长见识了
有一个疑问，碘化钠为啥会潮解，闪烁体没有玻璃吗？
有一个疑问，碘化钠为啥会潮解，闪烁体没有玻璃吗？
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伽玛能谱仪 的 原理 & DIY
伽玛能谱仪，是用来测量丙种射线能量谱的仪器。
伽玛射线的能量，是由同位素决定的。
知道能量，查表可得这个伽玛粒子是什么元素放出来的。
可以用于分析砖头/矿石中钍链与钾40等放射性元素的活度。
一年多前的老DIY了，整理下发出来，供各位参考。
能谱仪一些特点：
比蓋革计数管灵敏3到5个数量级，
同样活度，快速出结果，检出阈值活度低得多。
可以测得能谱，不是单纯计数。
可以测得实际人体吸收值Sv
（Sv跟能量有关，蓋革计数管的cpm与Sv转换只能适用于标定所用的元素，不能用于混合源，而闪烁体由于已知响应曲线，又能测出每个闪烁成功的粒子能量，则可以推算出实际能谱，并按照能谱算出实际Sv值，不管是宇宙射线还是混合源，都能够准确。）
核心：闪烁体，将伽玛光子转换成420nm左右中心波长的蓝紫色光，同时，射入粒子能量与输出光子数基本呈正比关系。
背景杂散的负信号脉冲，高度乱七八糟：
![20160224_182200.jpg]()
单能量伽玛光子造成的负信号脉冲，高度基本均一：
![20160224_180944.jpg]()
![PMT.png]()
具体原理 与 康普顿散射本底干扰等信息参考：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/teaching/courses/Modern_lab_manual/XXXXXXXXXXXXXXXml
闪烁体重要技术性能指标：
Cs-137（662KeV）峰的半高度位置的峰宽度（FWHM），
越窄越好，窄不仅能在短时间，少计数的条件下产生高质量能谱，还可以分辨一些相近的峰值。
下图为高纯锗半导体探测器，FWHM 5.7kev/662kev得分辨率0.86%：
![CZTspectrum.png]()
下面是一些优秀性能闪烁体之间的对比，除了碘化钠，其他都极贵，不做讨论，仅供理解FWHM小的优点。
![003196_10_fig2.jpg]()
![scintillator_graph.jpg]()
![imaget6.jpg]()
闪烁体有很多选择：
NaI(Tl)：分辨率比较好（7%），价格便宜，最常用，光效率很高，但极容易潮解。尺寸可以很大。
![nai.png]()
潮解的NaI：
![20160228_163837-1.jpg]()
夸张演示：
![20151017_221915.jpg]()
在10R/h的x-ray下，闪烁体发光，注意看照片布满噪点，显然不是UV等激励。
CsI(Tl)：分辨率跟NaI类似，价格一般，闪烁中心波长恰好与硅光电池匹配，是便携式设备常用的选择，不容易潮解，尺寸一般较小。
![csi.png]()
LaBr3:Ce：分辨率极好（3%），价格极贵，光效率较差。尺寸可以很大，然而由于成本，一般较小。
![labr.png]()
塑料闪烁体：bicron的BC408/BC412之类型号，性质有所不同，总体来说分辨率极差，但价格极便宜，是碘化钠的1/10，常做计数用，一般不用于能谱分析。
![plas.png]()
本DIY选取50mm直径，50mm厚度的圆柱形碘化钠闪烁体，
![IMG20150930130754.jpg]()
Off-the-shelf PMT & scintillator assembly from Bicron：
![IMG20150930224207.jpg]()
一体化封装产品很常见，右边为井型的，挖了一个坑，使得试管可以完全放进去，尽量测得准确的4Pi总辐射：
![20160227_150533.jpg]()
![20160228_133431.jpg]()
不选取更小的，
是因为小体积灵敏度差，
对于低活度样品，
采集时间过长，
不选取更大的，
一是价格贵，
二是由于体积增大，反射情况增多，
晶体不同部位产生的光，
到达光探测器处强度不同，
导致分辨率下降。
光电转换：
硅光电池：体积小，灵敏度差，驱动电路简单，但输出信号较弱，放大后噪声大。
光电倍增管：体积一般比较大，灵敏度和线性都很好，但是增益温度稳定性不好，驱动电路要高压，但输出信号比较强，放大简单。
关于PMT，Hamamatsu公司有极好的文档：
本DIY选取光电倍增管（PMT），性能更好，且配套参考文档较多，更重要的是，大大小小我有一堆。
![20150830_175659.jpg]()
Low ripple SMPS programmable HV PSU:
![20160228_133053.jpg]()
可用matsusada/Hamamatsu等公司的PMT专用高压电源代替，需要极好的温度稳定性和时间稳定性，因为高压波动，直接导致谱线偏移，谱峰变宽。
晶体与光探测器耦合：由于空气折射率小，存在全反射，降低了效率。需要用一层薄薄的硅胶驱赶耦合面内的空气，达到光的高效利用。
脉冲经过放大，需要用多道分析仪（MCA）把脉冲高度按照ADC的bit数，分成比如1024道，将每个脉冲，按照高度的adc count放入相应bin内，经过一段时间累计，得到能谱。
MCA有很多实现方法，这里只介绍直采，不介绍峰保持等纯模拟电路的实现:
![20151010_170641.jpg]()
当代MCA，是ADC采集原始脉冲后，所有峰识别/统计/滤波等都用软件实现。最简单的MCA，便是手机/电脑的声卡MIC input，有许多开源MCA软件，将PMT输出经过pre-amp，脉冲展宽(声卡带宽不够，原始脉冲上升沿1us太窄了)后直接送入手机或者笔记本的MIC in，用开源软件进行峰识别统计，甚至能量校准/元素识别等工作。
然而，专用硬件也很好做，带1MSPS，12bit以上ADC的开发板/开源示波器，可以通过自己写固件来实现一体化MCA。
本DIY中，使用了电脑声卡+开源软件，
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/~marek/pra/
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/software-downloads
![theremino.png]()
并实验了示波器+matlab从原理上实现MCA
>> uiopen('*.csv',1)
data=filter(ones(1,3)/3,1,datacsv);
data(data<0)=0;
[pks,locs] = findpeaks(data,'MinPeakDistance',10);
hist(pks,1024)
使用国外爱好者基于国产垃圾口袋示波器DSO201（竟然内置adc是12bit）的MCA固件。
Bicron probe:
![20160228_133016.jpg]()
isotope id:
![20160224_183815.jpg]()
tapping signal from handheld device (CsI-PMT config):
![20160224_183320.jpg]()
HPGe detector:
![20160224_130908.jpg]()
校准，使用一坨钾盐，天然K40峰度很高，放在旁边，等K40峰升起来，算出每千电子伏特多少道，或者找一个老的夜光表，或者u矿石，甚至用砖头房子本底钍链的Bi 214峰校准。
伽玛射线的能量，是由同位素决定的。
知道能量，查表可得这个伽玛粒子是什么元素放出来的。
可以用于分析砖头/矿石中钍链与钾40等放射性元素的活度。
一年多前的老DIY了，整理下发出来，供各位参考。
能谱仪一些特点：
比蓋革计数管灵敏3到5个数量级，
同样活度，快速出结果，检出阈值活度低得多。
可以测得能谱，不是单纯计数。
可以测得实际人体吸收值Sv
（Sv跟能量有关，蓋革计数管的cpm与Sv转换只能适用于标定所用的元素，不能用于混合源，而闪烁体由于已知响应曲线，又能测出每个闪烁成功的粒子能量，则可以推算出实际能谱，并按照能谱算出实际Sv值，不管是宇宙射线还是混合源，都能够准确。）
核心：闪烁体，将伽玛光子转换成420nm左右中心波长的蓝紫色光，同时，射入粒子能量与输出光子数基本呈正比关系。
背景杂散的负信号脉冲，高度乱七八糟：
单能量伽玛光子造成的负信号脉冲，高度基本均一：
具体原理 与 康普顿散射本底干扰等信息参考：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/teaching/courses/Modern_lab_manual/XXXXXXXXXXXXXXXml
闪烁体重要技术性能指标：
Cs-137（662KeV）峰的半高度位置的峰宽度（FWHM），
越窄越好，窄不仅能在短时间，少计数的条件下产生高质量能谱，还可以分辨一些相近的峰值。
下图为高纯锗半导体探测器，FWHM 5.7kev/662kev得分辨率0.86%：
下面是一些优秀性能闪烁体之间的对比，除了碘化钠，其他都极贵，不做讨论，仅供理解FWHM小的优点。
闪烁体有很多选择：
NaI(Tl)：分辨率比较好（7%），价格便宜，最常用，光效率很高，但极容易潮解。尺寸可以很大。
潮解的NaI：
夸张演示：
在10R/h的x-ray下，闪烁体发光，注意看照片布满噪点，显然不是UV等激励。
CsI(Tl)：分辨率跟NaI类似，价格一般，闪烁中心波长恰好与硅光电池匹配，是便携式设备常用的选择，不容易潮解，尺寸一般较小。
LaBr3:Ce：分辨率极好（3%），价格极贵，光效率较差。尺寸可以很大，然而由于成本，一般较小。
塑料闪烁体：bicron的BC408/BC412之类型号，性质有所不同，总体来说分辨率极差，但价格极便宜，是碘化钠的1/10，常做计数用，一般不用于能谱分析。
本DIY选取50mm直径，50mm厚度的圆柱形碘化钠闪烁体，
Off-the-shelf PMT & scintillator assembly from Bicron：
一体化封装产品很常见，右边为井型的，挖了一个坑，使得试管可以完全放进去，尽量测得准确的4Pi总辐射：
不选取更小的，
是因为小体积灵敏度差，
对于低活度样品，
采集时间过长，
不选取更大的，
一是价格贵，
二是由于体积增大，反射情况增多，
晶体不同部位产生的光，
到达光探测器处强度不同，
导致分辨率下降。
光电转换：
硅光电池：体积小，灵敏度差，驱动电路简单，但输出信号较弱，放大后噪声大。
光电倍增管：体积一般比较大，灵敏度和线性都很好，但是增益温度稳定性不好，驱动电路要高压，但输出信号比较强，放大简单。
关于PMT，Hamamatsu公司有极好的文档：
本DIY选取光电倍增管（PMT），性能更好，且配套参考文档较多，更重要的是，大大小小我有一堆。
Low ripple SMPS programmable HV PSU:
可用matsusada/Hamamatsu等公司的PMT专用高压电源代替，需要极好的温度稳定性和时间稳定性，因为高压波动，直接导致谱线偏移，谱峰变宽。
晶体与光探测器耦合：由于空气折射率小，存在全反射，降低了效率。需要用一层薄薄的硅胶驱赶耦合面内的空气，达到光的高效利用。
脉冲经过放大，需要用多道分析仪（MCA）把脉冲高度按照ADC的bit数，分成比如1024道，将每个脉冲，按照高度的adc count放入相应bin内，经过一段时间累计，得到能谱。
MCA有很多实现方法，这里只介绍直采，不介绍峰保持等纯模拟电路的实现:
当代MCA，是ADC采集原始脉冲后，所有峰识别/统计/滤波等都用软件实现。最简单的MCA，便是手机/电脑的声卡MIC input，有许多开源MCA软件，将PMT输出经过pre-amp，脉冲展宽(声卡带宽不够，原始脉冲上升沿1us太窄了)后直接送入手机或者笔记本的MIC in，用开源软件进行峰识别统计，甚至能量校准/元素识别等工作。
然而，专用硬件也很好做，带1MSPS，12bit以上ADC的开发板/开源示波器，可以通过自己写固件来实现一体化MCA。
本DIY中，使用了电脑声卡+开源软件，
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/~marek/pra/
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/software-downloads
并实验了示波器+matlab从原理上实现MCA
>> uiopen('*.csv',1)
data=filter(ones(1,3)/3,1,datacsv);
data(data<0)=0;
[pks,locs] = findpeaks(data,'MinPeakDistance',10);
hist(pks,1024)
使用国外爱好者基于国产垃圾口袋示波器DSO201（竟然内置adc是12bit）的MCA固件。
Bicron probe:
isotope id:
tapping signal from handheld device (CsI-PMT config):
HPGe detector:
校准，使用一坨钾盐，天然K40峰度很高，放在旁边，等K40峰升起来，算出每千电子伏特多少道，或者找一个老的夜光表，或者u矿石，甚至用砖头房子本底钍链的Bi 214峰校准。
[修改于 8年10个月前 - 2016/02/29 19:43:14]
引用 ne555:环氧密封玻璃盖子，不少有漏气的
长见识了
有一个疑问，碘化钠为啥会潮解，闪烁体没有玻璃吗？
引用
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咦 y射线的闪烁荧光体也能在x光下发光诶。。。那医院使用的x光片甲中的闪烁荧光纸可以用么？
另外，硅光电池或者光电三极管＋闪烁荧光体有测试过么？噪声真的很大？
还有，如果只是检测强度的话，闪烁磷光体怎么样？（磷光体容易造成边界模糊，如果只是检测强度的话应该没什么关系。。。）
另外，硅光电池或者光电三极管＋闪烁荧光体有测试过么？噪声真的很大？
还有，如果只是检测强度的话，闪烁磷光体怎么样？（磷光体容易造成边界模糊，如果只是检测强度的话应该没什么关系。。。）
引用
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引用 fuwen0202:医院现在DR平板，一般用的就是碘化铯闪烁体阵列。
咦 y射线的闪烁荧光体也能在x光下发光诶。。。那医院使用的x光片甲中的闪烁荧光纸可以用么？
另外，硅光电池或者光电三极管＋闪烁荧光体有测试过么？噪声真的很大？
还有，如果只是检测强度的话，闪烁磷光体怎么样？（磷光体容易造成边界模糊，如果只是...
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引用 RodTech:DR不同，电子跃迁发光的波长只要DR的传感器能采集到就行，不需要肉眼可见的吧？
医院现在DR平板，一般用的就是碘化铯闪烁体阵列。
以前的老式的x光机使用胶片的，我记得是一张白纸一样的东西，，估计是纸基的荧光体。。
引用
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淘宝搜了下，叫增感屏。。有蓝光和绿光之分。。。
引用
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引用 fuwen0202:增感屏diy的，见我的帖子。
DR不同，电子跃迁发光的波长只要DR的传感器能采集到就行，不需要肉眼可见的吧？
以前的老式的x光机使用胶片的，我记得是一张白纸一样的东西，，估计是纸基的荧光体。。
dr传感器就是cmos之类的，跟眼睛响应没啥区别，红外很差，紫外比较差，选择可见光闪烁的比较多。
引用
1
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本科的时候用纯模拟方法DIY了一个，现在想用数字的方法来实现一次，可惜没有那个条件了。
引用
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引用 zca123:做一个玩玩吧，并不需要太多条件，都能买到，当心尽量别买俄罗斯退役闪烁体。
本科的时候用纯模拟方法DIY了一个，现在想用数字的方法来实现一次，可惜没有那个条件了。
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引用 虎哥:没有高分辨率的探头
做一个玩玩吧，并不需要太多条件，都能买到，当心尽量别买俄罗斯退役闪烁体。
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挖个坟，为啥不买俄罗斯退役的？
俄罗斯是一个核大国，退役的辐射试验装置很多。不巧的是，俄罗斯管理混乱，常常没有对相关装置进行检测和规范的处理，因此沾染放射性物质的装置零件时不时流向淘宝卖家。
引用
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几年前用过nal和Labr3的晶体加上滨松的倍增管，不过后来换成SDD半导体探头，灵敏度高太多了
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几年前用过nal和Labr3的晶体加上滨松的倍增管，不过后来换成SDD半导体探头，灵敏度高太多了
SDD是远远没有闪烁体灵敏度高的，连铍窗配1mm厚的薄碘化钠都远远比SDD SI-PIN和GeLi高效，因为体积大。
SDD看起来效率高，是因为deadtime很短，thruput可以开得很大，同样的计数率碘化钠的脉冲早就重叠了
效率是靠整个接收部分的质量和体积决定的，SDD的硅才那么小一片，depletion layer更是小了，只有HPGe的效率能比。
引用
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塑料闪烁体能玩不，我有好几个塑料闪烁体
引用
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RodTech
专家 进士 学者 机友 笔友
专家 进士 学者 机友 笔友
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