DIY Gammaspektrometer mit SiPM

[dekagon]

Hallo NuclearPhoenix,
ich habe jetzt nachdem der NaI Szintillator angekomen ist, meinen Vorverstärker mal ein wenig optimiert (Inverter) und den Pegel an Deine OpenGamma Elektronik angeschlossen und erstmal ein Hintergrundscan laufen lassen (Foto anbei).
Ich verstehe allerdings das SPektrum noch nicht so ganz... Warum ist am Anfang so ein grosser Peak?
Wie lange sollte man einen Hintergrundscan laufen lassen um möglichst genaue Werte zur Differenzmessung zu erhalten?

VG Chris

[NuclearPhoenix]

ich habe jetzt nachdem der NaI Szintillator angekomen ist, meinen Vorverstärker mal ein wenig optimiert (Inverter) und den Pegel an Deine OpenGamma Elektronik angeschlossen und erstmal ein Hintergrundscan laufen lassen (Foto anbei).

Meinst du den Vorverstärker am Board selber oder hast du da irgendeinen eigenen Aufbau?
Das Spektrum sieht irgendwie noch nicht ganz richtig aus. Hast du dich schon mit dem Vorverstärker am Board und der Diskriminatorschwelle gespielt?

Ich verstehe allerdings das SPektrum noch nicht so ganz... Warum ist am Anfang so ein grosser Peak?

Das ist ganz einfach Noise, da musst du den Diskriminator noch ein wenig höher stellen. Dann siehst du den nicht mehr.

Wie lange sollte man einen Hintergrundscan laufen lassen um möglichst genaue Werte zur Differenzmessung zu erhalten?

Normalerweise lasse ich das mindestens 30 Minuten laufen, auch wenn dann das noch nicht optimal ist. Am besten ist natürlich so lange wie möglich, also mehrere Stunden. Das gemessene Spektrum muss aber dann logischerweise genauso lange gemessen worden sein wie der Hintergrund, sonst ziehst du mehr ab.

[dekagon]

Hallo NuclearPhoenix,

nein, ich habe einen eigenen Vorverstärker mit einem LF357N OpAmp designed, der als Inverter arbeitet,
da meine PMT Röhre negative Signalpeaks erzeugt:

Hammamatsu R6233 PMT
mit BICRON 412 Szintillator (72x72 mm): -20 bis -80 mV Amplitude  und jetzt mit
NaI(Tl) Szintillator        (63x63 mm): -100 mV bis manchmal -4 V (!!!)

In beiden Fällen hatte ich 900 V an der PMT angeschlossen.

Ich musste aufgrund der Spitzenamplituden die HV Spannung soweit verringern, dass die Verstärkerstufe des OpenGamma Detektors nicht beschädigt wird, wie Du schreibst.
(Ausgangssignale mit Oszi kontrolliert)
Ich bin dabei jetzt bei 750 Volt HV für die PMT.
Ich glaube, ich werde die noch ein bisserl runterdrehen, da das immer noch superhoch ist.
Der Tip mit dem 10 Ohm Widerstand ist gut, das werde ich auf jeden Fall machen, da die Peaks so schon sehr gut sind. Die Ausgangssignale von meinem Verstärker sind schön an der Nulllinie gespiegelt, mit leichter Verstärkung (ca. 1:1,3).

Ich verstehe nur nicht, warum am Anfang nichts oder wenig sichtbar ist (so bis 500 keV), kann es sein, dass der Diskriminator zu hoch eingestellt ist und deshalb die kleinen Peaks nicht durchgelassen werden? Und die kleine Gruppe bei zirka 4000 keV?

Ich glaube ich muss die Signalwege noch an allen Stellen anpassen...

Das mit der gleichen Länge der Hitergrundscans leuchtet ein

[NuclearPhoenix]

nein, ich habe einen eigenen Vorverstärker mit einem LF357N OpAmp designed, der als Inverter arbeitet,
da meine PMT Röhre negative Signalpeaks erzeugt:

Alles klar, jetzt verstehe ich das. Bist du dieselbe Person, die auch auf Hackaday geschrieben hat? Das wäre ja sonst ein lustiger Zufall.

Ich verstehe nur nicht, warum am Anfang nichts oder wenig sichtbar ist (so bis 500 keV), kann es sein, dass der Diskriminator zu hoch eingestellt ist und deshalb die kleinen Peaks nicht durchgelassen werden? Und die kleine Gruppe bei zirka 4000 keV?

So lange du am Eingang wirklich schon Signale >= ca 100 mV reinschickst sollte es vom Detektor Board her eigentlich absolut keine Probleme bei der Messung geben, deswegen verstehe ich das mit den niedrigen Energien auch nicht. Hast du das Setup so auch schon mal getestet, vielleicht hat es das was? Das ist ja auch keine richtige Verteilung wie ich mir das vorstellen würde. Möglich, dass bei den Verstärkungen und/oder der PMT Spannung noch was zu niedrig/hoch eingestellt ist?

Der Tip mit dem 10 Ohm Widerstand ist gut, das werde ich auf jeden Fall machen, da die Peaks so schon sehr gut sind.

Genau, einfach einen/oder beide (also R5 oder R12) Widerstände ablöten und das Potentiometer ganz zurückdrehen um hier möglichst wenig Widerstand zu haben. Dann sollte der OPV stabil sein und hat nur einen Gain = 1.

Und die kleine Gruppe bei zirka 4000 keV?

Das sind einfach Pulse die zu hoch waren und an der Versorgungsspannung begrenzt sind ("Clipping"). Im Übrigen sind das noch keine keV, sondern nur die gemessenen Signalspannungen (eigentlich ADC Kanäle). Zum Energiekalibrieren musst du dann eine bekannte Probe herannehmen und die Peaks abstimmen.

[dekagon]

nein, ich habe einen eigenen Vorverstärker mit einem LF357N OpAmp designed, der als Inverter arbeitet,
da meine PMT Röhre negative Signalpeaks erzeugt:

Alles klar, jetzt verstehe ich das. Bist du dieselbe Person, die auch auf Hackaday geschrieben hat? Das wäre ja sonst ein lustiger Zufall.

Ja bin ich 

Ich werde heute Abend noch ein bisschen rumspielen... und dann berichten...

VG Chris

[dekagon]

Mmmh ich habe jetzt die PMT Spannung auf 500 V reduziert und kriege immer noch Peaks bis 8 V Maximum auf dem Scope (nach meinem Inverter). Verstärkung ist auf Minimum und ohne Ankopplung an Deinen Detector.
Das ist viel zu hoch. Ein weiteres Problem ist auch noch durch das Herunterdrehen der HV Voltage auf 500 V habe ich keine kleinen Peaks mehr, nur noch grosse über 3 Volt.
Da ist guter Rat gefragt... Ich muss mir meinen Inverter mit Verstärkungsfaktor 1.0 neu designen und einen Limiter hinzufügen, aber wie vernünftig limitieren, ohne Clipping, dann ist der Energiewert des Pulses im Eimer. Schade, die NaI Szintillationslösung ist verflixt empfindlich...
Was meinst Du?

VG Chris

[NuclearPhoenix]

Ist doch egal, die viel zu hohen Pulse sind doch sowieso wahrscheinlich nur Cosmics. Denke das ist auch das einzige was du da gerade noch misst, und wahrscheinlich musst du für die "normalen" NaI Signale die Spannung wieder höher drehen. Da würde ich auf jeden Fall danach einfach mal einen Begrenzer aus Dioden bauen. Das clipping betrifft ja dann eh nur die "zu großen" Energien. Und dann kannst du die Spannung höher drehen, dass dir die NaI Signale innerhalb den 1.6 V bleiben.

[NuclearPhoenix]

Da fällt mir grade ein ganz grundlegendes Problem ein, weil du hier mit Spannungspulsen reingehst und die Schaltung eigentlich für Strompulse ausgelegt ist. Du musst unbedingt noch den 10 Ohm Widerstand R14 am Eingang vom preamp ablöten. Sonst ziehst du über den kleinen Widerstand einiges an Strom

[Raddet]

Da würde ich auf jeden Fall danach einfach mal einen Begrenzer aus Dioden bauen.

Ich denke, es ist besser, es trotzdem zu tun. Machen Sie es zu einer grundlegenden Schaltungslösung.

Wie man in Russland sagt: "Brei kann man nicht mit Butter verderben." Ja, und die Seele wird ruhiger.

[NuclearPhoenix]

Ich denke, es ist besser, es trotzdem zu tun. Machen Sie es zu einer grundlegenden Schaltungslösung.

Ja ist eh schon geplant. Nur auf dem Board, was er hat gibt es das halt noch nicht.

[dekagon]

irgendwie scheinen heute Posts zu fehlen 
nach dem Senden eben waren sie wieder da 😊

[dekagon]

Da fällt mir grade ein ganz grundlegendes Problem ein, weil du hier mit Spannungspulsen reingehst und die Schaltung eigentlich für Strompulse ausgelegt ist. Du musst unbedingt noch den 10 Ohm Widerstand R14 am Eingang vom preamp ablöten. Sonst ziehst du über den kleinen Widerstand einiges an Strom

Ich habe einen anderen Inverter in Arbeit, der die Impulshöhen auf 1,2 V begrenzt. Nach dem Tests berichte ich wie es funktioniert. Aber du hast natürlich Recht. Dein SiPM Modul ist ja ein ultrahochohmiger Sensor.
Deshalb werde ich versuchen, die Pulse stromlimitierend auszugeben. Dabei muss aber die Energie erhalten bleiben.
Wäre schön wenn es klappt, Deine Open Gamma Detectorlösung mit dem Raspi hat schon seinen Reiz

[NuclearPhoenix]

Deshalb werde ich versuchen, die Pulse stromlimitierend auszugeben. Dabei muss aber die Energie erhalten bleiben.

Hast du dann nicht sowieso wieder clipping bei deiner Schaltung, wenn das Stromlimit erreicht ist? Naja, ansonsten ziehst du halt über die Dauer (~ns/µs) der Pulse 100 mA oder so. Ist jetzt auch nicht sooo tragisch, wenn es dein Verstärker ab kann, muss halt nicht sein wenn du auf den 10 Ohm Widerstand verzichten kannst  

[dekagon]

Ich wollte am Detektorboard so wenig als möglich modifizieren.
Mein Opamp liefert zur Zeit max. 0,5 mA bei 1,2 V.
Aber Du hast natürlich Recht... der 10 Ohm schliesst das Signal nahezu kurz...

[NuclearPhoenix]

Im übrigen habe ich die fertigen Firmware Dateien für den Pico jetzt auch auf GitHub hochgeladen. Die kann man ganz einfach über drag-and-drop hochladen ("BOOTSEL" Knopf bein Einstecken von USB gedrückt halten). Damit muss man sich nicht mehr mit der Arduino IDE herumschlagen, wenn man das nicht will

Hier die UF2 Datei:
https://github.com/Open-Gamma-Project/Open-Gamma-Detector/tree/main/software