Realistisch für intelligente Studenten, um einen kostengünstigen Myonenstreudetektor zu bauen?

Wäre es für einen Studenten im Grundstudium mit einem Budget von weniger als 2000 USD möglich, einen Myonenstreudetektor (Driftröhren oder eine andere Methode) zu bauen?

Antworten (1)

Diese Abhandlung über arXiv scheint genau das zu sein, wonach Sie suchen, also scheint die Antwort ein klares Ja zu sein.

Das Design verwendet einen billigen Plastikszintillator und einen Silizium-Photomultiplier für die Lichtsammlung, und die Gesamtkosten pro Detektor sollen bei etwa 100 Dollar liegen, was, soweit ich das beurteilen kann, sehr plausibel ist.

Davon abgesehen ist der Detektor selbst nicht das einzige, was Sie brauchen würden. Zumindest benötigen Sie die Elektronik, die zum Lesen des Detektorausgangs erforderlich ist, und eine Software (die Sie wahrscheinlich selbst schreiben könnten), um diese Messwerte zu interpretieren. Sie müssten das Ding auch kalibrieren, was zusätzliche Ressourcen in Anspruch nehmen könnte, es sei denn, Sie haben direkten Zugriff auf gut charakterisierte radioaktive Quellen. Das würde ein bisschen mehr Geld kosten, aber ich kann mir nicht vorstellen, dass es auch nur annähernd Ihrem angegebenen Budget von 2000 Dollar entspricht.

Dies ist nur für einen Detektor, aber die Frage war auf die Streuerkennung ausgerichtet, die etwas komplizierter ist. Bitte korrigieren Sie mich, wenn Ihre Antwort Streuerkennung beinhaltet.
@JaDi Ich bin mit dieser Terminologie nicht vertraut. Können Sie beschreiben, wofür Sie den Detektor verwenden möchten, damit ich eine bessere Vorstellung bekomme?
@JaDi - Was genau willst du machen? Muss der Detektor ein "Streudetektor" sein, von dem ich keine Ahnung habe, was er ist, aber aufgrund Ihrer Frage gehe ich davon aus, dass er mit einer im Bau befindlichen Driftkammer zusammenhängt. Wie wäre es mit einer Nebelkammer? Wenn Sie nur Myonenspuren sehen möchten, funktionieren sie anscheinend gut. ( exploratorium.edu/exhibits/cloud-chamber ).
Es ist erwähnenswert, dass jedes der im zweiten Absatz erwähnten Dinge (Ausleseelektronik, Analysesoftware und Charakterisierung und Kalibrierung) im Allgemeinen ein ebenso großes Problem darstellt wie der physische Aufbau.
@dmckee Ich stimme definitiv zu. Ein großer Teil meiner Forschungsarbeit als Student bestand darin, unser brandneues zu kalibrieren 4 π NaI Detektor und es war kein Scherz!
@SamuelWeir Ich bezog mich tatsächlich auf die Kartierung von Myonvektoren, da es wünschenswert ist, eingehende und ausgehende Vektoren mit einem Objekt hoher Dichte dazwischen abzubilden, um die Streuung zu bestimmen.
@JaDi Es hört sich so an, als würden Sie versuchen, die Abschirmfähigkeiten des "Objekts mit hoher Dichte" zu beurteilen. In diesem Fall müssen Sie nur den Myonenfluss auf beiden Seiten des Objekts separat messen. Das Eintauchen des Objekts in eine Nebelkammer, wie Samuel vorschlägt, könnte Ihnen eine qualitativere Vorstellung davon geben, was vor sich geht.
@J.Murray Ich tendierte eher zur rudimentären Myonentomographie. Streuung wäre ein guter Weg, um Objekte mit hoher Dichte passiv zu erkennen. Ich werde in Nebelkammern einlesen und hoffe, dass dies in der Zwischenzeit offen bleibt. Ich bin mit Widerstandsplattenkammern vertraut, aber diese scheinen für einen Studenten unerschwinglich zu sein, es sei denn, Einzelpersonen hier können eine kostengünstige Methode für den Bau anbieten ....
@JaDi Was Sie wollen, ist ein Detektor, der sowohl positions- als auch richtungsempfindlich ist. Der Detektor im verlinkten Artikel ist nur auf der Ebene "gut, er hat den Szintillator getroffen" positionsempfindlich und hat keine signifikante Richtungsempfindlichkeit. Die naive Antwort ist, viele kleine und einfache Detektoren in einer bekannten Geometrie zu verwenden, aber das treibt den Preis in die Höhe. Eine gängige Lösung in den letzten 15-20 Jahren waren szintillierende Fasern und ein Mehrfach-SiPM-on-a-Chip-Modul (als ich das letzte Mal nachgesehen habe, waren 4x4-, 8x4-, 8x8-Konfigurationen am häufigsten. Für die 2D-Positionsempfindlichkeit verwenden Sie gekreuzte Ebenen.
Aber der Preis wird ein Problem sein. Schlimmer noch, das verlinkte Papier kam nur auf 100 US-Dollar pro Detektor, indem es seine SiPMs in großen Mengen kaufte (und wahrscheinlich auch PCBs in nicht trivialen Mengen herstellte).
Einige scheinen alternierende xy-Arrays von Driftröhren zu verwenden, aber auch dies scheint unerschwinglich zu sein.
@dmckee Haben Sie Whitepaper zur Verwendung von Szintillationsfasern (vorausgesetzt, Sie beziehen sich auf den Draht in einer Driftröhre) und SiPM? Ich habe erschwingliche 4x4-Konfigurations-SiPM gefunden, würde aber gerne mehr über deren Einsatz in diesem Zusammenhang erfahren.
@JaDi Szintillationsfaser ist eine optische Faser (normalerweise Polymer), die mit Szintillationsmitteln dotiert ist. Es dient sowohl als Detektor als auch als Lichtleiter. Als ich mir das letzte Mal (vor zehn Jahren!) Angeschaut habe, waren Durchmesser typischerweise üblich 1 – 3 M M . Das führt zu einer guten Auflösung, aber es braucht viele Fasern , um einen signifikanten Bereich zu instrumentieren. Sie werden wie alle anderen Hodoskope verwendet, nur dass sie flexibel und kompakt sind.
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