mal gesagt habe ich damals in der Ausbildung auch gelernt das man für jeden Photomultiplyer den Arbeitspunkt richtig bestimmen muss, das ist seither irgendwie nicht nötig, zumindest beschreibt das keiner, weder aus Australien noch Italien... 
Mit Thermino kenn ich mich allerdings nicht aus und würde Vergleiche mit PRA machen...

[NuclearPhoenix]

Wie schon mal gesagt habe ich damals in der Ausbildung auch gelernt das man für jeden Photomultiplyer den Arbeitspunkt richtig bestimmen muss, das ist seither irgendwie nicht nötig, zumindest beschreibt das keiner, weder aus Australien noch Italien... 

Da bin ich eigentlich ganz bei dir. Habe ebenfalls gehört, dass man den Arbeitspunkt bestimmen soll. Gelesen habe ich das bisher aber auch noch nicht. Vielleicht macht man das aus dem Gefühl heraus und schaut halt wie sich die counts mit der Spannung verändern.

[Radioquant98]

Hallo Zusammen,

ich bin leider noch nicht so weit - meine Sonde ist noch nicht fertig.
Und ich weiß auch noch nicht allzuviel über PMTs.

Aber logischerweise muß der Arbeitspunkt stimmen . Der größte Impuls darf den maximalen Katodenstrom nicht übersteigen. Und die Stromversorgung muß in der Lage sein diesen Strom + den Dynodenspannungsteilerquerstrom aufzubringen, ansonsten stimmen die Amplituden der impulse nicht - das könnte man zwar in der Auswertesoftware ausgleichen, ist dann aber für Nachbauer sehr undurchsichtig, wenn nicht genau die gleichen Bauteile verwendet werden. So kommt Eines zum Anderen und wird ein herumstochern.

Da gerade Andreas Ahnung von der Software hat, würde ich an seiner Stelle etwas anders vorgehen, noch dazu er seinen PMT nicht kennt.
Ein niederohmigere Stromversorgung und einen niederohmigeren Spannungsteiler. Und dann erstmal messen, ob die Spannungen  der letzten drei anodennahen Dynoden beim größten Impuls nicht zu weit zusammenbrechen. Abhilfe niederohmigerer Teiler oder größere Überbrückungskondensatoren - Letztere dürfen aber die Impulse ncht zu stark verlängern.
Danach den Impedanzwandler mit höherer Spannung betreiben. Dessen Betriebsspannung darf nicht kleiner sein, als die Maximale Impulsspannung an der Anode im Leerlauf. Und eventuelle Pegelanpassungen an die Auswerteelektronik(Soundkarte)mit passiven Teilern und Filtern anpassen - das ist die rauschärmste Variante.

Vielleicht kann sich auch mal jemand dazu äußern der hirzu schon Schaltungen enwickelt und Erfahrungen hat. Vielleicht bin ich jetztetwas zu übervorsichtig.
Aber wenn schon Messen dann auch amateurmäßig richtig ......

Viele Grüße
Bernd

[Zugpferd]

Wir haben das hier mal besprochen:
PLATEAU

[Radioquant98]

Wir haben das hier mal besprochen:
PLATEAU

Danke, wieder was gelernt - mühsam ernährt sich das Eichhörnchen

Viele Grüße
Bernd