Tragbarer Strahlungsdetektor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Dies ist ein Tutorial zum Entwerfen, Konstruieren und Testen Ihres eigenen tragbaren Silizium-Fotodioden-Strahlungsdetektors, der für den Erfassungsbereich von 5 keV-10 MeV geeignet ist, um niederenergetische Gammastrahlen aus radioaktiven Quellen genau zu quantifizieren! Passen Sie auf, wenn Sie kein radioaktiver Zombie werden möchten: Es ist nicht sicher, sich in der Nähe von Quellen mit hoher Strahlung aufzuhalten, und dieses Gerät sollte NICHT als zuverlässiges Mittel zur Erkennung potenziell schädlicher Strahlung verwendet werden.

Beginnen wir mit ein wenig Hintergrundwissen über den Detektor, bevor wir mit dem Aufbau beginnen. Oben ist ein wunderbares Video von Veritasium, das erklärt, was Strahlung ist und woher sie kommt.

Schritt 1: Zuerst viel Physik

(Bildlegende: Ionisierende Strahlung bildet im intrinsischen Bereich Elektron-Loch-Paare, die zu einem Ladungsimpuls führen.)

Funkenkammern, Geiger- und Photomultiplier-Röhrendetektoren… alle diese Detektortypen sind entweder umständlich, teuer oder verwenden Hochspannungen für den Betrieb. Es gibt einige herstellerfreundliche Geiger-Röhrentypen, wie zum Beispiel https://www.sparkfun.com/products/retired/11345 & https://www.adafruit.com/product/483. Andere Methoden zum Nachweis von Strahlung sind Festkörperdetektoren (z. B. Germaniumdetektoren). Diese sind jedoch teuer in der Herstellung und erfordern spezielle Ausrüstung (denken Sie an die Kühlung mit flüssigem Stickstoff!). Im Gegensatz dazu sind Festkörperdetektoren sehr kostengünstig. Sie sind weit verbreitet und spielen eine wesentliche Rolle in der Hochenergie-Teilchenphysik, medizinischen Physik und Astrophysik.

Hier bauen wir einen tragbaren Festkörper-Strahlungsdetektor, der in der Lage ist, niederenergetische Gammastrahlen aus radioaktiven Quellen genau zu quantifizieren und zu detektieren. Das Gerät besteht aus einem Array von in Sperrrichtung vorgespannten Silizium-PiN-Dioden mit großer Oberfläche, die an einen Ladungsvorverstärker, einen Differenzierverstärker, einen Diskriminator und einen Komparator ausgeben. Die Ausgabe aller aufeinanderfolgenden Stufen wird zur Analyse in digitale Signale umgewandelt. Wir beginnen mit der Beschreibung der Prinzipien von Siliziumteilchendetektoren, PiN-Dioden, Sperrvorspannung und anderen zugehörigen Parametern. Wir erklären dann die verschiedenen Untersuchungen, die durchgeführt wurden, und die getroffenen Entscheidungen. Am Ende stellen wir den endgültigen Prototyp und die Tests vor.

SolidState-Detektoren

Bei vielen Strahlungsdetektionsanwendungen ist die Verwendung eines festen Detektionsmediums von erheblichem Vorteil (alternativ Halbleiterdiodendetektoren oder Festkörperdetektoren genannt). Siliziumdioden sind für eine Vielzahl von Anwendungen der Detektor der Wahl, insbesondere wenn es sich um schwere geladene Teilchen handelt. Wenn keine Energiemessung erforderlich ist, ermöglichen die hervorragenden Timing-Eigenschaften von Silizium-Dioden-Detektoren eine genaue Zählung und Verfolgung geladener Teilchen.

Für die Messung von hochenergetischen Elektronen oder Gammastrahlen können Detektorabmessungen deutlich kleiner gehalten werden als bei Alternativen. Die Verwendung von Halbleitermaterialien als Strahlungsdetektoren führt auch zu einer größeren Anzahl von Trägern für ein gegebenes einfallendes Strahlungsereignis und daher zu einer niedrigeren statistischen Grenze der Energieauflösung, als dies mit anderen Detektortypen möglich ist. Folglich wird die beste heute erreichbare Energieauflösung durch den Einsatz solcher Detektoren realisiert.

Die fundamentalen Informationsträger sind Elektron-Loch-Paare, die auf dem Weg des geladenen Teilchens durch den Detektor entstehen (siehe Abbildung oben). Durch Sammeln dieser Elektron-Loch-Paare, die als Ladungen an den Elektroden des Sensors gemessen werden, wird das Erfassungssignal gebildet, und es geht zu Verstärkungs- und Unterscheidungsstufen. Zusätzliche wünschenswerte Merkmale von Festkörperdetektoren sind eine kompakte Größe, relativ schnelle Zeitsteuerungseigenschaften und eine effektive Dicke (*). Wie bei jedem Detektor gibt es Nachteile, einschließlich der Beschränkung auf kleine Größen und der relativen Möglichkeit, dass diese Vorrichtungen eine Leistungsverschlechterung durch strahlungsinduzierte Schäden erleiden.

(*: Dünne Sensoren minimieren Mehrfachstreuungen, während dickere Sensoren mehr Ladungen erzeugen, wenn ein Partikel das Substrat durchquert.)

P−i−N Dioden:

Jeder Strahlungsdetektortyp erzeugt nach Wechselwirkung mit Strahlung ein charakteristisches Ausgangssignal. Wechselwirkungen von Teilchen mit Materie werden durch drei Effekte unterschieden:

1. der photoelektrische Effekt
2. Comptonstreuung
3. Paarproduktion.

Das Grundprinzip eines planaren Siliziumdetektors ist die Verwendung eines PN-Übergangs, in dem Partikel über diese drei Phänomene wechselwirken. Der einfachste planare Siliziumsensor besteht aus einem P-dotierten Substrat und einem N-Implantat an einer Seite. Elektron-Loch-Paare werden entlang einer Teilchenflugbahn erzeugt. Im Bereich des PN-Übergangs befindet sich ein ladungsträgerfreier Bereich, die sogenannte Verarmungszone. Die in diesem Bereich erzeugten Elektron-Loch-Paare werden durch ein umgebendes elektrisches Feld getrennt. Daher können die Ladungsträger entweder auf der N- oder P-Seite des Siliziummaterials gemessen werden. Durch Anlegen einer Sperrspannung an die PN-Übergangsdiode wächst die verarmte Zone und kann das gesamte Sensorsubstrat bedecken. Mehr dazu können Sie hier lesen: Wikipedia-Artikel zu Pin Junction.

Eine PiN-Diode hat eine intrinsische i-Region zwischen den P- und N-Übergängen, die mit Ladungsträgern aus den P- und N-Regionen geflutet ist. Dieser breite intrinsische Bereich bedeutet auch, dass die Diode eine niedrige Kapazität hat, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist. Bei einer PiN-Diode existiert der Verarmungsbereich fast vollständig innerhalb des intrinsischen Bereichs. Dieser Verarmungsbereich ist viel größer als bei einer regulären PN-Diode. Dies erhöht das Volumen, in dem Elektron-Loch-Paare durch ein einfallendes Photon erzeugt werden können. Wird an das Halbleitermaterial ein elektrisches Feld angelegt, wandern sowohl die Elektronen als auch die Löcher. Die PiN-Diode ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass die gesamte i-Schicht an freien Ladungsträgern verarmt ist. Diese Sperrspannung erzeugt ein elektrisches Feld über der i-Schicht, so dass die Elektronen zur P-Schicht und die Löcher zur N-Schicht geleitet werden (*4).

Der Trägerstrom als Reaktion auf einen Strahlungsimpuls bildet den gemessenen Stromimpuls. Um diesen Strom zu maximieren, muss der i-Bereich so groß wie möglich sein. Die Eigenschaften des Übergangs sind derart, dass er sehr wenig Strom leitet, wenn er in Sperrrichtung vorgespannt wird. Die P-Seite des Übergangs wird gegenüber der N-Seite negativ, und die natürliche Potentialdifferenz von einer Seite des Übergangs zur anderen wird erhöht. Unter diesen Umständen sind es die Minoritätsträger, die über den Übergang angezogen werden, und wegen ihrer relativ geringen Konzentration ist der Sperrstrom durch die Diode recht klein. Wenn eine Sperrspannung an den Übergang angelegt wird, erscheint praktisch die gesamte angelegte Spannung über dem Verarmungsbereich, da sein spezifischer Widerstand viel höher ist als der des normalen N- oder P-Typ-Materials. Tatsächlich akzentuiert die Sperrvorspannung die Potentialdifferenz über den Übergang. Die Dicke des Verarmungsbereichs wird ebenfalls erhöht, wodurch das Volumen erweitert wird, über das strahlungserzeugte Ladungsträger gesammelt werden. Sobald das elektrische Feld ausreichend hoch ist, wird die Ladungssammlung vollständig und die Impulshöhe ändert sich nicht mehr mit weiteren Anstiegen der Detektorvorspannung.

(*1: Elektronen im gebundenen Zustand eines Atoms werden durch Photonen herausgeschlagen, wenn die Energie der einfallenden Teilchen höher als die Bindungsenergie ist.; *2: Wechselwirkung, bei der ein Teilchen an einem freien oder lose gebundenen Elektron gestreut wird, und die Übertragung eines Teils der Energie auf das Elektron.; *3: Erzeugung eines Elementarteilchens und seines Antiteilchens.; *4: Elektronen werden in die entgegengesetzte Richtung zum elektrischen Feldvektor gezogen, während sich Löcher in der gleichen Richtung bewegen Richtung wie das elektrische Feld.)

Schritt 2: Erkundung

Dies ist die Prototypversion des "Detektors", die wir konstruiert, debuggt und getestet haben. Es ist eine Matrix, die aus mehreren Sensoren besteht, um einen Strahlungssensor im "CCD" -Stil zu haben. Wie bereits erwähnt, sind alle Siliziumhalbleiter strahlungsempfindlich. Je nach Genauigkeit und verwendeter Sensorik kann man sich auch eine grobe Vorstellung vom Energieniveau des Teilchens machen, das einen Treffer verursacht hat.

Wir haben ungeschirmte Dioden verwendet, die bereits für die Abtastung gedacht sind, die, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt (und vor sichtbarem Licht abgeschirmt) sind, Treffer von Beta- und Gammastrahlung registrieren können, indem sie die winzigen Signale verstärken und die Ausgangsdaten mit einem Mikrocontroller auslesen. Alphastrahlung ist jedoch selten nachweisbar, da sie selbst dünne Gewebe oder Polymerabschirmungen nicht durchdringen kann. Anbei ein wunderbares Video von Veritasium, welches die verschiedenen Strahlungsarten (Alpha, Beta & Gamma) erklärt.

Die anfänglichen Design-Iterationen verwendeten einen anderen Sensor (eine BPW-34-Fotodiode; ein berühmter Sensor, wenn Sie herumgoogeln). Es gibt sogar ein paar verwandte Instructables, die es zum Nachweis von Strahlung verwenden, wie diese ausgezeichnete: https://www.instructables.com/id/Pocket-Photodiode-Geiger-Counter/. Da es jedoch einige Fehler aufwies und nicht optimal funktionierte, entschieden wir uns, die Details dieses Prototyps aus diesem Instructables wegzulassen, um zu vermeiden, dass Maker einen Detektor voller Fehler bauen. Wir haben jedoch die Designdateien und den Schaltplan angehängt, falls jemand interessiert ist.

Schritt 3: Das Design

(Bildlegenden: (1) Blockschaltbild des Detektors: von der Signalerzeugung bis zur Datenerfassung., (2) Spezifikationen der X100-7-Photodiode: 100 mm ^ 2 aktive Fläche, 0,9 mm verarmte Zone, lichtblockierende Beschichtung, niedriger Dunkelstrom… Wie im Absorptionswahrscheinlichkeitsdiagramm gezeigt, absorbieren PiN-Dioden leicht Gammastrahlenenergie, (3) Anwendungshinweis des Herstellers, der das Designkonzept bestätigt und bei der Auswahl der anfänglichen Komponentenwerte half.

Wir haben uns für einen größeren Flächensensor entschieden, nämlich den X100-7 von First Sensor. Zu Testzwecken und zur Modularität haben wir drei verschiedene Teile entwickelt, die übereinander gestapelt sind: Sensoren und Verstärkung (rauscharmer Ladungsverstärker + Impulsformungsverstärker), Diskriminatoren und Komparator, DC/DC-Regelung und der DAQ (Arduino für die Datenerfassung). Jede Stufe wurde separat zusammengebaut, validiert und getestet, wie Sie im nächsten Schritt sehen werden.

Ein wesentlicher Vorteil von Halbleiterdetektoren ist die geringe Ionisationsenergie (E), unabhängig von Energie und Art der einfallenden Strahlung. Diese Vereinfachung ermöglicht es, eine Anzahl von Elektron-Loch-Paaren in Bezug auf die einfallende Strahlungsenergie zu berücksichtigen, vorausgesetzt, das Teilchen wird vollständig innerhalb des aktiven Volumens des Detektors gestoppt. Für Silizium bei 23C (*) haben wir E~3.6eV. Unter der Annahme, dass die gesamte Energie deponiert wird, und unter Verwendung der Ionisierungsenergie können wir die Anzahl der von einer bestimmten Quelle erzeugten Elektronen berechnen. Beispielsweise würde eine 60keV-Gammastrahlung von einer Americium−241-Quelle zu einer abgeschiedenen Ladung von 0,045 fC/keV führen. Wie in den Spezifikationen der Diodenspezifikationen gezeigt, kann der Verarmungsbereich oberhalb einer Vorspannung von ungefähr 15 V als konstant angenähert werden. Dies legt den Zielbereich für unsere Vorspannung auf 12-15 V fest. (*: E nimmt mit abnehmender Temperatur zu.)

Die Funktionalität der verschiedenen Module des Detektors, deren Bestandteile und zugehörige Berechnungen. Bei der Auswertung des Detektors war die Empfindlichkeit (*1) entscheidend. Ein extrem empfindlicher Ladungsvorverstärker ist erforderlich, da ein einfallender Gammastrahl im Halbleiter-Verarmungsbereich nur einige tausend Elektronen erzeugen kann. Da wir einen winzigen Stromimpuls verstärken, muss der Komponentenauswahl, der sorgfältigen Abschirmung und dem Leiterplattenlayout besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

(*1: Mindestenergie, die im Detektor deponiert werden muss, um ein eindeutiges Signal zu erzeugen, und das Signal-Rausch-Verhältnis.)

Um Komponentenwerte richtig auszuwählen, fasse ich zunächst die Anforderungen, die gewünschten Spezifikationen und die Randbedingungen zusammen:

Sensoren:

• Großer möglicher Erfassungsbereich, 1keV-1MeV
• Geringe Kapazität zur Minimierung von Rauschen, 20pF-50pF
• Vernachlässigbarer Leckstrom bei Sperrspannung.

Verstärkung und Diskriminierung:

• Ladungsempfindliche Vorverstärker
• Differenzierer für Pulsformung
• Komparator für Signalimpuls oberhalb der eingestellten Schwelle
• Komparator für Rauschausgabe innerhalb des Schwellenwertintervalls
• Komparator für Kanalkoinzidenzen
• Allgemeiner Schwellenwert für die Ereignisfilterung.

Digital- und Mikrocontroller:

• Schnelle Analog-Digital-Wandler
• Ausgabedaten für Verarbeitung und Benutzeroberfläche.

Leistung und Filterung:

• Spannungsregler für alle Stufen
• Hochspannungsversorgung zur Erzeugung der Bias-Leistung
• Korrekte Filterung der gesamten Stromverteilung.

Ich habe folgende Komponenten gewählt:

• DC-Aufwärtswandler: LM 2733
• Ladungsverstärker: AD743
• Andere Operationsverstärker: LM393 & LM741
• Datenerfassung/Auslesung: Arduino Nano.

Zusätzliche auferlegte Spezifikationen umfassen:

• Betriebsrate: > 250 kHz (84 Kanäle), 50 kHz (Koinzidenz)
• Auflösung: 10bit ADC
• Abtastrate: 5kHz (8 Kanäle)
• Spannungen: 5V Arduino, 9V Operationsverstärker, ~12V Vorspannung.

Die Gesamtanordnung und Reihenfolge der obigen Komponenten sind in der Blockschaltbildfigur dargestellt. Wir haben die Berechnungen mit Komponentenwerten durchgeführt, die während der Testphase verwendet wurden (siehe drittes Bild). (*: Einige Komponentenwerte sind weder mit den ursprünglich geplanten noch mit den derzeit geltenden Werten identisch; dennoch bieten diese Berechnungen einen Orientierungsrahmen.)

Schritt 4: Die Schaltungen

(Abbildungslegenden: (1) Gesamtschema der Stufen 1-3 eines einzelnen Kanals, einschließlich Diodenbasis und Spannungsteilern, die Verweise auf jede Stufe bereitstellen, Schaltungsunterabschnitte.)

Lassen Sie uns nun den "Fluss" des Erkennungssignals eines der vier Kanäle von seiner Erstellung bis zur digitalen Erfassung erklären.

Stufe 1

Das einzige interessierende Signal stammt von den Photodioden. Diese Sensoren sind in Sperrrichtung vorgespannt. Die Vorspannungsversorgung besteht aus stabilen 12 V, die durch einen Tiefpassfilter geleitet werden, um unerwünschtes Rauschen von mehr als 1 Hz zu eliminieren. Bei der Ionisierung des Verarmungsbereichs wird an den Pins der Diode ein Ladungsimpuls erzeugt. Dieses Signal wird von unserer ersten Verstärkungsstufe aufgenommen: dem Ladungsverstärker. Ein Ladungsverstärker kann mit jedem Operationsverstärker hergestellt werden, aber eine rauscharme Spezifikation ist sehr wichtig.

Stufe 2

Das Ziel dieser Stufe besteht darin, den am invertierenden Eingang erkannten Ladungsimpuls in eine Gleichspannung am Ausgang des Operationsverstärkers umzuwandeln. Der nicht invertierende Eingang wird gefiltert und auf einen bekannten und gewählten Pegel an einen Spannungsteiler gelegt. Diese erste Stufe ist schwer abzustimmen, aber nach zahlreichen Tests haben wir uns für einen Rückkopplungskondensator von 2[pF] und einen Rückkopplungswiderstand von 44[MOhm] entschieden, was zu einem Impuls von 2[pF] × 44[MOhm] führt. = 88[μs]. Dem Ladungsverstärker folgt ein invertierender aktiver Bandpassfilterverstärker, der wie ein Differenzierer wirkt. Diese Stufe filtert und wandelt den von der vorherigen Stufe ausgehenden Gleichspannungspegel in einen Impuls mit einer Verstärkung von 100 um. Am Ausgang dieser Stufe wird das Rohdetektorsignal abgetastet.

Stufe 3

Als nächstes folgen die Signal- und Rauschkanäle. Diese beiden Ausgänge gehen direkt zum DAQ sowie zur zweiten analogen Platine. Beide fungieren als Op-Amp-Komparatoren. Der einzige Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass der Rauschkanal an seinem nicht invertierenden Eingang eine niedrigere Spannung hat als der Signalkanal, und der Signalkanal wird auch gefiltert, um Frequenzen oberhalb des erwarteten Ausgangsimpulses von der zweiten Verstärkerstufe zu entfernen. Ein Operationsverstärker LM741 fungiert als Komparator gegenüber einem variablen Schwellenwert, um den Signalkanal zu unterscheiden, sodass der Detektor nur ausgewählte Ereignisse an den ADC/MCU senden kann. Ein variabler Widerstand am nicht invertierenden Eingang stellt den Triggerpegel ein. In dieser Stufe (Koinzidenzzähler) werden Signale von jedem Kanal einem Operationsverstärker zugeführt, der als Summierschaltung dient. Zeitgleich mit zwei aktiven Kanälen wird eine feste Schwelle eingestellt. Der Operationsverstärker gibt High aus, wenn zwei oder mehr Fotodioden gleichzeitig einen Treffer registrieren.

Hinweis: Wir haben einen entscheidenden Fehler gemacht, indem wir den DC/DC-Aufwärtswandler der Vorspannungsleistung in der Nähe der ladungsempfindlichen Operationsverstärker auf der Verstärkerplatine platziert haben. Vielleicht beheben wir dies in einer späteren Version.

Schritt 5: Die Montage

Löten, viel Löten… Da der für den endgültigen Detektor ausgewählte Sensor nur als SMT-Footprint-Komponente existiert, mussten wir Leiterplatten (2-lagig) entwerfen. Daher wurden alle zugehörigen Schaltungen auch auf Leiterplatten und nicht auf das Steckbrett migriert. Alle analogen Komponenten wurden auf zwei separaten PCBs platziert und die digitalen Komponenten auf einer anderen, um Rauschstörungen zu vermeiden. Dies waren die ersten PCBs, die wir je hergestellt haben, also mussten wir uns beim Layout in Eagle helfen. Die wichtigste Platine ist die der Sensoren und der Verstärkung. Mit einem Oszilloskop, das die Ausgänge an Testpunkten überwacht, kann der Detektor ausschließlich mit dieser Karte betrieben werden (DAQ-Bypass). Ich habe meine Fehler gefunden und behoben; Dazu gehörten falsche Komponenten-Footprints, die dazu führten, dass unsere rauscharmen Operationsverstärker abgegriffen wurden, und Komponenten am Ende der Lebensdauer, die gegen Alternativen ausgetauscht wurden. Darüber hinaus wurden dem Design zwei Filter hinzugefügt, um Nachschwingschwingungen zu unterdrücken.

Schritt 6: Das Gehäuse

Das Ziel des 3D-gedruckten Gehäuses, der Bleifolie und des Schaumstoffs ist: Montagezwecke, thermische Isolierung, Lärmschutz und Umgebungslicht zu blockieren und offensichtlich die Elektronik zu schützen. 3D-Druck-STL-Dateien sind beigefügt.

Schritt 7: Arduino-Auslesung

Der Ausleseteil (ADC/DAQ) des Detektors besteht aus einem Arduino Mini (Code beigefügt). Dieser Mikrocontroller überwacht die Ausgänge der vier Detektoren und die Stromversorgung des späteren (Track Power Quality) und gibt dann alle Daten auf dem seriellen Ausgang (USB) zur weiteren Analyse oder Aufzeichnung aus.

Eine Verarbeitungs-Desktop-Anwendung wurde entwickelt (angehängt), um alle eingehenden Daten darzustellen.

Schritt 8: Testen

(Figurenlegenden: (1) Resultierender Puls einer 60Co-Quelle (t ~ 760 ms) Signal-Rausch-Verhältnis ~3:1., (2) Injektion äquivalent der von einer Energiequelle deponierten Ladung ~2 MeV., (3) Injektion äquivalent zu der von einer 60Co-Quelle (~ 1,2 MeV) deponierten Ladung).

Die Ladungsinjektion erfolgte mit einem Impulsgenerator, der mit einem Kondensator (1pF) am Sensorpad gekoppelt und über einen 50Ohm-Widerstand mit Masse verbunden war. Diese Verfahren ermöglichten es mir, meine Schaltungen zu testen, die Komponentenwerte fein abzustimmen und die Reaktionen der Fotodioden zu simulieren, wenn sie einer aktiven Quelle ausgesetzt waren. Wir stellten sowohl eine Americium−241 (60 KeV) als auch eine Eisen−55 (5,9 KeV) Quelle vor die beiden aktiven Photodioden, und keiner der Kanäle sah ein charakteristisches Signal. Wir haben dies über Pulsinjektionen überprüft und festgestellt, dass die Pulse von diesen Quellen aufgrund von Rauschpegeln unter der beobachtbaren Schwelle lagen. Wir konnten jedoch immer noch Treffer von einer 60Co (1,33 MeV) Quelle sehen. Größter limitierender Faktor bei den Tests war das starke Rauschen. Es gab viele Lärmquellen und nur wenige Erklärungen, was diese erzeugte. Wir fanden, dass eine der bedeutendsten und schädlichsten Quellen das Vorhandensein von Rauschen vor der ersten Verstärkungsstufe war. Durch die enorme Verstärkung wurde dieses Rauschen fast hundertfach verstärkt! Vielleicht trugen auch eine unsachgemäße Leistungsfilterung und Johnson-Rauschen, das in die Rückkopplungsschleifen der Verstärkerstufen wieder eingespeist wurde, dazu bei (dies würde das niedrige Signal-Rausch-Verhältnis erklären). Wir haben die Abhängigkeit von Rauschen mit Biasing nicht untersucht, aber wir könnten uns das in Zukunft genauer ansehen.

Schritt 9: Das größere Bild

Sehen Sie sich das Video von Veritasium über die radioaktivsten Orte der Erde an!

Wenn Sie es bis hierher geschafft und die Schritte befolgt haben, dann herzlichen Glückwunsch! Sie haben ein Gerät für reale Anwendungen wie den LHC gebaut! Vielleicht sollten Sie einen Karrierewechsel in Betracht ziehen und in den Bereich der Kernphysik gehen:) Technisch gesehen haben Sie einen Festkörper-Strahlungsdetektor gebaut, der aus einer Matrix von Fotodioden und einer zugehörigen Schaltung besteht, um Ereignisse zu lokalisieren und zu diskriminieren. Der Detektor besteht aus mehreren Verstärkungsstufen, die kleine Ladungsimpulse in beobachtbare Spannungen umwandeln, diese dann diskriminieren und vergleichen. Ein Komparator zwischen den Kanälen liefert auch Informationen bezüglich der räumlichen Verteilung der erkannten Ereignisse. Sie haben auch die Verwendung eines Arduino-Mikrocontrollers und wesentlicher Software für die Datenerfassung und -analyse integriert.

Schritt 10: Referenzen

Zusätzlich zu den wunderbaren angehängten PDFs finden Sie hier einige verwandte Informationsressourcen:

- F. A. Smith, A Primer in Applied Radiation Physics, World Scientific, River Edge, NJ, 2000.

- First Sensor, First Sensor PIN PD Datenblatt Artikelbeschreibung X100-7 SMD, Web. mouser.com/catalog/specsheets/x100-7-smd-501401-prelim.pdf

- Horowitz, Paul und Hill, Winfield, Die Kunst der Elektronik. Cambridge University Press, 1989.

- C. Thiel, Eine Einführung in Halbleiter-Strahlungsdetektoren, Web. physics.montana.edu/students/thiel/docs/detector.pdf

- Lyndon Evans, The Large Hadron Collider: a Marvel of Technology, Ed. EPFL-Presse, 2009.