好久没冒泡了。

最近大家都在关注负离子粉的新闻。可惜现在人在国外，没有办法购得样品进行测试。盖格计数器只能检测电离辐射的强度和定性地确定辐射的种类。如果要确定样品中的核素，必须要对辐射的能谱进行测量。

借此机会，分享一下手上的两个Gamma谱仪的情况。现在手头上用于Gamma能谱测量的主要是一台DIY的NaI:Tl  Gamma能谱仪，还有一台高纯锗（HPGe）Gamma能谱仪。鉴于HPGe的价格较为高昂，并且需要低温才能工作，不适合一般爱好者使用，本文主要着重于这台NaI:Tl闪烁体能谱仪。

NaI:Tl作为闪烁体外加PMT算是最简单的业余Gamma谱仪了，也非常适合爱好者DIY。在此简单介绍一下我手上DIY的这台的具体性能和过程。

此NaI:Tl闪烁体通过eBay购自某俄罗斯卖家，价格大约是150美元。 晶体大小为63mm直径圆柱体，63mm高，已封装在带有白色反射涂层的铝制外壳内，并且有玻璃覆盖通光侧，防止晶体潮解。

为了有效耦合闪烁体荧光到光电倍增管（PMT），此处选用比晶体截面略大的3英寸端窗PMT。PMT型号为Hamamatsu R10133-02。此PMT的峰值量子效率约为30%，并且峰值在400nm附近，和NaI：Tl闪烁体的荧光峰值较为接近。由于空气和玻璃折射率的差异，荧光经过界面时有一部分会被反射，所以需要用和玻璃折射率相近的透明硅脂填充缝隙，保证光子收集效率。

PMT的各dynode电压由一个高阻高压分压电阻串构成，这里直接焊接在PMT引脚上，并使用了datasheet推荐的分压比(datasheet见下图）。在最后的几个dynode上增加了电容防止高计数时这几个dynode的电压变化过大。这里设计使用正高压供电，信号在正高压上，需要通过高压陶瓷电容耦合出来，才能进入示波器或者多道分析仪（MCA）。

安装时，必须要保证PMT避光，否则环境光会导致PMT饱和，无信号输出甚至损坏PMT。这里我用多层铝箔包裹了整个PMT和闪烁体的组装体，再用泡沫塑料包裹一层防震，最后用黑色热缩管包裹。

既然是DIY，当然高压电源也要DIY了咯。这里使用LT1534-1作为PWM控制器，控制一个Royer振荡器驱动CCFL变压器，由于输出为正弦波，滤波后能得到相当低的噪声。高压输出由分压器分压后反馈到PWM控制器，闭环稳压，防止长时间采集时高压漂移，导致PMT增益漂移，能谱分辨率恶化。这款DIY高压电源的输出纹波和稳定性基本秒杀市面上的高压模块，甚至比不少实验室内的高压电源性能更好，用在我这个PMT上实属overkill。

至此，如果加上高压，PMT应该能够输出脉冲，如下图所示。我这里高压加了700V，增益已经足够得到干净的信号。注意PMT的工作电压不一定要达到datasheet上的电压，过高的增益在高计数的时候不是好事。

此时就要请出校准源了。我手上有两个Disk source，分别是1uCi的Cs-137和1uCi的Co-60，两者在美国都是豁免源，无需注册，报废时也可以当作普通垃圾处理。

同时，我们这里用Redpitaya作为MCA。Redpitaya上有一个最初版本的MCA（见XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/red-pitaya-notes/mcpha/）基本思路就是ADC直采，数字滤波，然后计算峰高以及做基线恢复。由于这个版本的使用不是很方便，后来有人使用最初版本的FPGA bitstream，外挂了web界面（见 XXXXXXXXXXXXXXXXXX/sefffal/redpitaya-multichannelanalyser）。这里我就使用新版带web界面的版本。可以清楚地看到Co-60 1173keV（6900道附近）和1332keV（7800道附近）的Gamma峰，以及Cs-137的662keV（4000道附近） Gamma峰和32keV（200道附近）的X-ray峰。同时也可以清楚地看到康普顿坪（1300道至2700道）以及背散射峰（1300道处）。这里Cs-137的662keV峰大概是7%的能量分辨率，和晶体的datasheet基本符合。（一般晶体体积越大，探测效率越高，但是分辨率会稍差）。

至此，这台NaI:Tl闪烁体能谱仪已经完全正常工作。当然我不会满足于NaI:Tl的能量分辨率，所以下一篇将介绍我的HPGe能谱仪。