Very casual test of PMT and Alpha detection とっても大雑把なフォトマルとアルファ線検出の実験
I received 2 inch PMT and I wanted to test it. But I don't have any crystal to go with it.
So, I decided to put ZnS(Ag) coated film on the PMT to see if I get anything out of it.
I'm testing the extended version of Theremino MCA, as well, for the upcoming release.
新古品の安い２インチＰＭＴが届いたので、早速テストしようと思ったのですが、適当な結晶がありませんでした。
（イーベイなどでは、不良品だった場合、買って直ぐに文句を言わないと、泣き寝入りになるので、届いたら直ぐ確かめたい。）
そこで、丁度届いた硫化亜鉛（銀）の薄膜で、アルファ線検出の練習を兼ねて適当にテストしてみることにしました。
同時に、これは、現在作業中の テレミノＭＣＡ拡張実験版の近日公開予定版 を色々な使い方をしてバグ取りをする為でもあります。
What I've used:
- Zns(Ag) 2 inch diameter. Very loosely fitted on the PMT.
- RCA 5819 2" PMT. Old stock, but supposed to be a new one.
- PMT socket with divider and BNC connecter (by iRadic)
- Theremino PMT Adapter (made by Alessio)
- Light tight container = Coffee can + Paper + Electrical tape + Aluminum tape
- Theremino Mca En extended and experimental version of Theremino MCA.
使ったもの：
- 硫化亜鉛（銀）薄膜。直径５ｃｍ（２インチ）程。千円くらい。 ＰＭＴの前面に紙と粘着テープで軽く止めただけ。
- ＲＣＡ ５８１９ ２インチ 光電子増倍管。 一応新品、だけど、２０年以上前の品？３千円くらい。
- ＩＲａｄｉｃさんが作って売っている、非常に手軽な分圧抵抗付きＰＭＴソケット。送料込みで７千円くらい。 http://www.ebay.com/itm/251317366186
- テレミノＰＭＴアダプター。 テレミノチームのアレッシオさんに作って貰ったもの。送料込みで２万円以下。
- コーヒーの空き缶と紙とビニールテープ、アルミテープで作った、遮光用の入れ物。１０分か１５分で、作ったいい加減なものです。でも凄く便利。このお陰で、裸のＰＭＴをＩＲａｄｉｃさんのソケットに入れ、結晶などを付けてＢＮＣケーブルで繋ぐと、直ぐテストが出来る。（磁気遮蔽は無いですが）
- テレミノＭＣＡ拡張実験版 次回公開予定の製作途中のもの。
As I haven't studied Alpha detection much, I had no expectation.
But it seems like I'm getting spectrum of something.
アルファ線については、まだほとんど勉強してないので、あんまり何も期待しないで始めました。
もしかしたら、何か見えるかな？といったぐらい。ＰＭＴが一応完全に死んでいるのでなければ、万々歳、くらいの気持ちです。
(Alpha? Beta? Gamma?)Spectrum? of Am241, and Thorium Mantle.
I don't know what the heck I'm getting. Beta? Gamma or XRF? Possibly Alpha? Note that Energy value is for reference only. It's not calibrated at all. The Thorium Manlte was in a plastic bag and I don't think there was any Alpha emitting gaz coming from it. As for Am241, I used 8 buttons from smoke detector, but they were not placed very close to the ZnS(Ag) film. So, I'm not sure if it's something from Alpha. Maybe Beta, but such a nice Gausian curve from Beta? I guess I need to put an absorber to cut down Beta to see what happens.
トリウムランタンマントルと、Ａｍ２４１のボタン線源（煙感知器のもの）を缶に入れてみたのがこれ。
アルファか？ベータか？ガンマ線？はたまた蛍光Ｘ線？何のスペクトルなのか？機器などの特性が全く分からん状態でやってるので、何が見えてるのか全然分かりません。おまけに勉強もしないでやっているので、全くの手探り状態。ちなみに、エネルギーの値（ＫｅＶ）は、補正も校正もしてないので、もちろん全く当てになりません。単に、比較の為の目安です。
トリウムランタンマントルは、小さいＺｉｐＬｏｃｋの袋に入っているので、アルファ線を出すガスがあったとしても、多分漏れていないと思います。Ａｍ２４１は、八つ使ったので、結構強力。でも、ＰＭＴと硫化亜鉛の薄膜からは、少し離れているので、アルファ線が届いているのかは、不明。
なので、ベータかな？とかも思ったけど、ベータがこんな綺麗な釣鐘状の山を出すのか？とか思うし、吸収物を入れて、ベータやアルファを遮蔽してみないと、何の山なのか分からない状態です。（知識のある方なら、この状態でも、あ、これは、これこれこういうものが見えているんじゃないか？と、推測出来るのだろうと思いますが）
また、単なるノイズ、という可能性もあります。
With Sr90
I tested with Sr90 disc source directly on the ZnS film, and I got this. Nothing above 25 (KeV marking).
ストロンチウムの線源を硫化亜鉛薄膜の上に密着させてみましたが、２５ＫｅＶ相当の上にはほとんど何にも反応しません。ということは、ベータが見えているのでは、無いのだろう、と思い始めます。
Cs137
Same thing with Cs137 disc source. Nothing above 25. But the cps reading and (noise) spectrum were different.
セシウム１３７の線源を同じように密着させて入れても、やっぱり２５ＫｅＶ相当以上のところは、うんともすんとも言いません。ということは、ベータやガンマは見えていない、と思えます。
Background
This is BG. During evening, I see lots of noise up to 70 KeV mark.But in the morning, not much noise. (Cell phone noise?)
これが、背景のスペクトル。夕方から、夜にかけて、７０ＫｅＶくらいまでに、何かノイズが入っていますが、朝（特に早朝）は、凄く静か。携帯の電波でも拾っているのか？（うちは、アパートの十数階の位置で、結構いろんな電波が拾えます。Ｗｉｆｉのシグナルも沢山ありますし。）
Am241, again)
Retake of Am241, but only 1 button, closer to PMT + ZnS film. Blue line is of Am241, 8 buttons, far from PMT.
Ａｍ２４１で、再試験。今度は、ボタン型線源を一つだけ使い、硫化亜鉛薄膜と前より近い位置に置きました。水色の線は、ボタン線源を八つ使った前回のもの。
Am241, with thin metal absorbers
By placing 2 layers of thin metal to block Alpha and Beta, I got not much more than BG.
- So, what I've been seeing isn't from Gamma or higher energy X-ray.
- And the fact Sr90 or Cs137 didn't produce anything above 25 (KeV marking) may well means it's Alpha. Can it be true?
- Just an new but very old stock 2 inch PMT With loosely attached ZnS(Ag) film can detect Alpha, with spectrum?
ボタン線源と、測定機の間に、薄い金属の吸収材を２枚いれて、アルファとベータをブロックしてみたところ、背景とほとんど同じ状態になりました。
- ということは、見えていたスペクトルは、ガンマ線や強いＸ線ではない。
- ストロンチウム９０や、セシウム１３７の密閉線源に反応しなかったので、ベータでもなく、本当にアルファが見えている可能性がある。
- でも、お値段３千円の新古品ＰＭＴにこれまた千円くらいの硫化亜鉛薄膜を載せただけで、アルファ線強度が分かるだけでなく、スペクトルみたいなものまで見えるの？と、ちょっと半信半疑。
Am241, with a sheet of paper
To make sure, I changed the absorber to a sheet of paper instead of metal. About the same result (a bit higher background noise reading). Maybe Beta produces very low energy pulses while Alpha produces higher energy one.
確認の為、今度は紙をＡｍ２４１の線源と測定器の間に入れてみましたが、やっぱり背景と同じになってしまいました。ということは、やっぱりアルファ線が見えているように思えます。
Am241, no absorber but peak shifted
Removing the paper, exposing the Am241 button, again. And I got the spectrum, but the peak shifted.
It's possibly due to magnetic influence? (I didn't put Mu-Metal as this is just for casual PMT testing).
Or, it can be the slight difference of position of the button that caused this shift?
Blue = 8 buttons, yesterday.
Yellow = 1 button, to day, an hour ago.
Green = current reading.
再確認の為、（何せ、いい加減な設定で、大雑把なテストをしているので、あんまり結果に自信がありません。なので、何度も繰り返して、同じ結果が出ることを確認します。）遮蔽体の紙を取り除いてみたところ、山はまた出てきたのですが、ピークの位置がずれました。
手抜きテストの為、磁気遮蔽はしてないので、そのせいか？とか、あるいは、紙を取りさる時に、線源の位置が動いたりしたので、そのためか？とか、考えています。
水色が、昨日八つのボタン線源で試したもの。黄色が約１時間前に、ボタン線源一つで試したもの。緑が今回の結果。
Location of the source influences the peak energy level?
To check, I've shaken the container a bit to move the Am241 button inside.
When the button was too far, it produced no pulse at higher energy.
I moved it again to get spectrum, but I got the peak at different energy level.
Blue = 8 buttons, yesterday.
Yellow = 1 button, to day, an hour ago.
Red = Before moving the button.
Green = current reading.
線源の位置と、ピークの関係を試す為に、缶を振って、線源を動かしてみました。
ボタン線源が、缶の端っこに行くと、背景とほぼ同じになりました。つまり、線源の位置は、かなり大事なようです。（見えてるのが、アルファなら、当然でしょう）
再度動かして、線源を測定機の近くにすると、山が復活しましたが、ピークは、また違うところになりました。
Uranium ore (gray)
I'm now testing uranium ore. The spectrum seems to be a bit similar to that of Thorium lantern mantle.
一応、アルファ線が何とか見えるらしい、と思えるので、「他のアルファ線源で何か見えるかな？」と思い、ウラン原石なら、娘核種などからもアルファ線が出ているのではないか？ということで、早速ウラン原石の普段はしっかり閉じてある２重のジップロックを両方開けて、アルファ線のガスでも出てこないかな？と期待します。
トリウムランタンマントルのスペクトルと、ちょっと似た感じです。
Uranium ore and Thorium mantle
To see if I get 2 peaks, I put both uranium ore and Thorium mantle inside the can.
I opened the ziplock of Thorium mantle to get more alpha.
But I only got 1 big peak (about the double of what I had with uranium ore, which is shown in blue).
With the cps (or counts) markings, it's easier to see what we are seeing with the extended version of Theremino MCA soon to be released.
私の野望は「核種判定」なので、何となく山が見えてるだけでは足りません。「複数の山が、判別可能な状態で出ること」などが再現できる形で確認できないと、使い物にはならないわけです。そこで、ウラン原石と、トリウムマントルを一緒に入れて、山が二つできないか試してみまた。でも、残念ながら、山は、一つしか見えません。
それでも、カウント数は、ウラン原石だけの時（水色の線）よりも増加しているようです。
Another uranium ore (yellow)
This one has very low activity. 0.2 cps in total.
To compare, I put spectrum of previous uranium ore (blue) and the uranium ore + Thorium mantle (yellow).
比較の為に、もう一つの黄色っぽいウラン原石を試してみました。（ウラン原石は、両方併せて、千円くらいで購入）
この石は、ほんとにわずかな反応しかしませんでしたが、長時間測定して、一応釣鐘型の山の一部が出てるのが見えています。
The same spectrum, but with strong smoothing and "Max" button unchecked. Very low activity, but we can see the curve.
同じものですが、フィルターをかけて、線を滑らかにすると、カーブが分かりやすいでしょう。
Am241 + Thorium Mantle
I tried to get two peaks, but I guess I put Am241 too far away.
So, I just got one peak from Thorium Mantle. THis time, I got only 0.6cps total.
And the peak of Thorium is moved to the left, as well.
The red line is the spectrum of previous uranium ore.
I'm still totally ignorant about alpha detection and I have no idea what these may mean (or don't mean).
But I know that the PMT isn't totally dead, at least.
Ａｍ２４１線源と、トリウムマントルは、かなり違った山が出るので、この二つを同時に入れれば、二つの山が見えるのではないか？と思いましたが、Ａｍ２４１はトリウムマントルに比べてカウント数が数百倍多かったので、Ａｍ２４１でトリムマントルの反応が消されて見難くなってしまわないように、Ａｍ２４１線源を少し遠くに置いてみました。
でも、恐らく逆に遠すぎて、トリウムマントルの方だけ見えてしまったようです。
アルファ線測定には無知な状態なので、正確に何がどのように見えているのか、まだ分からないのですが、ＰＭＴは（健康状態の良し悪しまでは分かりませんが）とにかく一応まだ生きているのは、分かったので、その点は良かったです。不良品の場合は、返金してくれたり、代わりの品を送ってくれる場合もありますが、ごねたり、こちらで送料を負担して送り返さないとならなかったりするので面倒ですから、怠け者の私にとっては、苦痛です。
Same test, but with 3 inch PMT
I got old stock 3 inch PMT. So, I tested Am241 + Thorium mantle with this PMT and the same ZnS(Ag) film.
Thanks to iRadic's PMT socket and my handmade PMT testing can, it's very easy to set up different PMT test combination.
First, I did 24 hour burn is at low voltage (although I don't know if it's needed, good for PMT).
Then, I tried at different HV setting. The last one (green) was 1050V. Others are at lower voltage.
Again, I'm at least glad to see that PMT is still alive. (It's a cheap new old stock PMT without any data and I bought it for doing strange tests like this.)
２インチＰＭＴに加え、やはり３千円くらいの３インチＰＭＴも届いてしまったので、こっちでも同じテストをしてみます。
早速、２インチＰＭＴから、硫化亜鉛（銀）薄膜を取って、３インチの方に適当にくっつけます。そして、ＰＭＴソケットと、遮光用の空き缶の蓋も３インチの方に付け替え、ゴミ袋をぐるぐる巻きにして、遮光を少し強化しました。作業は数分で完了。本当に、こんなに簡単なら、もっと前からやっていればよかっと、と思うくらい簡単で、この分圧抵抗付きソケットを作ってくれたＩｒａｄｉｃさんには大感謝です。（しかも、テレミノＰＭＴアダプターで使うのに適した分圧抵抗の値にしてくれました。テレミノＰＭＴアダプターは、万が一高圧部分に感電しても死なないように、意図的に供給電流が少ないので、分圧抵抗の値が低いと、うまくいかない場合もあるからです。また、 このソケット の他にも、プローブを作るのに必要な部品を売ってくれるので、助かります。）
まずは、これも２インチＰＭＴより更に古い新古品なので、低い電圧で、じっくり慣らし運転をしてみます。（そういうのがＰＭＴに必要なのか、知らないのですが）
７００ボルト程度で、２４時間通電して、電圧を徐々に上げて試してみます。３インチなので、２インチより高電圧の方がいいのかな？とか、適当に考えてますが、一概にそうとは限りません。古いＰＭＴで、データシートも何も全く出てこないので、適当に試しているわけです。
緑の線が１０５０ボルトまで上げたものです。
ともかく、このＰＭＴも何とか生きているみたいなので、やれやれです。（同じ物を買った別の人が不良品の報告をしているのをみたので、ちょっと心配でした）
Same test, at 1100V
Again, the same setup, only with a bit higher voltage at 1100V.
Spectrum looks more interesting, but I have no idea what they are, at this moment (I'm busy working on Theremino Mca En update).
１１００ボルトに上げて見ました。
テレミノＭＣＡのアップデートの為の作業で忙しいので、まだ全然アルファ線のことは、勉強し始めていません。
Yet a little higher voltage at 1150V
Total count is a bit higher.
１１５０ボルトに上げると、総カウント数は、少し上がりました。
At 1200V
Sudden drop of total count.
Fearing that I might be damaging PMT with too much voltage, I didn't test very long.
Well, evidently I need to learn a lot more, about PMT and other things.
１２００ボルトに上げたところ、全く反応しなくなりました。
ＰＭＴを壊してしまうと嫌なので、直ぐに電圧を下げました。
ただ、ＰＭＴの適正な電圧を超えたのか、それとも感電死しない安全設計のテレミノＭＣＡでは、これ以上の電圧が無理なせいなのか、定かではありません。
詳しい人なら、早速電圧や電流の計算をしたり、それらを測ったりして、直ぐ分かるのですが、詳しくない上に怠け者なので、おっかなびっくり試しています。
Back at 1150V
I brought back the voltage down a bit and repeated the test.
But it's not very stable...
Lines in different colors are taken with exactly same setting.
Maybe it's due to temperature, magnetic field, or I'm simply seeing EM noise.
１１５０ボルトに下げて、繰り返しテストしてみました。
それぞれの線は、全く同じ設定なのですが、どうして違いがでるのか、不明です。
気温の変化、磁気の影響、はたまた、実は単に電気的ノイズをみているだけ、などなど、色々な可能性があります。
子供の遊びの様な実験ですが、実際にそういう感覚でやっているので、結構これでも面白いです。
設定を変えては、ほったらかして、他の事をやり、時間がたったら自動的に保存されている結果を見てみる、というのの繰り返しで、そんなに手間はかかりません。実は、こういうお遊びを平行して幾つか同時にやっている場合もあります。同じ測定機でも、テレミノＭＣＡの側の設定の違うものを２，３同時にやってみたり、同じ資料を２，３の測定器で同時に調べたり、全く別の実験を走らせたり、色々です。
この後も、条件を変えたりして、色々試してますが、まだ、アップロードしてません。
時間が出来たら、少し勉強して、実験の条件をもっと揃えたりして試してみる予定です。
「アルファ線が目に見える」簡単なアルファ線検出器 （ただし、数キロボルトの高圧が必要）
http://carlwillis.wordpress.com/2011/09/17/a-simple-spark-detector-for-alpha-particles/
ラドン測定参考資料 （英語）
http://www.qsl.net/k/k0ff//Apparatus%20We%20Make/Apparatus%20We%20Make/Radon%20and%20Thoron%20Generator%20COWS/