Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Der chaotische Hauptfaden

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ludwig
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Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von ludwig » Di 5. Mai 2020, 22:07

Hallöchen zusammen,

mir ist durch Zufall eine Szintillationsmesssonde günstig über den Weg gelaufen. Ich möchte mir damit einen Szintillationszähler bzw ein Gammaspektroskop bauen. Das hier soll für euch eine Projektdokumentation und mir eine Gedankenstütze sein und mir vielleicht dabei helfen, das Projekt auch bis zu Ende zu bringen.

Die Sonde sieht jedenfalls so aus:

Bild

Das gute Gerät hört auf den Namen VA-S-968 und wurde vom VEB Robotron Messelektronik Dresden zusammen gebaut. Diese Sonde kann Gammastrahlung messen. Das funktioniert so, dass am Kopf der Sonde ein mit Thallium dotierter Natriumjodidkristall sitzt. Wenn ein Gammaquant dort rein marschiert, gibt es seine Energie an diesen Kristall ab und der Kristall leuchtet an dieser Stelle kurz auf. Diesen Lichtimpuls kann man mit einem Photomultiplier in einen Stromimpuls verwandeln und verstärken. Abhängig davon wie viel Energie in dem Gammaquant steckte, fällt die Stromstärke dieses Impulses höher oder niedriger aus.

Im Radiomuseum gibt es einen Datenblattauszug. Den kann man da aber leider nicht herunter laden und muss sich mit der kleinen Vorschau begnügen.
Dort kann man zumindest erahnen, wo man welche Spannung anlegen muss. Von Matt habe ich dann auch eine zum Stecker passende Buchse nach TGL200-3819 bekommen. Nochmals vielen Dank dafür!

Bild

Der in der Sonde bereits vorhandene Messverstärker braucht also +-12V und die Hochspannung von etwa -1000V. Die kommen fürs erste aus einem CCFL Inverter mit Gleichrichter und 13nF Ladekondensator. Das Ganze gibt unter Last allerdings zu viel Spannungsrippel:
Bild

Das sind etwas mehr als 30Vss, also viel zu viel. Mit einem RC-Siebglied, bestehend aus 1MOhm und 4,7nF wurde es dann besser. Der Inverter schafft mit der Sonde dran noch etwa 650V. Für den ersten Test reicht das, um später aber Spektren messen zu können, ist das deutlich zu wenig. Die Spannung muss dann auch noch möglichst stabil sein, da die Verstärkung des Photomultipliers abhängig von dessen Betriebsspannung ist.

Auf diese Art und Weise lässt sich die Sonde dann aber am heimischen Schreibtisch schonmal in Betrieb nehmen.

Bild

Die Messtechnik ist zwar museumsreif, reicht fürs erste aber. Normalerweise bastel ich so was im Turmlabor aber da komm ich gerade den Umständen geschuldet, nicht rein.

Mit einem Stein an der Sonde kann man jetzt am Signalausgang Impulse messen.

Bild

Hier kann man auch schon die verschiedenen Höhen der Impulse erahnen.

Demnächst muss ich mich mal mit der Impulsaufbereitung beschäftigen, denn diese sollen in den Rechner, der mit BecqMoni ausgerüstet, Spektren messen soll.
Weiterhin sollte ich mir noch mal überlegen, was das fertige Gerät dann noch so können soll, denn man möchte ja vielleicht auch mal einfach nur ohne Rechner Impulse zählen.

An dieser Stelle ebenfalls vielen Dank an Gigabecquerel, der mir in Telegram meine doofen Fragen beantwortet hat.

Viele Grüße,
Ludwig
Zuletzt geändert von ludwig am Di 5. Mai 2020, 23:48, insgesamt 1-mal geändert.

Matt
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Di 5. Mai 2020, 22:41

Sei froh, dass ich dir CCFL Inverter veraalt habe, denn ich habe eine Ahnung, dass du ihm doch dringend brauchst. Wima FKP Kondensator hab ich auch aus Verdacht bei deine Notsituation reingepackt. Du kannst aber den mit Villard-Schaltung auf 1,3kV hochtreiben. Soweit ich aus RM.org-Briefmarken erahnt habe, ist 1,3kV Wohlfühlspannung für PMT.

Postet auch meine Notiz mit Belegung von Sonde-Stecker, herausgemesst an meine RFT Strahlungsmessgerät.

Bin etwas neidisch auf Besitzer von diese Sonde, denn ich habe nichts für meine RFT Strahlungsmessgerät.



Grüss
Matt
Zuletzt geändert von Matt am Di 5. Mai 2020, 22:43, insgesamt 1-mal geändert.

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Harley
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Harley » Di 5. Mai 2020, 22:43

Hallo Ludwig,

Du kennst diese Seite?

https://www.theremino.com/de/blog/gamma-spectrometry

Ich hab noch irgendwo Hochspannungs-Module für Szintis rumliegen, die machen 500-2000V 0,75mA. Ich muss mal suchen ...

@Matt: was hast Du denn für ein RFT Strahlungsmessgerät und was brauchst Du dazu? Vielleicht kann ich helfen ...

Gruß,
Harley

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Bastelbruder
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Bastelbruder » Di 5. Mai 2020, 23:08

Die Ausgangsspannung solch eines CCFL-Wandlers läßt sich ganz einfach über die Betriebsspannung regeln. Einfach um den Wandler einen Spannungsregler bauen und den Wandler in den Weg OpAmp-Ausgang - Emitterfolger - Wandler - Gleichrichter - OpAmp einfügen.
Die Hochspannung einer PMT sollte sehr stabil sein weil der Ausgangsstrom mit einem höherwertigem Exponenten mit der Spannung verheiratet ist.

Matt
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Di 5. Mai 2020, 23:10

RFT 20026

Derzeitig ist es mit französsiche Zählrohr verheiratet.

Grüss
Matt

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ludwig
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von ludwig » Di 5. Mai 2020, 23:15

Ja, im Datenblatt zu der in der Sonde verbauten PMT findet sich auch ein Abschnitt, indem vorgerechnet wird, was Spannugnsschwankungen mit dem Anodenstrom machen:

Bild

Die von dir beschriebene Schaltung mit dem OPV wird das so oder so ähnlich auch werden müssen.
Harley hat geschrieben:
Di 5. Mai 2020, 22:43
Hallo Ludwig,

Du kennst diese Seite?

https://www.theremino.com/de/blog/gamma-spectrometry
ja, da hab ich mich schon durchgelesen. mir schwebt allerdings eine eigene Lösung dafür vor. Becqmoni macht das gleiche, wie Theremino, hat nur mehr Einstellmöglichkeiten. Die Schaltung für den Hochspannungswandler dort, sieht allerdings sehr gelungen aus. Matts CCFL Wandler tut allerdings auch ganz gut und ist dabei ziemlich sparsam.
Matt hat geschrieben:
Di 5. Mai 2020, 22:41
Sei froh, dass ich dir CCFL Inverter veraalt habe, denn ich habe eine Ahnung, dass du ihm doch dringend brauchst. Wima FKP Kondensator hab ich auch aus Verdacht bei deine Notsituation reingepackt. Du kannst aber den mit Villard-Schaltung auf 1,3kV hochtreiben. Soweit ich aus RM.org-Briefmarken erahnt habe, ist 1,3kV Wohlfühlspannung für PMT.
Der Wandler ist super! Die FKP Kondensatoren machen gerade Glättung und Siebung für die Spannung. Bisher traue ich mich aber nicht, einen Spannungsverdoppler zu bauen, weil ich mir nicht sicher bin, ob da 1300V nicht zuviel ist. Bei Censer war ein Prüfprotokoll dabei nachdem die Sonde bei 750V geprüft wurde.

Bild

Die Steckerbelegung von dir deckt sich mit dem, was auf der RM.org Briefmarke steht. Hat soweit auch alles funktioniert. Danke dafür! Ich muss zugeben, dass da auch viel Glück dabei war, dass ich so eine Sonde ergattern konnte. Ich bin da auch ziemlich dankbar dafür und möchte dafür deswegen auch in jedem Fall ein sinnvolles Messgerät damit bauen. Ich drück dir die Daumen, dass du auch mal das Glück hast, so ein Teil zu ergattern.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Di 5. Mai 2020, 23:30

Ich dachte und hab doch eine Foto von Bastelbruders genannte Tipp mit Regelung.

Das war Neukonstruktion von HV Teil für Siemens Oszi aus 1960er mit Bandbreite von 175Mhz und 30kV Gesamtbeschleunigung (dreizig kv !)

Royerwandler sieht seltsam aus, denn es ist mit PNP Transistor bestückt und ich kann nicht Mittelanzapfung erzeugen, deshalb ist es mit 2 Drossel an beide Wicklungsende gehängt. Das funktioniert auch recht gut ! Dass Miller-C an Regelung nicht dabei ist, hat mir auch erstaunt und könnte mit hochohmige Spannungsteiler für Rückkopplung erklären.

(Achtung, der erzeugt negative Spannung für Regelung, -24V für Referenz-Spannungssteiler wäre korrekt, +24V ist falsch)

Grüss
matt
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Zuletzt geändert von Matt am Mi 6. Mai 2020, 00:04, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Chefbastler » Di 5. Mai 2020, 23:37

Ich habe letztens meine BICRON Szintillator Röhre an nem Ludlum Model-3 getestet und Läuft.

Ist hier auch schon ein länger angedachtes Projekt. Geregelten HV-Wandler + Messverstärker für den PC bauen.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Harley » Mi 6. Mai 2020, 08:09

Ich verwende folgenden Wandler:

Deutronic DH24-2K

CH-Bastler
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von CH-Bastler » Mi 6. Mai 2020, 11:35

Ich habe mir aus Ebay auch schon ein NaJ Kristall und ein PMT Russischer Herkunft besorgt. Ich habe auch noch ein Application Note von Linear (jetzt Analog Device)gefunden, wo es um low noise HV Netztgeräte für Photomutipler etc geht: AN118. Link: https://www.analog.com/media/en/technic ... N118fb.pdf
Ev ist das für jemand Nützlich.

Matt
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Mi 6. Mai 2020, 12:44

Hier korrigierte Version und angepasst fur Zweck hier.

Aber ohne Gewähr !
Transisor ist nicht besonders, wobei letzere Transistor 2A Typ ist.

OPV ist olle 741
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IMG_20200506_124137.jpg

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ludwig
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von ludwig » Sa 9. Mai 2020, 00:45

Matt hat geschrieben:
Mi 6. Mai 2020, 12:44
Hier korrigierte Version und angepasst fur Zweck hier.

Aber ohne Gewähr !
Transisor ist nicht besonders, wobei letzere Transistor 2A Typ ist.

OPV ist olle 741
Danke für die Schaltung! Ich hab mich die letzten Tage mal ein wenig am Herumsimulieren von verschiedenen Reglungsmöglichkeiten für so einen CCFL Wandler versucht. Ich hab mich dabei an deiner Schaltung orientiert, war aber nicht ganz erfolgreich, weil ich hier eine negative Spannung brauche. Am Ende ist das hier raus gekommen und das werd ich auch demnächst mal aufbauen und in echt testen:

Bild

Niemand behauptet ja, dass so ein Spannungsregler nur seine eigene Ausgangsspannung regeln kann. Das Ganze ist ja auch nur ein ganz gewöhnlicher P-Regler und daher kann man auf alles mögliche mit dem Ding regeln. So auch den CCFL Wandler, der ja auch nur ein PT-1 Glied darstellt.

Da mein zu regelnder Parameter allerdings negativ ist und der Spannungsregler damit nicht klar kommt, muss also noch ein invertierender Verstärker dazwischen. Über dessen Gegenkopplung kann man dann auch gleich die Ausgangsspannung einstellen.

Matt
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Sa 9. Mai 2020, 06:48

du kannst auch LM358 nehmen, dann kannst du auf negative Spannung verzichten.

Grüss
matt
Zuletzt geändert von Matt am Sa 9. Mai 2020, 09:30, insgesamt 1-mal geändert.

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Bastelbruder
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Bastelbruder » Sa 9. Mai 2020, 09:15

Was in der Simulation einwandfrei funktioniert, raucht in der Realität in weniger als einer Millisekunde ab. Alle Standard-BJT-Simulanten müssten eigentlich um den Parameter
vbbe = 5
erweitert werden, um auch unscheinbar "kleine" Dimensionierungsfehler zu berücksichtigen die sich speziell in Wandlerschaltungen destruktiv bemerkbar machen. Der astabile Multivibrator ist auch so ein Kandidat, der sich oberhalb 6 V manchmal "komisch" verhält und seine Frequenz unerwartet nach oben schraubt. Es geht hier um die kaum bekannte Z-Diode zwischen Emitter und Basis. Der hier vorgeschlagene Wert 5 Volt ist zwar nicht ganz korrekt, 5..10 V ist die Streubreite 99% aller Si-Transistoren, ein paar HF-Transistoren fangen mit 4 V an und "Muting"-Transistoren gehen teilweise über 25 V. Früher gabs auch noch Choppertransistoren mit dieser Spezialeigenschaft. In den allerwenigsten Datenblättern ist diese Spannung überhaupt spezifiziert, "min. 5 V" ist keine Spezifikation, der Wert ist innerhalb eines eingefahrenen Produktionsprozesses über Jahrzehnte konstant. Man könnte ihn auch nachmessen und den korrekten Wert eintragen. Der Defaultwert "0" wird übrigens als "unendlich" interpretiert.

In der Baxandall-Wandlerschaltung braucht die Wechselspannung an den Basen höchstens 2Vss betragen, das macht sich auch im Wirkungsgrad positiv bemerkbar. Lieber die Zuführungswiderstände noch etwas verkleinern, dann schwingt er stabiler. Und die Speisedrossel nicht zu groß machen. An den Kollektoren ist die maximale Wechselspannung in unserem Fall ziemlich genau π x 11 Volt, mit L5 = 100 nH (Rückkopplung 1/10 der Primärwicklung) wird das dann gut.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von andreas6 » Sa 9. Mai 2020, 09:22

Diesen Parameter gibt es nicht:

Code: Alles auswählen

Error on line 18 : .model kt940a npn bf=150 is=400f vaf=200 ikf=60m xtb=1.5 br=1 cjc=24p vjc=.75 mjc=.5 fc=.5 cje=50p vje=.75 mje=.33 tr=50n tf=2.5n itf=50m vtf=10 xtf=2 xti=3 eg=1.11 isc=10f nc=2 ise=700p ne=2 rb=30 rbm=3 irb=.1m rc=3 rco=60 vo=7 gamma=1e-6 qco=1e-11 vceo=300 icrating=100m mfg=ussr vbbe=5
	* Unrecognized parameter "vbbe" -- ignored
MfG. Andreas

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Bastelbruder » Sa 9. Mai 2020, 09:43

Kacke! Den Parameter habe ich aus LTwiki rausgefischt. Dann ist wohl das Transistormodell falsch.

Natürlich.
To switch from SGP to VBIC you should set the extra parameter level to 9.
:oops: Hab ich noch nie probiert.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von andreas6 » Sa 9. Mai 2020, 09:52

Es wäre einen Versuch wert.

MfG. Andreas

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ferdimh
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von ferdimh » Sa 9. Mai 2020, 10:03

Mir stößt noch C6 sauer auf. Der ADJ-Eingang eines 1117 ist hochohmig, der braucht keine Verblockung. Und der Opamp freut sich, wenn er keine kapazitive Last treiben muss. Wenns zu hektisch regelt, würde ich eher den Opamp über einen C über R4 einbremsen. In der Konstruktion hat der Regler auch nur eine sehr geringe Regelsteilheit, da könnte man auch noch etwas basteln.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von andreas6 » Sa 9. Mai 2020, 16:44

:oops: Hab ich noch nie probiert.
Jetzt schon mal getan. Mischen ist nicht, entweder geht das eine oder das andere Modell. Man müsste also vor der Verwendung sämtliche Parameter umrechnen, falls das überhaupt möglich ist. In meiner standard.bjt ist genau ein Typ drin, der "Level=1" in der Beschreibung hat und das ist das Modell, was alle anderen auch haben. Ein Beispiel für "Level=9" habe ich dort nicht gefunden.

MfG. Andreas

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Bastelbruder
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Bastelbruder » Sa 9. Mai 2020, 16:54

Naja, man kann nicht alles haben. ein paar Z-Dioden in Antiserie zwischen den Transistorbasen zusätzlich wärmen die Schaltung auch ohne daß der Zauberrauch rauskommt.

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Fritzler
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Fritzler » So 10. Mai 2020, 12:03

ludwig hat geschrieben:
Di 5. Mai 2020, 22:07
Hier kann man auch schon die verschiedenen Höhen der Impulse erahnen.

Demnächst muss ich mich mal mit der Impulsaufbereitung beschäftigen, denn diese sollen in den Rechner, der mit BecqMoni ausgerüstet, Spektren messen soll.
Weiterhin sollte ich mir noch mal überlegen, was das fertige Gerät dann noch so können soll, denn man möchte ja vielleicht auch mal einfach nur ohne Rechner Impulse zählen.
Ist denn die Impulshöhe das alleinige Kriterium oder muss auch das Integral unter der Kurve berechnet werden? (Energie)

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von BernhardS » So 10. Mai 2020, 20:53

Fritzler hat geschrieben:
So 10. Mai 2020, 12:03
Ist denn die Impulshöhe das alleinige Kriterium oder muss auch das Integral unter der Kurve berechnet werden? (Energie)
Das ist egal, da die Zuordnung Impulshöhe zu Gammaenergie sowieso kalibriert werden muss.

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von ludwig » Mi 1. Jul 2020, 23:04

So, ich bin endlich die letzten zwei Tage mal dazu gekommen, an dem Projekt etwas weiter zu machen. Das Ganze ist jetzt nicht besonders aufregend, bringt mich allerdings einen kleinen Schritt näher zum Ziel.

Von einem Freund, der schon mal etwas ganz ähnliches gemacht hat, bekam ich einen CCFL Wandler auf Streifenraster. Mit drauf ist außerdem noch ein Greinacher-Verdoppler und eine Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden auf -1000V. Das Ganze funktioniert mit 5V und reicht mir fürs erste. Um die Sonde zu betreiben, musste ich nur noch einen DC-DC-Wandler auf +-15V bauen, dessen Ausgangsspannungen mit passenden Linearreglern auf +-12V stabilisiert werden.

Bild

Damit funktioniert das Ganze schon mal recht hübsch und man kann sich, dieses mal auf einem moderneren Oszilloskop, Pulse anschauen (ich hoffe, dass das GIF geht...):

Bild

Allerdings fällt auf, dass das Ganze am Ausgang einen DC-Offset zu haben scheint, der da wegen dem Ausgangselko gar nicht sein sollte. Ich habe nun also mal die Sonde geöffnet, um nach dem Vorverstärker zu schauen.
Dazu geht man wiefolgt vor:
  • Überwurfmutter ab und Knickschutztülle weg schieben
  • Zugentlastung Kabel lösen
  • Überwurfmutter vom Kristall lösen und Kristall durch drehen entfernen
  • Drei schrauben raus drehen
  • PMT mit Platine lässt sich raus nehmen.
So sieht die Sonde also von innen aus:

Bild

Bei der Gelegenheit kann man auch noch mal einen Blick auf den Kristall werfen:

.Bild

Ich scheine mit meiner Sonde Glück zu haben. Der Kristall ist nicht nur vollständig klar, sondern es ist auch noch genügend Koppelgel drauf, dass ich mich dazu entschlossen habe, das Gel vorerst nicht zu ersetzen.

Die Elkos von Tesla scheinen doch etwas Leckstrom zu haben und weisen einen recht hohen ESR von über 200 Ohm auf. Ich habe sie vorsichtshalber mal gegen was moderneres ausgetauscht.

Bild

Mit den neuen Elkos gibt es auch keinen DC-Offset mehr und es kommen schöne Pulse aus der Sonde. Nächster Schritt in Richtung Gammaspektroskop wäre es dann, einen Pulsformer zu bauen.

Viele Grüße,
Ludwig

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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Matt » Fr 5. Aug 2022, 17:44

Ich hatte auf Treffen Kaffeekanne/Thermokanne bekommen, drinnen ist riesige Szintillationsdeketor.
thermokanne.jpg
Ich habe RFT 20026 Strahlungsmessgerät schon lange hier. Ich habe Vorverstärker (eher Impedanzwandler aufgrund grosse Kapazität) mit OPV (TL071) mitsamt Abschlusswiderstand 100kohm für Anode von PMT zusammengebraten. Es funktioniert relativ gut.

Ich habe TDS5054B-NV hier, der Optionhack bekam. -> Histogram ist nun in Messfunktion erscheint. -> spektrale Verteilung von Energie von Strahlungsquelle lässt feststellen.
Ebensfalls alte TDS500-700 (ab bestimmt Suffix) hat auch Histogram-Funktion.
spektralnaziinstrument.jpg
Spektrale Verteilung von radioaktive Instrument aus deutsche Nachtjäger (von 2.Weltkrieg) , der ich in Aalzelt fand.
aber zuviel Abstand zwischen Sonde und Instrument, daher keine deutliche peak zu sehen.
Mittweile bin ich an Punkt angekommt: Dieser Thermokanne ist nicht gut für Spektrometrie geeignet.

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Henrik_V
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Re: Gammaspektroskopie für Unentschlossene

Beitrag von Henrik_V » Sa 6. Aug 2022, 09:13

Check Mal die Dynodenspannungsteiler

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