Muonen-Detektor: CosmicWatch

[Cumulus]

Sicher kennen einige von euch das schon etwas in die Jahre gekommene CosmicWatch Projekt: http://www.cosmicwatch.lns.mit.edu.
Die UK Radio Astronomy Association (UKRAA) hat das Projekt neulich wieder aufgenommen. Über ihre Webseite kann man auch bereits zusammengebaute Szintillations-Detektoren erstehen: https://www.ukraa.com/. Zwei Detektoren werden dann als Master und Slave in Koinzidenz zusammengeschaltet. Arduino-Nano Boards verarbeiten die Daten intern und senden sie via USB-Com-Port weiter, so dass man alles relativ leicht mitlesen kann. In der Wohnung (Erdgeschoß mit zwei Stockwerken obendrauf) detektiere ich mit den 25qcm Szintillatorenfläche im Tagesschnitt ca. 6 Myonen pro Minute. Nun gilt es weiter zu experimentieren und zu lernen.

Hat jemand von euch Erfahrung mit diesen Detektoren? Vielleicht auch jenseits der Myonen-Thematik. Ich frage mich, was ich sonst noch Spannendes mit diesen Teilen anfangen kann. Die vielleicht naheliegende Frage nach Gamma-Spektroskopie beantwortet der Entwickler im Physics Paper, das man auf seiner Github-Seite (s.u.) lesen kann:
"We are often asked if the detectors are suitable for gamma-ray spectroscopy. Several attempts have been made to distinguish between gamma-emitters, however we've found that they tend to populate the low voltage region such that we do not have the resolution to identify their energy. Beyond this, the plastic scintillator is not very dense and therefore the dominate reaction from a gamma ray will be to Compton scatters, and likely penetrate the full scintillator only depositing a fraction of its energy."
(Quelle auf https://github.com/spenceraxani/CosmicWatch-Desktop-Muon-Detector-v2)
Naja, ich verstehe nur, dass es nicht wirklich funktioniert...

Meine beiden zusammengeschalteten Detektoren seht ihr unten. Das Steinchen obendrauf stammt von Albert Einsteins Geburtshaus in Ulm. Ich dachte mir, ein Myonen-Detektor ist nicht der schlechteste Platz dafür  . Die Verkaufserlöse dieser kleinen Würfelchen fließen in die Finanzierung eines Einstein-Museum in Ulm.

Viele Grüße
Thomas

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[NuclearPhoenix]

Hallo Thomas,

Endlich hat auch dieses Projekt jemand mal hier vorgestellt, vielen lieben Dank dafür!

Das CosmicWatch Projekt war tatsächlich der ursächliche Grund dafür, dass ich mich überhaupt mit Gammaspektrometrie und vor allem SiPMs beschäftigt habe. Davor hatte ich damit absolut nichts zu tun. Das ganze ist bei mir leider relativ schnell eskaliert und aus dem Myonendetektor ist dann nach 1 - 2 Jahren immer wieder daran arbeiten mit Pausen dazwischen, extrem viel Lernen und Tüftelei zu einem Spektrometer geworden. Insofern habe ich sowas selbst gar nicht hier, obwohl es wirklich ein super tolles Projekt ist.

Wie er schon schreibt, kannst du die Plastikszintillatoren für Spektrometrie vergessen, dafür haben die eine viel zu geringe, quasi nicht vorhandene, Energieauflösung. Zum Zählen vom Pulsen funktioniert das aber trotzdem und das ist auch der Grund warum der Detektor auf Gammastrahlung anspricht. Spencer demonstriert das auch in einem seiner Videos. Dazu kommt natürlich die viel geringere deponierte Energie im Szintillator Vergleich zu den Myonen, deshalb ist das alles bei den niedrigen Spannungen zusammengepfercht.

Wenn du aber gerne bastelst und ein paar Widerstände in der Schaltung änderst und den Szintillator wechselst, dann bin ich mir sicher, dass du das sogar irgendwie für die Spektrometrie verwenden kannst!

Das sieht wirklich toll aus und super, dass du auch gleich zwei hast. Die Koinzidenzfunktion ist echt praktisch und erlaubt viele interessante Versuche. Das Paper von ihm zeigt eh ein paar Tests und ist wirklich lesenswert für alle die sich dafür interessieren. Ich glaube auch mal gesehen zu haben, dass er eine Zeit lang ein GitHub Repo für eine v3 offen hatte. Das ist aber irgendwann verschwunden. Ich weiß nicht ob daran noch aktiv gearbeitet wird. Spencer antwortet jedenfalls noch auf Nachrichten.

Super Projekt, danke fürs Vorstellen!

[Cumulus]

Hallo NuclearPhoenix,

vielen Dank für Deinen informativen Beitrag zum CosmicWatch Projekt. Insbesondere Deine Erläuterungen zu den Plastik-Szintillatoren sind sehr hilfreich für mich. Umlöten werde ich da aber nichts - schon aus Mangel an Elektronik-Kenntnissen; für (einfache) Spektroskopie-Versuche hab' ich ja noch den Radiacode. Der wird ständig weiterentwickelt und hier im Forum ausfühlich getestet. Da verspreche ich mir noch viele Anregungen.

Den Myonen bleibe ich aber treu. Es ist einfach zu faszinierend, die Zeitdilatation live mitzuerleben. Verschiedene Aufstell-Orte, verschiedene Ausrichtungen der beiden Detektoren - das hatte ich schon mit den ersten in Koinzidenz geschalteten Geiger-Müller-Zählrohren ausprobiert. Mit den CosmicWatch Detektoren steht das noch aus. Ob mich damit mal jemand in den Super-Kamiokande lässt, glaube ich eher nicht. Vielleicht sollte ich mich gleich für den Hyper-Kamiokande anmelden  .

Beste Grüße
Thomas

[DG0MG]

In diesem Video wird der Aufbau und Funktion des Gerätes etwas ausführlicher beschrieben:

Es gibt auch noch ein anderes Projekt namens "MuonPi".

[Cumulus]

Vielen Dank für den Youtube-Link! Dieses Video kannte ich noch nicht.

Bei den MuonPi Leuten hatte ich mich mal für den Erhalt eines Myonen-Detektors registriert. Die (sehr anspruchsvolle) Idee, ein großes Netzwerk mit vielen Detektoren aufzubauen, um größere Myonenschauer zu detektieren, fand ich spannend - eine Art Citizen-Science-Pierre-Auger-Observatorium  . Aber sie hatten und haben wohl Lieferschwierigkeiten für einige Komponenten ihrer Boards; das Ganze kommt nicht so recht voran und ich habe bisher auch nichts mehr von ihnen gehört - schade. Aber die Live Map ist immer wieder nett anzuschauen: https://muonpi.org/interactive-map.html

Beste Grüße
Thomas

[DL8BCN]

Hallo, ich weiß nicht, ob es hier interessant sein könnte...
Ich habe mich etwas ausführlicher mit diesem Projekt beschäftigt:
http://cosmicwatch.lns.mit.edu/
Es ist wohl gedacht für Studierende oder Hochschüler.
Der praktische Nutzen ist eher gering.
Außerdem scheint es in der letzten Zeit ziemlich ruhig geworden zu sein um das Projekt.
So what... Ich finde es interessant.
Ich hätte noch einen Plastikszintillator , den ich in zwei Teile sägen könnte für 2 Geräte.
Außerdem hätte ich noch ein paar 60035 SIPM´s liegen.
Einen fertigen Bausatz mit Arduino Nano gibt es aktuell wohl  nicht zu kaufen.
Die Gerber-Files sind aber bei GitHub verfügbar und man könnte die 2 benötigten Platinen anfertigen lassen.
Die verwendeten Bauteile sind nicht exotisch und man kann die trotz SMD Technik noch von Hand bestücken.
Meine Frage: Wäre das für eine Sammelbestellung?
Ich selber habe noch nie Platinen in Auftrag gegeben, aber es soll gut funktionieren.
Gruß, Rainer

[Kermit]

Meine Frage: Wäre das für eine Sammelbestellung?

Ich "schleiche" auch schon eine Weile um das Projekt herum...aus Zeitmangel immer wieder verschoben.

Ich würde aber mitmachen, wenn es um die "Abnahme" von Leiterplatten etc. geht. Die Szintillatoren dazu gibt es wohl auch noch in den USA bei einer bekannten e**y-Adresse.

Gruß kermit

[NuclearPhoenix]

Außerdem scheint es in der letzten Zeit ziemlich ruhig geworden zu sein um das Projekt.

Es gibt anscheinend sogar schon eine v3, oder zumindest ist die gerade in Arbeit. Die Daten dazu findet man auch alle schon, also theoretisch könnte man das bauen. Sogar ein Manual gibt es dazu: https://github.com/spenceraxani/CosmicWatch-Desktop-Muon-Detector-v3X
Richtig beworben wurde es nie soweit ich weiß, aber es sieht schon ziemlich fertig aus.

Ich selber habe noch nie Platinen in Auftrag gegeben, aber es soll gut funktionieren.

Da brauchst du dir keine Sorgen machen, das kann so gut wie jeder Platinenhersteller heutzutage schon super günstig und in guter Qualität. Auch und vor allem die großen, bekannten in China.