Open Hardware Detektor (DIY)

Begonnen von NuclearPhoenix, 23. Februar 2022, 19:47

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NuclearPhoenix

Hier mal eine kleine Vorstellung von einem DIY Detektor an dem ich ungefähr die letzten 1.5 Jahre immer wieder gearbeitet habe und ich glaube ich bin an einem Punkt angekommen, wo man das als "fertig" betrachten könnte ;)

Das ganze ist Open Hardware, kann also von jedem heruntergeladen und nachgebaut werden. Deswegen hoste ich das ganze auf GitHub, dort gibt es außerdem noch den Code dazu, und weitere Doku:

https://github.com/Open-Gamma-Project/Open-Gamma-Detector

Vom Prinzip her ist das ein normaler Szintillationszähler, man braucht also auf jeden Fall noch zusätzlich einen Szintillator. Nur benutze ich zum Unterschied der meisten anderen DIY Geschichten keine PMT, sondern einen sehr empfindlichen Silizium Photomultiplier (SiPM). Dadurch wird das ganze deutlich kompakter und man muss sich nicht mehr mit Hochspannung herumspielen. Im Gegensatz zu Detektoren wie z.B. Theremino wird auch kein Mikrofoneingang/keine Soundkarte gebraucht sondern die Umwandlung von Pulsen zu Energie wird direkt onboard gemacht. Dadurch kann man das ganze mit jedem beliebigen USB-fähigen Gerät benutzen, an dem man dann später die Daten haben will. Sieht man vom Ausmaß des Szintillators ab, also nur die Platine für sich, dann ist das ganze mit ziemlich genau 6x6 cm recht kompakt für eine DIY Lösung.

Der Raspberry Pi Pico Mikrocontroller ist das Herzstück der Datenverarbeitung und mit dessen ADC werden 4096 Kanäle vermessen. Das macht dann zusammen mit dem Energiebereich von ca. 30 keV bis knapp 1400 keV eine theoretische Auflösung von 0.33 keV pro Kanal.

Vom Preislichen liegen wir bei grob 120€ (~15€ für die SMD Bauteile, 4€ für den Pico, ~70€ für das SiPM, 20-30€ für die Platine) ohne Szintillator, natürlich stark abhängig wo man einkauft und in welchen Mengen. Wie man sieht verursacht das SiPM den absoluten Großteil der Kosten, das ist ein durchaus berechtigter Kritikpunkt. Durch Sammelbestellungen kann man den Preis hiervon noch deutlich reduzieren.

Ich benutze die finale Version jetzt seit kurzem und bin selber noch dabei einen Haufen Spektren aufzunehmen. Am-241 und Lu-176 gibt es zum Beispiel schon auf GitHub zu sehen (1h Messdauer), das Lutetium habe ich hier auch schon mal in den passenden Thread geschickt. Das ganze war letztendlich "nur" ein Projekt um zu lernen wie sowas genau funktioniert und auch mein Einstieg in die Gamma-Spektroskopie. Und wenn ich schon an sowas arbeite, dann kann ich das auch öffentlich machen bevor es in der Versenkung verschwindet. Vielleicht interessiert oder hilft es ja noch jemandem ;D

NuclearPhoenix

#1
So... habe jetzt noch einmal ein paar Fotos vom Board zusammen mit dem Szintillator gemacht, damit man sich besser einen Eindruck machen kann.

Nicht wundern, der Szinti ist mit dem SiPM über Silikonfett verbunden, dann nur mit Isoband zugeklebt, deswegen habe ich da für ein wenig mehr Halt zwei Gummibänder drum gemacht - ist auf jeden Fall verbesserungswürdig ;)

Dann kann ich auch noch zwei neue Spektren anbieten: Ein kleiner Knopf mit Urangehalt (pre WW2, deswegen noch U-235 vorhanden) und eine Tasse mit Pechblende (Schwarzumdruck).

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In der Zwischenzeit habe ich herausgefunden wieso ein ADC Kanal so furchtbar erhöhte Werte anzeigt und damit das Spektrum wie hier in einem Bereich extrem verzerrt. Ich probiere auch mal gleich das neue Feature zum Bilder einbinden ;D

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Das Ganze ist nämlich nicht nur ein Kanal, sondern gleich 4 Stück, die völlig überempflindlich gegenüber dem Rest sind. Das kann man auch hardware-seitig nicht ändern, sondern ist einfach ein Herstellungsfehler bei dem Microcontroller den ich hier benutze. Hier sieht man das ganz gut, das ist ein gut 4 Stunden Hintergrund (der erste Peak geht natürlich noch sehr weit aus dem Bild heraus, aber sonst würde man den Rest nicht sehen):

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Die einfachste und schnellste Lösung die mir eingefallen ist, ist einfach genau diese 4 Kanäle herauszunehmen und im Spektrum selber zu ignorieren. Damit brauche ich keine aufwendigeren Methoden und verliere nur 4 Kanäle. Das neue Hintergrund-Spektrum sieht dann so aus (auch wieder 4h):

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Schon weeesentlich besser, ohne viel Aufwand. Am besten wäre es natürlich, wenn das hardware-technisch repariert wird, aber das kann sehr lange dauern ;)

Das hier ist natürlich ein bisschen eine technische Diskussion, aber ich fand es durchaus interessant um zu verstehen wie das alles zustandekommt :)