放射線量測定について

NaI(Tl)シンチレーション製作編

光電子倍増管(中国)→光電子増倍管(日本)　という事がわかりました。

現在製作に取り掛かっている
NaI(ヨウ化ナトリウム結晶)シンチレーターです。５０mm径あります。
光電子増倍管(写真左)は、眺めているだけでもうっとりするほど　綺麗です。
友人ルートで入手した物で、作動確認とテスト数値も記載してあります。
BGで　約３３００CPM程度あるよとの事なので　大型GM管より　約８倍ぐらい感度良い

右側のアルミケースに入った透明のものが　ヨウ化ナトリウム(NaI)　で、屈性率が大きく底の部分が手前に見えます。
当初、ガラスで蓋をしてあると思っていたら・・・結晶そのものでした。あまりにも綺麗に磨かれていてわからなかったですね。
底の白いのは、白色塗装され、中で発光した光を反射させるためとのことです。
左側の光電子増倍管は、職人さんが１個１個手作りで作業するそうで正規ルートだと６から８万円とのことで、びっくり
ラベルに１１０９３０なる文字が、これって２０１１年０９月３０日製造??　自分の日付データ設定と同じ

１2段増幅で　１２５０Vの予定です。　各段(写真で縦に見える格子)104Vですかね　数万倍に光信号を増幅します。
生かすも殺すも　回路次第・・・・うーーん楽しみ

受光部は、四角い部分

こんな感じかね
シリコンオイルで密着させて使用します。
なぜシリコンオイルか・・・シリコンの成分は　珪素なので、ガラスとの屈折率が　近いためとのことです。
ちなみに・・・ガラスの成分知ってますよね?　・・・まさか
珪素の記号は　Si　=シリコン

組み立てた後は、見ることが困難な部分です。写真に撮って保存しておきます。

ちなみに、光電子増倍管は浜松フォトニクスの中国工場製です。
NaIシンチレーターは、中国製(両方とも友人ルートより入手)

シンチレーターと光電子増倍管の組み合わせと　GM管の違いは　簡単に説明すると　アナログとデジタルの違いです。
デジタルと聞くと何となく　高性能と思われると思いますが、デジタルの場合、０と１のみのデータとなり、放射線が入ったか入っていないかしかわかりません。
アナログの場合、どのくらいの強さの放射線が入ったかと、強弱(放射線のエネルギー)がわかり、その強さ加減で、核質が分かってきます。

身長に例えれば、１６０cmが　セシウム君だとして、１５０cmがヨウ素ちゃんとして　
学校のグラウンドで　「身長順に整列してください」
次に「じゃね　同じ身長の子は縦に並んで　整列・・・ピッ」
「うんうん・・・ヨウ素ちゃんは、２０人いるね」
「セシウム君は５人か」
てな感じでグラフにすると、よくTVで映る画面になりますね。

デジタルだと　全員が１７０cmという訳です。

NaIシンチレーターの作成

高電圧ユニットを作りました。
高電圧部分は、中国製で　入力は１２V　で出力は　１２５０V程度まで
バッテリーなどで電圧を自由に使えるように　１２V出力のDDコンバーターを追加しています。
これで３．６から9V程度までの電源が使えます。これでポータブルはバッテリー　家では　USBから電源供給

アサヒペンの塗装スプレー管２本を使ったNaIホルダーと　NaIユニットと仮止めした光電子増倍管　　自分でも汚らしいと思います。
スプレー缶の頭のくびれた部分を少し残してカット(右)して周囲をサンドペーパーで塗装面を削り落として使いました。
ストレート部分でカットした缶(左)に１箇所切り込みを入りて思いっきり押し込むと、うまい具合に隙間無く接続・・・やった

配線です。とりあえず、1MΩで　各セルに配分・・・コンデンサーは、なんと耐圧が　50V　・・・やぱい
後日、悩まされた部分です。現在は　コンデンサーと抵抗を変更してあります。
ジャンク品から宝探しです。・・・・買ってくればいいのにね　

テスト運転開始・・・ドキドキ

出ました。シンチレーション波形　

画像は汚いです。
オシロは　そういえば、数十年　画面を拭いてなかった。　写真に撮るとよく分かりますね。
縦波(スパイク)の高さに注目・・・・・
放射線のエネルギーによって、高さが違うのですよ・・・・コレコレ　　待望の　アナログスパイクです。
GM管は全て同じ高さです。

別のオシロを倉庫から引っ張り出して見てみました。
今度は、５０Hzの家庭電源ノイズが入ってしまいましたが、スパイクははっきり見えました。

この高さで、放射性物質が分かるということです。(と自分としては理解)
解析のプロセスは
このスパイクの高さ(放射線のエネルギー)毎に何回検出したかを　記録していきます。
標準では１０００秒(約１７分)間測定するそうです。測定時間を掛ければ掛けるほど制度は上昇
測定が終わったら
試しに、我が家のホットスポットの土を乗せてみました。

以前ガイガーカウンターで　０．３μSH　程度検出された　雨水枡の上の土です。

見やすくオシロのスキャン速度を上げて表示パルスの数を減らして、まずはバックグラウンドの上画像

次に土を乗せた状態での上画像です。
明らかに、放射線は増えています。
波の高低もクッキリわかるはずです。
波の高さは　放射線のエネルギー
多分、この中には放射性セシウムが含まれているはずです。

リニアアンプの製作

リニアアンプ:電圧の変化を電流の変化に変換する作業です。信号で得られる電流は０．１μA　以下とされていて、他の機器への接続には　電流を増幅する必要があります。
ここでは一般的な　OPアンプ(オペアンプ)を使って増幅しました。　

OPアンプの選別となりますが、手持ちは　秋月電子で以前買っておいた代物で　１個２５円のものです。

信号は、－側に振れているため、OPアンプの　- 側に信号を接続して行います。　インバータ(逆信号処理)処理です。

結果は

色々試行錯誤の結果、どうにか増幅された電流(電圧)捻出しました。上の写真は、BGです。小さな信号は、カットしてあります。

次に、我が家のホットスポットの土を乗せて・・・・出てる

エネルギーの大きい放射線が多数出ています。スキャン時間を短くして測定しています。

では、とiPadのGM管用のソフトに接続して

カウント数が多すぎて、波形になっていないですが、波の強弱ははっきり表示されていますね　BG測定

土を測定・・・完全に下の部分が平らになってしまいました。
後日談：マイク入力の自動調整機能をＯＦＦにしてなかったわけですね

簡易解析ソフトにチャレンジしています。

実際に運用時に使用するノートPCにて測定してみました。
上の写真は、ラジウムポールとホットスポットの土をNaIシンチレーターに乗せて測定しています。
おそらくセシウムの山?

ラジウムを取りのぞいてしばらくすると、上の画面です。
なんとなく、それっぽいけど・・・・まてよ
ラジウムは　186KeV　　セシウム137は　651KeV　134は　794KeV　だから　逆だ

ノートパソコンで気付いた点は、内部雑音が大きすぎるのか???
そこで、他のPCにチャレンジしてみました。
三菱のPC　　だめ
エプソンのPC　最初よかったと思ったら、サウンドドライバーsoundMAX　がなにか変
富士通のFM-Vは　サウンドドライバーがインストールされていなかったことが幸いしてか
良い感じです。