نظام الكشف Si-PIN X-123

X-123 – حل متكامل للكشف عن أشعة جاما في حزمة واحدة صغيرة الحجم محمولة باليد

بدون استخدام النيتروجين السائل!

الشكل 1.

يتضمن:

• كاشف جاما ومضخم الصوت المسبق
• معالج النبض الرقمي وMCA
• مزود الطاقة والبرمجيات المتوافقة مع الكمبيوتر الشخصي

المزايا

• تماسك النظام
• سهولة الاستخدام
• الحجم الصغير (7 × 10 × 2.5 سم)
• استهلاك منخفض للطاقة (2.5 واط)
• خفيف الوزن (180 جرام)
• اتصالات USB وRS232
• متوافق مع أنواع أخرى من أجهزة الكشف

طلب

• ار اف ايه
• الامتثال لمعايير RoHS/WEE للأجهزة
• السيطرة على العمليات التكنولوجية
• الفن والآثار

كاشف

• كاشف جسيمات جاما Si-PIN
• مبرد حراري كهربائي ذو مرحلتين
• المساحة: 6 إلى 25 مم2
• السمك: 300 و 500 ميكرون
• جهاز متعدد القنوات

الخصائص العامة

• الدقة: 145 إلى 260 إلكترون فولت عرض الذروة الكامل عند 5.9 إلكترون فولت
• نطاق الطاقة الأمثل: 1 كيلو فولت إلى 40 كيلو فولت
• أقصى سرعة العد: ما يصل إلى 2 × 10 5 حدثًا في الثانية

*يعتمد التنفيذ المحدد على التكوين الأكثر ملاءمة للمهمة المحددة.

الشكل 3. طيف 55 Fe تم الحصول عليه باستخدام كاشف 6 مم2 / 500 ميكرومتر.

إن جهاز X-123 هو نتيجة 14 عامًا من تطوير أجهزة الكشف عن أشعة جاما في شركة Amptek. كانت فلسفة الشركة دائمًا تتمثل في إنتاج أجهزة كشف صغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة وعالية الأداء وسهلة التشغيل. يعد جهاز X-123 مثالاً على هذه الفلسفة وهو عبارة عن مزيج من جهاز الكشف XR100CR ومضخم الصوت الحساس للشحنة ومعالج النبضات الرقمية DP5 ومحلل متعدد القنوات (MCA) والبرمجيات ومصدر الطاقة PC5 في غلاف واحد. كل ما هو مطلوب هو جهد دخل +5 فولت واتصال USB أو RS232 بجهاز كمبيوتر.

وصف

تتخصص شركة Amptek في أجهزة قياس الطيف جاما الصغيرة منخفضة الطاقة وسهلة الاستخدام. يجمع جهاز X-123 بين معايير Amptek ومكونات الأداء العالي في حزمة واحدة: كاشف XR100CR ومكبر الصوت المسبق، ومعالج النبضات الرقمية DP5 وMCA، ومصدر الطاقة PC5. والنتيجة هي نظام متكامل كامل يناسب راحة يدك. في العديد من الأنظمة المتاحة، يكون مكبر الصوت المسبق وحده أكبر وأثقل ويستهلك طاقة أكبر من نظام الكشف X-123 بالكامل. يتطلب تشغيله اتصالين فقط: +5 فولت وموصل RS-232 أو USB قياسي.

يحتوي الكاشف على ثنائي ضوئي Si-PIN: تتفاعل جسيمات جاما في السيليكون وتخلق في المتوسط ​​زوجًا واحدًا من الإلكترونات والفجوات، ويمثل كل منهما فقدانًا للطاقة يبلغ 3.62 إلكترون فولت، وهو إشارة الإدخال.

يتم تثبيت الكاشف على مبرد حراري كهربائي على قاعدة بها ترانزستور تأثير المجال المدخل ومتصل بمضخم صوت حساس للشحنة. يقلل المبرد الحراري الكهربائي من الضوضاء الصادرة عن الإلكترونيات في الكاشف ومضخم الصوت المسبق، لكن التبريد يظل مفتوحًا ومفهومًا للمستخدم: فهو يعمل مثل نظام تكييف الهواء العادي. يستخدم مضخم الصوت المسبق الحساس للشحنة التغذية الراجعة الكلاسيكية، ويعيد ضبط النبضة إلى موضعها الأولي عبر الجهد العالي إلى الكاشف.

معالج النبضات DP5 هو معالج رقمي يحل محل كل من مكبر النبضات ومحلل القنوات المتعددة (MCA) الموجود في معظم الأنظمة المماثلة. يعمل استخدام التكنولوجيا الرقمية على تحسين المعلمات الرئيسية التالية:

1) أداء أفضل، ودقة أفضل، وسرعة عد أعلى؛

2) مرونة ممتازة في تكوين الخيارات؛

3) تحسين الاستقرار. يقوم DP5 بتحويل إشارة الخرج من مكبر الصوت المسبق إلى رقمية، وتطبيق المعالجة الرقمية في الوقت الفعلي على الإشارة، واكتشاف سعة الذروة (رقميًا) وجمع هذه القيم في مخططات ذاكرة، مما يؤدي إلى توليد طيف طاقة. ثم يتم نقل الطيف إلى المستوى الأعلى - جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدم.

يحتوي DP5 على 6 كتل وظيفية رئيسية لتنفيذ الوظائف التالية:

1) مرشح الإدخال التناظري؛

2) المحول التناظري الرقمي؛

3) مولد الإشارة الإلكترونية؛

4) منطق اختيار النبضة؛

5) الهيستوجرام؛

6) أسلاك التوصيل (التي تشمل المتحكم الدقيق) والبرمجيات.

يوجد مصدر طاقة واحد، وهو PC5. يبلغ جهد الدخل حوالي +5 فولت، مع تيار يبلغ 200 مللي أمبير. يستخدم PC5 مفاتيح لتوليد كل الجهد المنخفض المطلوب للمعالج الرقمي ومضخم الصوت المسبق. كما يتضمن جهدًا عاليًا لتوليد جهد تحيز يصل إلى 400 فولت، ويزود مبردًا حراريًا كهربائيًا يوفر حلقة تغذية مرتدة مغلقة الحلقة مع نطاق درجة حرارة أقصى يبلغ 85 درجة مئوية. يتم تخصيص كلا المكونين لكل كاشف في الإنتاج.

تم وضع النظام بالكامل في علبة من الألومنيوم مقاس 7 × 10 × 2.5 سم3. هذا هو التكوين القياسي، ولا يتطلب سوى اتصالين: +5 فولت واتصال USB أو RS232 بجهاز كمبيوتر شخصي. يدعم DP5 العديد من المدخلات والمخرجات الإضافية إذا تم دمج X123 مع معدات أخرى. يتضمن ذلك دائرة محلل متعدد القنوات وذاكرة إشارة انتقائية والتحكم في الوقت ومحلل أحادي القناة.

الشكل 4. مخطط بنية وتوصيل X-123.

مواصفات X-123

خيارات

• سمك آخر لنافذة البريليوم (0.3 مم - 7.5 ميكرومتر).
• مجموعة من المقارنات للتدفقات الكبيرة.
• تنفيذ الفراغ
• كمكون في إنتاج الأنظمة الإلكترونية

الشكل 5. إصدارات جهاز الكشف X-123.

الشكل 6. X-123 مع مكبر الصوت المسبق PA-230 في العلبة. هذا الخيار مشابه لكاشف X-123 نفسه، باستثناء أن الكاشف/مكبر الصوت المسبق يتم إزالته من علبة الإلكترونيات وتوصيله بها عبر سلك مرن.

الشكل 7. الدقة مقابل زمن التكوين/زمن الذروة لكاشفات Si-PIN وSDD.

الشكل 8. الدقة مقابل معدل العد لأوقات الذروة المختلفة.

الشكل 9. اعتماد معدل العد المدخل على معدل العد المخرج.

استخدام الموازاة

تم تجهيز جميع أجهزة الكشف Si-PIN بموجهات مدمجة لتحسين حساسية الطيف. تتفاعل جسيمات جاما بالقرب من حدود الحجم النشط للكاشف ويمكن أن تنتج نبضات صغيرة بسبب تجميع الشحنة الجزئية. تؤدي هذه النبضات إلى طيف، والذي في بعض الحالات، يطمس الإشارة المفيدة. يحد الموجه المدمج من تدفق جسيمات جاما في الحجم النشط، حيث تحدث إشارة "نظيفة". اعتمادًا على نوع الكاشف، يمكن للموجهات:

• تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء
• تقليل تأثير الحدود
• إزالة القمم الكاذبة

تنفيذ الفراغ

يمكن تشغيل X-123CR في الهواء والفراغ عند ضغوط تصل إلى 10-8 تور. هناك خياران لتشغيل X-123CR في الفراغ: 1) يمكن وضع كاشف X-123CR ومضخم الصوت المسبق بالكامل داخل الحجرة. لتجنب ارتفاع درجة الحرارة وتبديد 1 وات من الطاقة المطلوبة لتشغيل X-123CR، يجب ضمان التوصيل الحراري الجيد لجدران الحجرة باستخدام أربع فتحات للتثبيت. 2) يمكن وضع X-123CR خارج حجرة التفريغ، يتم استخدام منفذ ConFlat القياسي للكشف عن الأشعة السينية في الحجرة.

منحنيات الكفاءة

الشكل 10 (خطي) يوضح كفاءة الكشف الحقيقية للطاقة الكلية لجهاز الكشف XR-100CR. تتوافق هذه الكفاءة مع إمكانية اختراق جسيمات جاما لجهاز الكشف وفقدان كل طاقتها داخل جهاز الكشف نتيجة للتأثير الكهروضوئي.

الشكل 11 (اللوغاريتم) يوضح احتمالية التفاعل عند مرور فوتون من احتمالية التفاعل الكهروضوئي والتي نتيجة لذلك ستنخفض الطاقة الكلية. يظهر أن التأثير الكهروضوئي يسود عند الطاقات المنخفضة، ولكن عند الطاقات التي تزيد عن 40 كيلو فولت يسود تأثير كومبتون، عندما تفقد الفوتونات كل طاقتها تقريبًا في الكاشف.

تطبيق X-123: الامتثال لمعايير RoHS/WEEE

تتطلب توجيهات RoHS/WEEE [تقييد المواد الخطرة/النفايات الكهربائية والإلكترونية] من صناعة الإلكترونيات إصدار شهادات لمنتجاتها إلى أقصى درجة من تكوين مكوناتها المكونة. يمكن استخدام X123 لمراقبة امتثال RoHS/WEEE كجزء من برنامج الجودة مثل XRF. فهو يسمح للمستخدمين بقياس تركيز العناصر الفردية بسرعة ودقة وبدون تدمير. يمكن للشركات مراقبة امتثال الموردين وإثبات امتثالهم. يوفر X123 لمصنعي المعدات الأصلية والمستخدمين النهائيين مطياف جاما قوي في جهاز مريح وصغير وسهل الاستخدام ويمكن نشره بسرعة لتقليل الوقت اللازم لطرح المنتج في السوق. لا توجد متطلبات هندسية إضافية للمطياف ويمكن تصنيع جميع المكونات داخليًا. كل ما هو مطلوب هو مصدر طاقة +5 فولت واتصال USB أو RS232 بجهاز كمبيوتر.

لا يضحي جهاز X-123 بالأداء من أجل الحجم. تتراوح دقة الذروة البالغة 5.9 كيلو فولت لـ 55 Fe من 145 إلكترون فولت عرض الذروة إلى 260 إلكترون فولت عرض الذروة حسب نوع الكاشف ووقت الاستحواذ. وهذا يجعل جهاز X-123 نظامًا جاهزًا للاستخدام، وخيارًا ممتازًا للتحليل السريع للمنتج، ويوفر لمصنعي المعدات الأصلية وقتًا سريعًا لطرح المنتج في السوق.

الشكل 12. أمثلة على طيف RoHS/WEEE.

أمثلة على نتائج قياس كاشف Si-PIN X-123

الشكل 13. تحليل فلورسنت الأشعة السينية لعينة متعددة العناصر من 109 Cd.

الأرز. 14. تحليل XRF من الرصاص إلى 109 Cd.

الشكل 15. تحليل XRF للعديد من العناصر بناءً على الكمبيوتر الشخصي من 109 Cd.

الشكل 16. تحليل الفلورسنت بالأشعة السينية لعناصر مختلفة من 109 Cd.

البناء. الأبعاد

الشكل 17.

الانضمام

الشكل 18. X-123 مع لوحة التثبيت وحامل الزاوية.

الشكل 19. لوحة التثبيت لـ X-123.

الشكل 20. مثبت الزاوية لـ X-123.

نظام كامل لتحليل XRF

الشكل 21. نظام كامل لتحليل XRF.

يتضمن نظام XRF العام ما يلي:

• مطياف جاما X-123؛
• وحدة تحكم أنبوب الأشعة السينية Mini-X USB؛
• برنامج XRF-FP للتحليل الكمي؛
• لوحة التركيب MP1 XRF.