MEASALL KC761B: un nuovo Spettrometro Gamma

Abstract: in questo articolo presentiamo un nuovo interessante apparato dedicato a misure di spettrometria gamma e di dosimetria. si tratta di un device basato su di uno scintillatore CsI(Tl) accoppiato a fotomoltiplicatori a stato solido: SiPM. Oltre al sensore a scintillazione, lo strumento dispone di un diodo PIN sensibile alla radiazione beta.

Introduzione

Lo strumento che presentiamo in questo post è il nuovo spettrometro gamma prodotto dalla Deepace. Si tratta del modello KC761B che costituisce un miglioramento rispetto al modello precedente, il KC761. Lo strumento è basato su di un sensore a scintillazione (cristallo CsI(Tl) accoppiato a SiPM) che permette una risoluzione in energia del 7.5% ed un range di misurazione che ha come limite inferiore un valore di circa 8 – 10 keV. Lo strumento è anche dotato di un sensore a semiconduttore (diodo PIN), collocato sul retro dello strumento, sensibile alla radiazione beta ed alfa.

Il device può essere alimentato sia a batteria (3 AA da 1.5 V) che esternamente con una sorgente da 5V tramite interfaccia USB tipo C, ad esempio con un carica-batterie per telefonino di buona qualità. Lo strumento è dotato di connettività bluetooth e può trasmettere i dati ad una app su telefonino, per la visualizzazione e la memorizzazione dei dati. I dati possono anche essere memorizzati su schedina di memoria. Lo spettro gamma memorizzato può essere successivamente visualizzato e studiato con la nota applicazione InterSpec dei SandiaLabs.

Lo strumento è dotato di un display funzionale, di tasti intuitivi e di menù a contesto, insieme a led ed allarme sonoro di notifica.

La prima impressione è estremamente positiva: siamo di fronte ad uno strumento professionale curato nei minimi dettagli, completo di tutte le funzionalità e con prestazione di tutto rispetto!

Principali Caratteristiche dello strumento

  • Risuluzione in energia 7.5% FWHM @662keV
  • Energia minima 9keV
  • Sensibilità 10cps/0.1μGy/hour
  • Sensore primario scintillatore CsI(Tl) (2.54cm³) + SiPM.
  • Sensore ausiliario diodo PIN (9mm²).
  • Alimentazione 3*(AA/LR6) oppure 3*HRM6 batterie per 10 gg di uso continuativo.
  • Supporto USB (type-C) e power POE, la porta USB Type-C può essere usata per la ricarica delle batterie.
  • Peso 300g.
  • Connettività Bluetooth, porta RJ45 (supporta POE power) e slot per carte microSD.
  • Waterproof IP65.

Principali Funzionalità dello strumento

  • Misura radiazioni con analizzatore multi-canale
  • Misura radiazioni in modalità conteggio e dosimetria con compesazione in energia
  • Identificazione isotopi radioattivi
  • Memorizzazione dati su carta microSD
  • Interfaccia Bluetooth per connessione con App KCMA

Dove trovare lo strumento

Sito web del costruttore DEEPACE
Pagina web dello strumento KC761B
Documentazione User Manual

Unboxing

Lo strumento è arrivato completo di manuale ed alcuni accessori minori, la spedizione è stata rapida ed il pacco è stato confezionato con cura, con adeguata protezione del dispositivo.

Fig 1 – Unboxing del device

Molto apprezzato è il certificato di qualità della risoluzione energetica del sensore: si tratta di un ottimo 7% !

Fig 2 – Lo spettrometro gamma ed il certificato di qualità della risoluzione in energia

Lo strumento ha, sulla parte frontale, il display per la visualizzazione dello spettro gamma e della dose ed alcuni tasti per l’accensione e la configurazione dello strumento, sotto il display ci sono alcuni tasti funzione dipendenti dal contesto. Sempre sulla parte frontale ci sono due led di indicazione impulso e di allarme e lo speaker sulla parte inferiore. Sul lato posteriore del dispositivo c’è il vano per le batterie e la protezione del sensore PIN collocato appunto sulla parte posteriore dello strumento. Il sensore principale invece è collocato sulla parte anteriore al di sopra del display.

Fig 3 – la parte frontale e posteriore del device

Lateralmente, protetto da una guarnizione in gomma, si trova il vano dei collegamenti di interfaccia. Abbiamo lo slot per le schede di memoria microSD, una presa per un jack audio che porta gli impulsi in uscita, una interfaccia USB type-C per l’alimentazione ed un connettore RJ45 per la connessione ethernet (supporta POE).

Fig 4 – L’alloggiamento delle interfacce, protetto da guarnizione waterproof

Nella immagine seguente riportiamo il disegno schematico dello spettrometro con l’indicazione delle principali caratteristiche.

Fig 5 – Schema dello strumento con le principali caratteristiche

Lo Strumento

Nella introduzione abbiamo descritto brevemente la principali caratteristiche di questo nuovo spettrometro gamma, ora cerchiamo di dare qualche dettaglio in più. Il sensore a scintillazione è collocato nella parte superiore, dietro ad una copertura in plastica che elimina la luce ma che non costituisce un ostacolo per la radiazione gamma. Nella parte posteriore è collocato invece il sensore secondario PIN, sensibile alla radiazione beta ed alfa. Il sensore PIN è protetto da uno schermo che protegge il sensore dalla luce. La radiazione beta riesce ad attraversare questo schermo con una piccola attenuazione, mentre la radiazione alfa è completamente bloccata. Per sperimentare con la rilevazione della radiazione alfa è quindi necessario rimuovere questa protezione, di questo però ne parleremo in uno dei prossimi articoli.

Fig 6 – Descrizione e visualizzazione dei sensori

Lo strumento KC761B ha due modalità di funzionamento principali: la modalità spettrometro e la modalità dosimetro. Nella modalità spettrometro, sul display grafico viene visualizzato lo spettro gamma della sorgente, insieme ad informazioni dettagliate sullo spettro e sul rateo dei conteggi. Nella parte superiore del display viene mostrata la dose di radiazione e inoltre vengono mostrate informazioni ausiliarie come la pressione e lo stato della batteria.

Fig 7 – La modalità spettrometro gamma

Nella modalità dosimetro, sul display viene mostrato l’andamento temporale della dose, mentre nella parte alta dello schermo viene mostrata una miniatura dello spettro gamma.

Fig 8 – La modalità dosimetro

Un primo test con Cs137

Come primo test abbiamo utilizzato la classica sorgente da 1uCi di Cs137, con i suoi picchi X/ gamma a 32 KeV e 661.7 KeV. Lo spettro gamma è comparso sul display dello strumento dopo pochi istanti con i due picchi chiaramente identificabili. La linearità e la calibrazione del sensore sono buone perchè i valori misurati di energia dei picchi coincidono praticamente con i valori esatti. La parte compton dello spettro è piuttosto ridotta a causa delle dimensioni del cristallo ma questo è positivo perchè migliora la leggibilità dello spettro. Lo spettro può essere visualizzato sia in scala lineare che in scala logaritmica, come mostrato nella immagine che riportiamo.
Il primo test è stato superato brillantemente !

Fig 9 – Misurazione dello spettro gamma di una sorgente di Cesio 137 da 1uCi

Conclusioni

Abbiamo fatto una veloce descrizione del nuovo spettrometro gamma KC761B. La prima impressione è ottima ed il primo spettro gamma acquisito mostra una ottima sensibilità ed una più che buona risoluzione in energia. Nei prossimi articoli ci concentreremo più in dettaglio sulle funzionalità dello strumento. Rimanete “sintonizzati” !

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Abstract: in this article, we present an interesting new apparatus dedicated to gamma spectrometry and dosimetry measurements. It is a device based on a CsI(Tl) scintillator coupled to solid-state photomultipliers: SiPM. In addition to the scintillation sensor, the instrument has a PIN diode sensitive to beta radiation.