Зөөврийн цацраг илрүүлэгч: 10 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Энэ бол цацраг идэвхт эх үүсвэрээс ирж буй бага энергитэй гамма туяаг үнэн зөв хэмжихийн тулд 5keV-10MeV илрүүлэх мужид тохирсон зөөврийн цахиурын гэрэл диодын цацраг илрүүлэгчийг зохион бүтээх, бүтээх, турших заавар юм. Хэрэв та радио идэвхит зомби болохыг хүсэхгүй байгаа бол анхаарлаа хандуулаарай: өндөр цацрагийн эх үүсвэрийн ойролцоо байх нь аюулгүй биш бөгөөд энэ төхөөрөмжийг хортой цацраг туяа илрүүлэх найдвартай хэрэгсэл болгон ашиглах ёсгүй.

Детекторын бүтээн байгуулалт руу орохоосоо өмнө шинжлэх ухааны талаар бага зэрэг мэдлэгээс эхэлье. Дээрх нь Veritasium -аас цацраг гэж юу болох, хаанаас гардаг талаар тайлбарласан гайхалтай видео юм.

Алхам 1: Нэгдүгээрт, олон физик

(Зургийн домог: Ионжуулагч цацраг нь дотоод бүсэд электрон цооног хос үүсгэдэг бөгөөд ингэснээр цэнэгийн импульс үүсдэг.)

Очлуурын камер, Гейгер, Фото үржүүлэгч хоолой илрүүлэгч… эдгээр бүх төрлийн детекторууд нь ачаалал ихтэй, үнэтэй эсвэл ажиллахдаа өндөр хүчдэл ашигладаг. Https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 & https://www.adafruit.com/product/483 гэх мэт хэд хэдэн үйлдвэрлэгчдэд ээлтэй Geiger хоолойн төрөл байдаг. Цацраг туяа илрүүлэх бусад аргууд нь хатуу төлөвт детекторууд (жишээ нь Германий детектор) юм. Гэсэн хэдий ч эдгээр нь үйлдвэрлэхэд үнэтэй бөгөөд тусгай тоног төхөөрөмж шаарддаг (шингэн азотын хөргөлтийг бодоорой!). Үүний эсрэгээр хатуу төлөвт детектор нь маш хэмнэлттэй байдаг. Эдгээр нь өндөр энерги бүхий бөөмийн физик, анагаах ухааны физик, астрофизикт өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Энд бид цацраг идэвхт эх үүсвэрээс гарах энерги багатай гамма туяаг нарийн хэмжих, илрүүлэх чадвартай зөөврийн хатуу төлөвт цацрагийн детектор бүтээдэг. Энэхүү төхөөрөмж нь цэнэгийн өмнөх өсгөгч, ялгах өсгөгч, ялгаварлагч, харьцуулагч руу гаргадаг, урвуу хэвийсэн том гадаргуутай цахиурын PiN диодуудаас бүрдэнэ. Дараагийн бүх үе шатуудын гаралтыг шинжлэх зорилгоор тоон дохио болгон хөрвүүлдэг. Бид цахиурын тоосонцор илрүүлэгч, PiN диод, урвуу хазайлт болон бусад холбогдох параметрүүдийн зарчмуудыг тайлбарлахаас эхлэх болно. Дараа нь бид хийсэн янз бүрийн мөрдөн байцаалт, хийсэн сонголтуудыг тайлбарлах болно. Эцэст нь бид эцсийн загвар, туршилтыг танилцуулах болно.

SolidState илрүүлэгч

Цацраг туяа илрүүлэх олон програмын хувьд хатуу илрүүлэх орчин ашиглах нь ихээхэн давуу талтай байдаг (өөрөөр хэлбэл хагас дамжуулагч диод илрүүлэгч эсвэл хатуу төлөвт детектор гэж нэрлэдэг). Цахиур диод нь олон тооны хэрэглээнд, ялангуяа хүнд цэнэглэгдсэн тоосонцор орвол сонгох боломжтой детектор юм. Хэрэв энергийг хэмжих шаардлагагүй бол цахиур диод илрүүлэгчдийн маш сайн цаг хугацааны шинж чанар нь цэнэглэгдсэн тоосонцорыг зөв тоолох, хянах боломжийг олгодог.

Өндөр энергитэй электрон эсвэл гамма туяаг хэмжихийн тулд детекторын хэмжээсийг өөр хувилбараас хамаагүй бага байлгах боломжтой. Хагас дамжуулагч материалыг цацрагийн детектор болгон ашиглах нь тухайн цацрагийн үзэгдлийг олон тооны тээвэрлэгчдэд хүргэдэг бөгөөд ингэснээр бусад төрлийн детектортой харьцуулахад эрчим хүчний нарийвчлалын статистик хязгаар бага байдаг. Тиймээс өнөөгийн эрчим хүчний хамгийн сайн нарийвчлалыг ийм детектор ашиглан олж авдаг.

Мэдээллийн үндсэн тээвэрлэгч нь цэнэглэгдсэн бөөмсийн детектороор дамжин өнгөрөх зам дагуу үүссэн электрон цооног хосууд юм (дээрх зургийг үз). Мэдрэгчийн электродын цэнэгээр хэмжигддэг эдгээр электрон цооног хосыг цуглуулснаар илрүүлэх дохио үүсч, олшрох, ялгаварлах үе шат руу шилждэг. Хатуу төлөвт детекторуудын нэмэлт шинж чанарууд нь авсаархан хэмжээ, харьцангуй хурдан хугацааны шинж чанар, үр дүнтэй зузаан (*) юм. Аливаа детекторын нэгэн адил сул талууд байдаг бөгөөд үүнд жижиг оврын хязгаарлалт, цацраг туяанаас үүдэлтэй гэмтлээс болж эдгээр төхөөрөмжүүдийн гүйцэтгэл буурах магадлал харьцангуй бага байдаг.

(*: Нимгэн мэдрэгч нь олон тархалтыг багасгадаг бол зузаан мэдрэгч нь бөөмс субстратыг дайран өнгөрөхөд илүү их цэнэг үүсгэдэг.)

P -i -N диодууд:

Цацрагийн детектор бүрийн төрөл нь цацраг туяа харилцан үйлчилсний дараа тодорхой гарц гаргадаг. Бөөмсийн бодисын харилцан үйлчлэлийг гурван нөлөөгөөр ялгадаг.

1. гэрэл цахилгаан нөлөө
2. Комптон тарах
3. Хос үйлдвэрлэл.

Хавтгай цахиур илрүүлэгчийн үндсэн зарчим бол эдгээр гурван үзэгдлээр дамжуулан бөөмсүүд хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэг PN уулзварыг ашиглах явдал юм. Хамгийн энгийн хавтгай цахиурын мэдрэгч нь нэг талдаа д-оруулсан субстрат ба N-суулгацаас бүрдэнэ. Электрон нүхний хосууд нь бөөмийн зам дагуу үүсдэг. PN уулзварын бүсэд шавхагдах бүс гэж нэрлэгддэг үнэгүй тээвэрлэгч бүс байдаг. Энэ бүсэд үүссэн электрон цооног хосууд нь эргэн тойрны цахилгаан талбараар тусгаарлагдсан байдаг. Тиймээс цэнэг зөөгчийг цахиурын материалын N эсвэл P тал дээр хэмжиж болно. PN уулзвар диодод урвуу хэвийсэн хүчдэл хэрэглэснээр шавхагдсан бүс ургаж, мэдрэгчийн субстратыг бүрэн бүрхэж чадна. Та эндээс илүү ихийг уншиж болно: Pin Junction Wikipedia нийтлэл.

PiN диод нь P ба N уулзваруудын хоорондох I мужтай бөгөөд P ба N бүсээс цэнэглэгч тээгчээр дүүрсэн байдаг. Энэхүү өргөн дотоод бүс нь урвуу чиглэлд диодын багтаамж багатай гэсэн үг юм. PiN диодын хувьд хомсдолын хэсэг нь дотоод бүсэд бараг бүрэн оршдог. Энэхүү хомсдолын бүс нь ердийн PN диодтой харьцуулахад хамаагүй том юм. Энэ нь электрон нүхний хосыг ослын фотоноор үүсгэж болох эзлэхүүнийг нэмэгдүүлдэг. Хагас дамжуулагч материалд цахилгаан орон хэрэглэвэл электрон болон нүх хоёулаа шилжилт хөдөлгөөнд ордог. PiN диод нь урвуу хазайлттай байдаг тул i-давхарга бүхэлдээ үнэгүй тээвэрлэгчээс шавхагдах болно. Энэхүү урвуу хазайлт нь i давхаргад цахилгаан талбарыг бий болгодог бөгөөд ингэснээр электронууд P давхарга ба нүх рүү, N давхаргад (*4) ордог.

Цацрагийн импульсийн хариуд тээвэрлэгчдийн урсгал нь хэмжсэн одоогийн импульсийг бүрдүүлдэг. Энэ гүйдлийг хамгийн их байлгахын тулд i-бүс аль болох том байх ёстой. Уулзварын шинж чанар нь урвуу чиглэлд хазайсан үед маш бага гүйдэл дамжуулдаг. Холболтын P тал нь N талтай харьцуулахад сөрөг болж, уулзварын нэг талаас нөгөө тал хүртэлх байгалийн потенциалын зөрүүг сайжруулдаг. Ийм нөхцөлд цөөн тооны тээвэрлэгчид уулзвараар татагддаг бөгөөд тэдгээрийн концентраци харьцангуй бага тул диод дахь урвуу гүйдэл нь маш бага байдаг. Урвуу хэвийх утгыг уулзвар дээр ашиглах үед түүний эсэргүүцэл нь ердийн N эсвэл P хэлбэрийн материалаас хамаагүй өндөр байдаг тул бараг бүх хэрэглэсэн хүчдэл шавхагдсан бүсэд гарч ирдэг. Үнэн хэрэгтээ урвуу хазайлт нь уулзвар дээрх боломжит ялгааг тодотгож өгдөг. Шингэн алдах хэсгийн зузааныг нэмэгдүүлж, цацраг туяагаар цэнэглэгддэг тээвэрлэгчдийг цуглуулах хэмжээг нэмэгдүүлдэг. Цахилгаан талбар хангалттай өндөр болсны дараа цэнэг цуглуулах ажил дуусч, детекторын хэвийсэн хүчдэл нэмэгдэх тусам импульсийн өндөр өөрчлөгдөхөө болино.

(*1: Атомын хязгаарлагдмал төлөвт байгаа электронууд нь ослын хэсгүүдийн энерги нь холболтын энергиэс өндөр байх үед фотонуудаар тогшдог. ба энергийн зарим хэсгийг электрон руу шилжүүлэх.; *3: Энгийн бөөм ба түүний эсрэг бөөмийн үйлдвэрлэл. Цахилгаан талбайн чиглэл.)

Алхам 2: Хайгуул

Энэ бол бидний бүтээсэн, дибаг хийсэн, туршсан "детектор" -ын прототип хувилбар юм. Энэ нь "CCD" загварын цацрагийн мэдрэгчтэй байхын тулд олон мэдрэгчээс бүрдэх матриц юм. Өмнө дурьдсанчлан бүх цахиурын хагас дамжуулагч нь цацраг туяанд мэдрэмтгий байдаг. Энэ нь хэр нарийвчлалтай байгаагаас, мөн ашигласан мэдрэгчээс хамааран цохилт өгсөн бөөмийн энергийн түвшний талаар ойролцоо ойлголттой болно.

Бид мэдрэхэд зориулагдсан аль хэдийн хамгаалалтгүй диодыг ашигласан бөгөөд үүнийг урвуугаар (эсвэл харагдахуйц гэрлээс хамгаалсан) жижиг дохиог олшруулж, гаралтын өгөгдлийг микроконтроллероор унших замаар Бета ба Гамма цацрагийн цохилтыг бүртгэх боломжтой. Альфа цацраг туяа нь нимгэн даавуу эсвэл полимер хамгаалалтад хүртэл нэвтэрч чаддаггүй тул үүнийг илрүүлэх нь ховор байдаг. Төрөл бүрийн цацраг туяа (Alpha, Beta & Gamma) -ийг тайлбарласан Veritasium -ийн гайхалтай видеог хавсаргав.

Анхны дизайны давталт нь өөр мэдрэгч (BPW-34 фотодиод; хэрэв та Google-ийн эргэн тойронд алдартай мэдрэгч) ашигласан бол. Үүнийг цацраг туяа илрүүлэх зорилгоор ашигладаг хэд хэдэн холбогдох зааварчилгаа байдаг: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. Гэсэн хэдий ч, энэ нь зарим алдаатай байсан бөгөөд оновчтой ажиллахгүй байсан тул бүтээгчид алдаа дүүрэн детектор бүтээхээс зайлсхийхийн тулд энэхүү зааврын дагуу энэхүү загварыг нарийвчлан оруулахгүй байхаар шийдсэн. Гэхдээ хэн нэгэн сонирхож байгаа бол бид дизайны файлууд болон схемийг хавсаргав.

Алхам 3: Дизайн

(Зургийн домог: (1) Детекторын блок диаграм: дохио үүсгэхээс өгөгдөл олж авах хүртэл., (2) X100-7 фотодиодын техникийн үзүүлэлт: 100мм^2 идэвхтэй талбай, 0.9мм шавхагдсан бүс, гэрэл хаах бүрээс, бага харанхуй гүйдэл … Шингээлтийн магадлалын диаграммд үзүүлсэн шиг PiN диодууд нь гамма туяаны энергийг амархан шингээдэг.

Бид анхны мэдрэгчээс авсан X100−7 гэх том талбай бүхий мэдрэгчийг авахаар шийдсэн. Туршилтын зориулалтаар болон модульчлалыг хангахын тулд бид бие биенийхээ дээр байрлуулсан гурван өөр хэсгийг зохион бүтээсэн: Мэдрэгч ба өсгөгч (дуу чимээ багатай цэнэгийн өсгөгч + импульсийн хэлбэржүүлэгч өсгөгч), Дискриминатор ба харьцуулагч, DC/DC зохицуулалт, DAQ (Мэдээлэл цуглуулах зориулалттай Arduino). Үе шат бүрийг тус тусад нь угсарч, баталгаажуулж, туршиж үзэхийг дараагийн алхам дээр харах болно.

Хагас дамжуулагч детекторуудын гол давуу тал бол цацрагийн энерги, төрлөөс үл хамааран иончлолын бага энерги (E) юм. Энэхүү хялбарчлал нь детекторын идэвхтэй эзэлхүүн дотор тоосонцор бүрэн зогссон тохиолдолд цацрагийн энергийн хувьд хэд хэдэн электрон цооног хосыг тооцоолох боломжийг олгодог. Цахиурын хувьд 23С (*) температурт E ~ 3.6eV байна. Бүх энерги хуримтлагдсан гэж үзээд иончлолын энергийг ашиглан тухайн эх үүсвэрээс гаргаж авсан электронуудын тоог тооцоолж болно. Жишээлбэл, Americium-241 эх үүсвэрээс авсан 60 кВ вамма туяа нь 0.045 fC/keV цэнэгийг хуримтлуулахад хүргэнэ. Диодын техникийн үзүүлэлтүүдээс үзэхэд ойролцоогоор ~ 15 В -ийн хэвийсэн хүчдэлээс дээш хомсдолын бүсийг тогтмол гэж тооцож болно. Энэ нь бидний хэвийсэн хүчдэлийн зорилтот хүрээг 12−15 В болгож тохируулна. (*: E нь температур буурах тусам нэмэгддэг.)

Илрүүлэгчийн янз бүрийн модулиудын үйл ажиллагаа, тэдгээрийн бүрдэл хэсгүүд, холбогдох тооцоо. Илрүүлэгчийг үнэлэхдээ мэдрэмж (*1) маш чухал байсан. Гамма туяа нь хагас дамжуулагчийн хомсдолын бүсэд хэдхэн мянган электрон үүсгэж чаддаг тул маш эмзэг цэнэгийн урьдчилсан өсгөгч шаардлагатай байдаг. Бид жижиг импульсийн хүчийг нэмэгдүүлдэг тул бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгох, болгоомжтой хамгаалалт, хэлхээний самбарыг байрлуулахад онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй.

(*1: Тодорхой дохио гаргахын тулд детекторт хуримтлуулах хамгийн бага энерги ба дуу чимээ-харьцааны харьцаа.)

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг зөв сонгохын тулд би эхлээд шаардлага, хүссэн үзүүлэлт, хязгаарлалтыг нэгтгэн харуулав.

Мэдрэгч:

• Илүү том илрүүлэх хүрээ, 1keV-1MeV
• Дуу чимээг багасгахын тулд бага багтаамж, 20pF-50pF
• Урвуу хазайлтын дор бага хэмжээний алдагдлын гүйдэл.

Олшруулах ба ялгаварлан гадуурхах:

• Мэдрэмтгий урьдчилсан өсгөгчийг цэнэглэ
• Импульсийн хэлбэрийг ялгах төхөөрөмж
• Тогтоосон босго хэмжээнээс дээш байх үед дохионы импульсийн харьцуулагч
• Босго хязгаарт байх үед дуу чимээ гаргадаг харьцуулагч
• Сувгийн давхцлын харьцуулагч
• Үйл явдлыг шүүх ерөнхий босго.

Дижитал ба микро хянагч:

• Аналогоос тоон руу хурдан хөрвүүлэгч
• Боловсруулалт ба хэрэглэгчийн интерфэйсийн өгөгдөл.

Эрчим хүч ба шүүлтүүр:

• Бүх үе шатанд хүчдэлийн зохицуулагч
• Хүчдэлийг бий болгохын тулд өндөр хүчдэлийн хангамж
• Бүх цахилгаан хуваарилалтыг зөв шүүх.

Би дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгосон.

• DC Boost хөрвүүлэгч: LM 2733
• Цэнэгийн өсгөгч: AD743
• Бусад оп-өсгөгч: LM393 & LM741
• DAQ/Унших: Arduino Nano.

Нэмэлт тогтоосон техникийн үзүүлэлтүүдэд дараахь зүйлс орно.

• Ажиллах хурд:> 250 кГц (84 суваг), 50 кГц (давхцал)
• Шийдэл: 10 битийн ADC
• Дээжийн хурд: 5 кГц (8 суваг)
• Хүчдэл: 5V Arduino, 9V op-amps, ~ 12V Biasing.

Дээрх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ерөнхий зохион байгуулалт, дарааллыг блок диаграммд үзүүлэв. Туршилтын үе шатанд ашигласан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг ашиглан бид тооцооллыг хийсэн (гурав дахь зургийг үзнэ үү). (*: Зарим бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утга нь анх төлөвлөсөн болон одоогийнхтой ижил биш боловч эдгээр тооцоо нь удирдамжийн хүрээг өгдөг.)

Алхам 4: Хэлхээ

(Зургийн домог: (1) Нэг сувгийн 1-3-р үе шатуудын ерөнхий схем, үүнд диодын суурь ба хүчдэл хуваагуур, үе шат тус бүрийн лавлагаа, хэлхээний дэд хэсгүүдийг оруулав.)

Дөрвөн сувгийн аль нэгийг илрүүлэх дохиог бий болгохоос дижитал олж авах хүртэлх "урсгалыг" одоо тайлбарлая.

1 -р шат

Сонирхлын цорын ганц дохио нь фотодиодуудаас гардаг. Эдгээр мэдрэгчүүд нь урвуу хазайлттай байдаг. Хэмжээгүй хангамж нь 1Вц -ээс их хүсээгүй дуу чимээг арилгахын тулд бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрээр ажилладаг тогтвортой 12В хүчдэл юм. Шингэн алдалтын бүсийг иончлоход диодын гол дээр цэнэгийн импульс үүсдэг. Энэ дохиог бидний өсгөлтийн эхний үе шат-цэнэгийн өсгөгч авдаг. Цэнэгийн өсгөгчийг ямар ч үйлдлийн өсгөгчөөр хийх боломжтой боловч дуу чимээ багатай үзүүлэлт нь маш чухал юм.

2 -р шат

Энэ үе шатны зорилго нь урвуу оролтоор илрүүлсэн цэнэгийн импульсийг оп-өсгөгчийн гаралтын тогтмол гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргах явдал юм. Урвуу оролтгүй оролтыг шүүж, хүчдэл хуваагчийн хувьд мэдэгдэж, сонгосон түвшинд тохируулна. Энэ эхний үе шатыг тааруулахад хэцүү боловч олон тооны туршилтуудын дараа бид 2 [pF] эргэх конденсатор, 44 [MOhm] буцах эсэргүүцлийг олж авсан бөгөөд үүний үр дүнд 2 [pF] × 44 [MOhm] импульс үүсэв. = 88 [μs]. Дифференциацийн үүрэг гүйцэтгэдэг, урвуу чиглэсэн идэвхтэй зурвасын шүүлтүүр өсгөгч нь цэнэгийн өсгөгчийг дагана. Энэ үе шат нь өмнөх түвшингээс 100 хүртэлх давтамжтай импульс болгон хувиргадаг тогтмол гүйдлийн түвшинг шүүж хөрвүүлдэг. Түүхий детекторын дохиог энэ шатны гаралт дээр шалгадаг.

3 -р шат

Дараагийн эгнээнд дохио, дуу чимээний сувгууд орно. Эдгээр хоёр гаралт нь DAQ болон хоёр дахь аналог ПХБ руу шууд ордог. Аль аль нь op-amps харьцуулагч байдлаар ажилладаг. Энэ хоёрын цорын ганц ялгаа нь дуу чимээний суваг нь урвуу оролтгүй оролтын хувьд дохионы сувгаас бага хүчдэлтэй байдаг бөгөөд хоёрдахь үе шатнаас гарах гаралтын импульсээс давтамжийг арилгахын тулд дохионы сувгийг шүүдэг. LM741 оп-өсгөгч нь дохионы сувгийг ялгахын тулд хувьсах босгыг харьцуулах үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд детектор зөвхөн сонгосон үйл явдлуудыг ADC/MCU руу илгээдэг. Урвуу оролтгүй хувьсах эсэргүүцэл нь гох түвшинг тогтоодог. Энэ үе шатанд (давхцлын тоолуур) суваг тус бүрийн дохиог нийлүүлэх хэлхээний үүрэг гүйцэтгэдэг op-amp руу өгдөг. Тогтмол босго нь хоёр идэвхтэй сувагтай давхцаж байна. Хэрэв хоёр ба түүнээс дээш тооны фотодиодууд нэгэн зэрэг цохилтыг бүртгэвэл op-amp нь өндөр үр дүн гаргадаг.

Тэмдэглэл: Бид цэнэг мэдрэмтгий оптик өсгөгчийн ойролцоо хэвийсэн хүчдэлийн тогтмол гүйдлийн хүчдэлийн хувиргагчийг олшруулах ПХБ дээр байрлуулснаар бид маш чухал алдаа гаргасан. Магадгүй бид үүнийг дараагийн хувилбараар засах болно.

Алхам 5: Чуулган

Гагнах, маш их гагнах … Эцсийн детекторын хувьд сонгосон мэдрэгч нь зөвхөн SMT ул мөрийн бүрэлдэхүүн хэсэг байдаг тул бид ПХБ -ийг (2 давхарга) зохион бүтээх шаардлагатай болсон. Тиймээс холбогдох бүх хэлхээг талхны самбараас илүү ПХБ -ийн хавтан дээр шилжүүлсэн. Дуу чимээний хөндлөнгийн оролцооноос зайлсхийхийн тулд бүх аналог бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хоёр тусдаа ПХБ дээр, дижитал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өөр компьютер дээр байрлуулсан болно. Эдгээр нь бидний хийж байсан анхны ПХБ байсан тул Eagle -ийн зохион байгуулалтад туслах шаардлагатай болсон. Хамгийн чухал ПХБ бол мэдрэгч ба өсгөгч юм. Туршилтын цэг дээрх гаралтыг хянадаг осциллографын тусламжтайгаар детектор зөвхөн энэ самбараар ажиллах боломжтой (DAQ bypass). Би алдаагаа олж, зассан; үүнд буруу бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ул мөр орсон бөгөөд үүний үр дүнд бидний дуу чимээ багатай оп-амперууд утсаар холбогдож, ашиглалтын хугацаа дууссан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өөр хувилбараар сольсон. Нэмж дурдахад хонхны дууны хэлбэлзлийг дарах зорилгоор хоёр шүүлтүүрийг дизайн дээр нэмсэн.

Алхам 6: Хашаа

3D хэвлэмэл бүрхүүл, тугалган цаас, хөөсний зорилго нь угсрах зориулалттай, дулаан тусгаарлах, дуу чимээ хамгаалах, орчны гэрлийг хаах, электроникийг хамгаалах явдал юм. 3D хэвлэх STL файлуудыг хавсаргасан болно.

Алхам 7: Arduino унших

Илрүүлэгчийн унших (ADC/DAQ) хэсэг нь Arduino Mini (код хавсаргасан) хэсгээс бүрдэнэ. Энэхүү микроконтроллер нь дөрвөн детекторын гаралт, тэжээлийн хүчийг сүүлд нь хянадаг (тэжээлийн чанарыг хянадаг), дараа нь цуврал гаралт (USB) дээрх бүх өгөгдлийг гаргаж, цаашид дүн шинжилгээ хийх, бичих боломжтой болно.

Ирж буй бүх өгөгдлийг боловсруулах зорилгоор ширээний компьютер боловсруулах програмыг боловсруулсан (хавсаргасан).

Алхам 8: Туршилт

(Зургийн домог: (1) 60Co эх үүсвэрийн (t ~ 760ms) дохиолол, дуу чимээний харьцаа ~ 3: 1-ийн үр дүнд үүссэн импульс ~ 2 MeV. 3) 60Co эх үүсвэрээр (~ 1.2 MeV) хуримтлагдсан төлбөртэй тэнцэх тарилга.

Цэнэглэх тарилгыг мэдрэгчийн дэвсгэр дээрх конденсатортой (1pF) холбосон импульсийн генератор ашиглан хийж, 50 Ом эсэргүүцэлээр газардуулав. Эдгээр процедур нь миний хэлхээг турших, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг нарийн тааруулах, идэвхтэй эх үүсвэрт өртөх үед фотодиодын хариу үйлдлийг дуурайх боломжийг олгосон. Бид хоёр идэвхтэй фото диодын өмнө Americium-241 (60 KeV) ба Төмөр-55 (5.9 KeV) эх үүсвэрийг хоёуланг нь байрлуулсан бөгөөд аль ч суваг өвөрмөц дохиог хараагүй. Бид импульсийн тарилга хийх замаар шалгаж, дуу чимээний түвшингээс шалтгаалан эдгээр эх үүсвэрээс импульс ажиглагдах босгоос доогуур байна гэж дүгнэсэн. Гэсэн хэдий ч бид 60Co (1.33 MeV) эх сурвалжаас авсан цохилтуудыг харах боломжтой хэвээр байв. Туршилтын явцад гол хязгаарлагч хүчин зүйл бол ихээхэн дуу чимээ байв. Дуу чимээний олон эх сурвалж байсан бөгөөд эдгээрийг үүсгэсэн зүйлийн талаар цөөн тайлбар хийсэн. Хамгийн чухал бөгөөд хор хөнөөлтэй эх үүсвэрүүдийн нэг бол олшруулах эхний үе шатнаас өмнө дуу чимээ байсан явдал болохыг олж мэдсэн. Асар их ашиг орлогын улмаас энэ чимээ бараг зуун дахин нэмэгдсэн! Зохисгүй цахилгаан шүүлтүүр болон Жонсоны дуу чимээг өсгөгчийн үе шатуудын эргэх холболтод дахин оруулсан нь нөлөөлсөн байж магадгүй (энэ нь дуу чимээний харьцаа багатай байгааг тайлбарлах болно). Бид чимээ шуугианы хамаарлыг судалж үзээгүй боловч ирээдүйд үүнийг судалж магадгүй юм.

Алхам 9: Том зураг

Дэлхий дээрх хамгийн цацраг идэвхит газруудын тухай Veritasium -аас авсан видеог үзээрэй!

Хэрэв та энэ хүртэл явж, алхам алхмаар дагаж байсан бол баяр хүргэе! Та LHC гэх мэт бодит хэрэглээнд зориулагдсан аппарат бүтээсэн! Магадгүй та карьераа өөрчлөх талаар бодож, цөмийн физикийн салбарт орох хэрэгтэй:) Илүү техникийн үүднээс авч үзвэл та үйл явдлыг нутагшуулж, ялгахын тулд фото диод матриц ба холбогдох хэлхээнээс бүрдсэн хатуу төлөвт цацрагийн детекторыг бүтээсэн болно. Детектор нь олон тооны олшруулалтын үе шатуудаас бүрдэх бөгөөд жижиг цэнэгийн импульсийг ажиглагдах хүчдэл болгон хувиргаж, дараа нь ялгаж, харьцуулдаг. Суваг хоорондын харьцуулагч нь илрүүлсэн үйл явдлын орон зайн хуваарилалтын талаархи мэдээллийг өгдөг. Та мөн Arduino микроконтроллер, мэдээлэл цуглуулах, дүн шинжилгээ хийхэд шаардлагатай програм хангамжийг ашигласан болно.

Алхам 10: Ашигласан материал

Гайхамшигтай PDF -ээс гадна хавсаргасан мэдээллийн эх сурвалжууд энд байна.

- Ф. А. Смит, Цацрагийн физикийн анхан шатны судалгаа, World Scientific, River Edge, NJ, 2000.

- Анхны мэдрэгч, анхны мэдрэгч PIN PD өгөгдлийн хуудас Хэсгийн тайлбар X100-7 SMD, Вэб. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- Хоровиц, Пол ба Хилл, Винфилд, Электроникийн урлаг. Кембрижийн их сургуулийн хэвлэл, 1989.

- C. Thiel, Хагас дамжуулагч цацрагийн илрүүлэгчийн танилцуулга, Вэб. физик.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- Линдон Эванс, Том адрон мөргөлдөгч: Технологийн гайхамшиг, Эд. EPFL Press, 2009 он.