Scionix Szintiilationsdetektor 51B51/2

[ABel]

Hallo,

hab nun meine Tabelle noch etwas erweitert.

Der Zusammenhang zwischen ,,Audio gain" und Signalleitungswiderstand (Rs) ist bei allen 4 Spannungen ziemlich gut linear. Die Tabelle zeigt die Werte für ,,a" und ,,c":

Rs=a*"Audio gain"+c

Insbesondere lässt sich nun berechnen wie groß der Signalleitungswiderstand sein muss, wenn ,,Audio gain" immer 1 sein soll (Tabellenspalte ,,Rs für B=1").

Mit diesen Rs-Werten lässt sich nun nach einem Zusammenhang mit der HV suchen. Die Näherung mit einem Polynom 2ten Grades sieht nicht besonders gut aus, die 3ten Grades ergibt sich ja zwangsläufig und ist damit sehr gut (Sigma 10 hoch minus 9).

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

bei den gestrigen Oszilloskopmessungen hat sich folgendes ergeben:

Der Strom am Lastwiderstand im Divider liegt mit einem Lastwiderstand von 1 MOhm deutlich unter 100 uA. Mit einer HV von 600 V habe ich max. 51 uA, mit 550 V 47 uA, mit 500 V 42 uA und mit 450 V sind es 27 uA. Die Abhängigkeit von der Last am Signalausgang ist gering, zumeist tritt der höchste Strom auf, wenn am Signalausgang nichts angeschlossen ist.

Die max. Amplitude am Signalausgang liegt für 600 V bei -47,6 V, mit 550 V bei -46,8 V, mit 500 V bei -41,6 V und mit 450 V bei -38,4 V. Auch hier ist die Abhängigkeit von der Last am Signalausgang gering, zumeist tritt die höchste Spannung auf, wenn am Signalausgang nichts angeschlossen ist.

Gemessen hatte ich ohne Widerstand am Signalausgag des Divider, mit einem Widerstand von 3 MOhm (das entspricht dem Innenwiderstand des PMT-Adapters) und mit 20 MOhm (als Beispiel für einen PMT-Adapter mit Widerstand in der Signalleitung).

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

meine Messungen aus Beitrag #90 habe ich weiter erweitert und die Tabelle um weitere Spalten ergänzt.

Auf Seite 2 finden sich Werte aus den txt-Dateien der Histogramme. Neben den ,,Pulses per sec." habe ich die Stellen mit den max. Counts für die Peaks von Pb214 bei 351,9 keV und für Bi214 bei 609,32 keV herausgesucht. Die Entfernung der Peaks ist in allen Messungen kürzer als sie sein sollte (nämlich 257,42 keV)?

Auf Seite 3 habe ich versucht meine Näherung für die Abhängigkeit des Signalleitungswiderstandes von der HV (gilt immer für ,,Audio gain" = 1 und ,,Energy trimmer" = 3000) zu verbessern. Das Resultat ist das anliegende Diagramm mit einem angenäherten Polynom 3ten Grades.

Mit diesen Ergebnissen sehe ich das Optimum für meinen Detektor damit bei einer HV von 500 V und 2 MOhm Signalleitungswiderstand! Einsprüche?

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

gerade ist mir noch eingefallen: Mit meinen Daten lassen sich auch andere Näherungen bestimmen.

Z.B.: Welchen ,,Audio gain" muss ich einstellen, wenn der Signalleitungswiderstand den Wert 0 Ohm hat?
Dazu das anliegende Diagramm mit einem Polynom 3ten Grades als Näherung.

Diagramm und Näherung gelten natürlich nur für meinen opengeiger PMT-Adapter-Nachbau mit einer Verstärkung von 1, für ,,Enery trimmer" = 3000 und für meinen Detektor.

Für einen anderen Wert von ,,Audio gain" lässt sich der dazugehörige Wert für ,,Energy trimmer" berechnen:
     Enery trimmer (für gewählten Audio gain) = 3000 * Audio gain (aus Diagramm) / Audio gain (gewählt)
(Alles nur so lange 300 < Energy trimmer < 3000 ist!)

Gruß Andreas

[ABel]

Hallo,

nun bin ich unsicher, wie ich mit meinem Scionix-Detektor weiter mache?

Anbei Mal ein Histogramm mit der Bitte um Begutachtung. Ist das ein ,,vernünftiges" Histogramm?

Im Divider sind Interdynodenwiderstände von 330kOhm drin, das entspricht der Empfehlung aus dem Datenblatt des PMT-Herstellers (siehe: https://et-enterprises.com/products/photomultipliers/product/p9266b-series). Als Lastwiderstand für das Signal ist 1 MOhm eingesetzt. In diesem Lastwiderstand kommt es zu Strom-Amplituden bis zu 50 μA. Der Anodenstrom soll nach Hersteller max. 100 μA betragen.

Die Hochspannungsversorgung kommt aus einem HAMAMATSU C10940 (Stromversorgung durch 4 Akkus). Der PMT-Hersteller gibt als typische Hochspannung 850 V an. Ab 600 V erhalte ich aber Histogramme, die einen Peak enthalten der nicht aus einem Zerfall kommt. Rechts von diesem Peak zeigt das Histogramm nur noch Rauschen. Mit höherer Spannung wird dieser Peak immer größer und wandert im Histogramm nach links (siehe dazu die Beiträge #46 bis #58). Ich habe mich daher für eine Hochspannung von 500 V entschieden.

Die Amplituden der Signale aus dem Divider sind zu hoch für meine PMT-Adapter (einer nach Theremino V3.3, einer nach opengeiger). Die PMT-Adapter liefern übersteuerte Signale an die Soundkarte aus.

Ich habe daher in meinem opengeiger PMT-Adapter-Nachbau die Verstärkung für die 1te Operationsverstärkerstufe von 2 auf 1 reduziert. Dennoch brauche ich zwischen Divider und PMT-Adapter einen Widerstand von 3 MOhm um für die Soundkarte ein brauchbares Signal zu erhalten.

Gruß Andreas

[Zugpferd]

Hast Du denn einen Vergleichs Aufbau mit bekannten Komponenten?
Also z.B. ein Gammaspectacular oder so?

Du kommst doch manchmal nach Hamburg rum, dann bring das Ding mal mit, ich kann es an meinen vier verschiedenen Gammaspectacular Geräten und am LB2040 anklemmen... Dann siehst Du zumindest mal einen Vergleich mit meinem 51B51
Allerdings nutze ich dabei immer den gleichen PMT Sockel von Steven mit 1MOhm...
(https://www.gammaspectacular.com/blue/gamma-spectroscopy/accessories/pmt-base-14-2)

Auf die Datenblätter der Hersteller können wir uns sicherlich mit unseren MiniaturHochspannungsversorgungen nicht stützen, so dicke könne wir das im Hobby Bereich nicht... so hab ich das im Forum verstanden.
Und ich nutze Theremino DingsBums nicht, weil ich das noch nie gecheckt habe... erstmal Vergleichen mit bekanntem, dann gucken. Daher sagen mir deine Screenshots auch nichts...

[Radioquant98]

Hallo Andreas,

der Peak wird mit Steigender HV höher, da die PMT-Verstärkung auch steigt.
Mache doch einfach mal die HV-Siebung besser - bleibt er oder wird er kleiner? - oder verschiebt er sich?

Viele Grüße
Bernd

[ABel]

Hallo Bernd,

die Peaks links davon bleiben ja einigermaßen konstant.

Im anliegenden Histogramm sind für die Kurven die Hochspannung und der gewählte Signalleitungswiderstand eingetragen.
Die HV-abhängigen Peaks treten übrigens auch bei einer Hintergrundmessung auf. Weil rechts davon die Counts in den Keller gehen, habe ich den Eindruck, das den hohen Pulsen die Kuppe genommen wird und die gekürzten Pulse dann in dem Peak aufsummiert werden. Drum werden die dann auch höher, wenn sie weiter nach links wandern.

Gruß Andreas

[Radioquant98]

Ja, das wäre eine Erklärung. Die Amplitude der Impulse(Energie) legt ja die Lage auf der X-Achse fest - gekappte Impulse liegen also falsch.
Nun die Auswertung mit Soundkarte ist ein Kompromiß 0dB ist recht wenig Dynamik.
Profigeräte arbeiten da mit wesentlich mehr.
Möglicherweise muß man die Verstärkung zur Darstellung höherer Energien vergrößern, was aber dann bei niedrigen Energien zu Fehlanzeigen führt.
Oder Du stellst die Verstärkung so ein, daß gerade nicht abgekappt wird und Du hast eben eine eventuell zu niedrige Grenze, wo die hohen Energien im Rauschen verschwinden.

Falls ich jetzt hier Mist geschrieben habe, möget Ihr mich berichtigen. Mit der Theremino-Funktionsweise habe ich mich noch nicht beschäftigt- das wird erst im Winter, dann fange ich auch mal an mit meiner "Anlage" zu "messen"

Viele Grüße
Bernd

[ABel]

Hallo Bernd,

nun bin ich wieder über Ungereimtheiten mit meinen Audiogeräten gestolpert.

Mein Desktop hat als OnBoard-Sound einen Realtek S1220A, zumeist nutze ich aber mein USB-Audio-Interface (steinberg UR22C).

Als Software-Oszilloskop verwende ich das ,,Souncard Scope" (von C. Zeitnitz). Das hat die Möglichkeit zur Aufnahme auch Loopbacks der Wiedergabegeräte zu nutzen. Ich muss also kein Patchkabel von Output nach Input verlegen und eine D/A- mit nachfolgender A/D-Wandlung durchführen.

Ich verwende den ,,pulse simulator" von Theremino MCA als Prüfquelle. Mit dem ,,Generator 1" schicke ich ,,PmtPulses" mit 50 Hz (Achtung: Bei hohen Frequenzen verformen sich die Pulse!) und 0 dB an den ,,Lautsprecher" meines OnBoard-Sounds. Dann zeigt mir mein Scope einen Puls mit einem Minimum von -716,6 mV (das sind zu -1V -2,89 dB, also ungefähr die -3 dB, die üblicherweise bei Audioaufnahmen angestrebt werden) und das unabhängig vom Pegel. Bei Pegeländerungen höre ich zwar Lautstärkeänderungen im Lautsprecher, Scope zeigt mir diese aber nicht.

Wenn ich nun die Standardausgabe auf mein Audio-Interface verlege, die Aufnahme meines Scopes auf dessen Loopback umschalte und den ,,pulse simulator" schließe und über MCA neu starte (muss sein, sonst klappt das Ganze nicht!), dann kann ich mit dem Pegel die Amplitude im Scope verändern. Mit einem Pegel von 100 stellt sich ein Minimum bei 998,2 mV ein (im der exportierten Ex..l-Datei hat der Wert auf 2 aufeinanderfolgenden Datensätzen den Wert -1,000000).

Leider stellt mir MCA kein Loopback zur Aufnahme zur Verfügung. Ich brauche also ein Patchkabel, habe eine D/A- mit nachfolgender A/D-Wandlung und weitere Einstellmöglichkeiten über je einen Regler für Lautstärke (das Audio-Interface kann das Signal aus dem USB.Kabel auch verstärken) und Aufnahme-Gain (auch hier ist Abschwächung und Verstärkung möglich).

Ein Puls von -1 V wird in MCA irgendwo am rechten Rand des Histogramms gezählt (Audio gain 1.00, Energy trimmer 3000), also bei ca. 10500 keV. Der Peak von Uraninit für Pb214 bei 351,9 keV hat zu dem 1 V-Puls knapp -30 dB (ist das wenig Dynamik?).

In meinen Histogrammen tut sich oberhalb von 2000 keV eigentlich nichts mehr, was sich sinnvoll interpretieren lässt (das sind dann ca. -14 dB).

Soweit ich das sehe, sortiert MCA übersteuerte Signale aus, zählt diese also nicht bei zu niedrigen Energien. Wenn das nicht so ist, so bitte ich um begründeten Einspruch.

Das gilt aber nur für die übersteuerten Pulse, die von der Digitalisierung mit einer scharfen waagerechten Linie abgeschnitten werden. Pulse, die durch Rail-to-Rail-OpAmps oder Nichtlinearitäten von Transistoren nur eine flachere Kuppe bekommen, werden nicht verworfen, sondern wohl bei niedrigeren Energien gezählt.

Es erscheint mir daher durchaus sinnvoll, Übersteuerungen zuzulassen, um damit die Auflösung bei den niedrigeren Energien zu verbessern.

Die Frage ist dann: Bis zu welcher Energie sollte ein Histogramm, das mit den uns zur Verfügung stehenden Geräten erzeugt wird, reichen? Ist diese Frage in diesem Forum schon diskutiert worden? Gab es einen Konsens dazu?

Gruß Andreas

[Radioquant98]

Hallo Andreas,

deswegen nehme ich lieber keine solchen Softwaremeßgeräte.
Ich habe zwar nur recht alte Messgeräte , aber reichen dafür allemale.

Mit dem MCA habe ich mich noch gar nicht befasst. Momentan wird da bastelmäßig auch gar nichts. Lese aber deine Erfolge und Misserfolge mit und lerne daraus.

Nun zu 1V sind -30dB ja 0,03V und das liegt (kann man auf dem verpixelten Histogramm schlecht erkennen) etwas links von der Mitte.
Bei welchen Spannungen liegen eigentlich die die Grenzen (Theremino MCA) links und rechts?

So wie ich das sehe hast Du hier schon ordentlich Dynamik, allerdings zu sehr kleinen Spannungen hin. Und das bedeutet bei den kleinen Spannungen, daß da alles im Signalweg sehr rauscharm ist und die HV auch sehr gut gesiebt sein muß.
Profi-Geräte arbeiten nicht mit 5V sondern mit 15...30V. Und nutzen so ganz bewusst die hohe Ausgangsspannung des PMT. Bei 10facher Dynamik kann das Rauschen dann für das gleiche Ergebnis auch zehnmal größer sein. Beziehungsweise das Gerät wird zehnmal Empfindlicher.

Das was wir hier verwenden, sind eine Reihe von Kompromissen, die womöglich durch die Software teilweise ausgebügelt werden.

Wenn Verzerrungen teilweise zugelassen werden, verschiebt sich dann nicht die Lage der Energie????

Ich denke, die Grenzen der Enegien besimmt zuerst dein Szintillator im Zusammenhang mit dem PMT. Dann die Dynamik des Signalweges und nach kleinen Amplituden hin das Rauschen.
Was jetzt strahlungsmäßig die Grenzen sind weiß ich nicht. Da geht es mir so wie dir bei der Elektronik.

Viele Grüße
Bernd

[Peter-1]

Wenn wir nicht mit einem richtigen Oszi die gemessenen Impulse sehen können, und zwar der ganzen Kette vom PMT bis zur Soundkarte und weiter in der Darstellung mit dem Theremino Puls View, dann stochern wir auf Lebzeit im Dunkeln.
Dass die MCA Software gut funktioniert kann ich an Hand von Beispielen zeigen.
Von 20 keV bis zu 3 MeV ist kein Problem.
Beispiel Rö-fluoreszenz bis Thorium mit Tl208.
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Es ist also kein Hexenwerk, sondern nur eine saubere Pegelanpassung.
Auch die Soundkarte muß linear mitspielen. Nicht einfach vertrauen, sondern zuerst messen. Vielleicht ist da eine Dynamikautomatik eingeschaltet

Gut stochern 

[Peter-1]

Noch eine Hilfestellung. Einfach die Pulse am Theremino anzeigen lassen.
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[Radioquant98]

Danke Peter für die wertvollen Tipps.
Sobald es gegen Ende vom Herbst geht werde ich mich intensiv mit der MCA befassen. Ich will ja so eine kleine "3D USB Soundkarte" verwenden, fall mein alter kleiner Laptop das nicht kann. Laut Theremino funktioniert die ja.
Auch die Anpassung PMT zur Soundkarte muß ich noch machen. Deswegen habe ich alles Vermeintliche einstellbar gemacht.

Viele Grüße
Bernd

[Peter-1]

Noch ein kleiner aber entscheidenter Hinweis. Im Siemens-Meßkopf wird kein Spannungsausgang vom Multiplier verwendet, sonder es wird der Stromimpuls verwendet. Das bringt einige Vorteile. Erst der T1 ( Schaltbild ) wandelt das in einen Spannungspuls um. T2 dient nur als Emitterfolger um den Ausgang niederohmig zu halten. Die Schaltung ist bis +2V Puls spezifiziert.
100µA vom PMT werden am Ausgang zu ca. +0,5 Volt Puls.
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