Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

PLASTİK SİNTİLASYON DEDEKTÖRÜNDEN OLUŞAN SPEKTROMETREDE ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİNİN UYGULANMASI Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "PLASTİK SİNTİLASYON DEDEKTÖRÜNDEN OLUŞAN SPEKTROMETREDE ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİNİN UYGULANMASI Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü."— Sunum transkripti:

1 PLASTİK SİNTİLASYON DEDEKTÖRÜNDEN OLUŞAN SPEKTROMETREDE ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİNİN UYGULANMASI Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü Bornova-İZMİR 1 VIII. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Dedektörleri Yaz Okulu

2 KONU BAŞLIKLARI  Tarihsel Gelişim  Materyal ve Metot 1. Kullanılan Radyoaktif Kaynaklar 2. Plastik Sintilasyon Dedektörü 3. Zaman Ölçüm Teknikleri 3.1 Yükselen Kenar Zaman Ölçüm Tekniği Adım etkisi, sürüklenme, zaman jitteri ve gürültü voltajı 3.2 Sabit Kesir Zaman Ölçüm Tekniği Sabit kesir ve etkin sabit kesir 4. Zaman Spektrumu 2

3 KONU BAŞLIKLARI  Deneysel Çalışma 1. Yükselen Kenar Zaman Ölçüm Tekniği 1.1 Zaman Spektrumları 1.2 Çıkış Sinyal Şekilleri 2. Sabit Kesir Zaman Ölçüm Tekniği 2.1 Zaman Spektrumları 2.2 Çıkış Sinyal Şekilleri 2.3 Sabit Kesir ve Etkin Sabit Kesir Hesaplaması 3

4 KONU BAŞLIKLARI 2.4 Elde Edilen t r (1-f) Değerleri 2.5 Şekillenme ve Pik Zamanları 2.6 Adım Etkisi, Zaman Jitteri ve Gürültü Voltajı  Sonuçlar  Kaynaklar 4

5  En eski örnek 1903’de Crookes tarafından bulunan spinthariscope’tur.  Geiger ve Murden tarafından gerçekleştirilen α saçılma deneyleri daha popüler olmuştur.  1944’te Curan ve Baker, fotoçoğaltıcı tüpü ortaya koymuşlardır.  1950’li yılların ortalarında sintilasyon dedektörleri, en güvenilir ve geleneksel dedektörler arasında yer almıştır. Günümüzde bu durum hala geçerliliğini korumaktadır [1]. 5

6 Kullanılan Radyoaktif Kaynaklar: Çizelge 1. Kullanılan radyoaktif kaynaklar [2]. 6 Radyoaktif KaynakYarılanma Ömrü (Yıl)Aktivite (µCi) 90 Sr28,780, Ba10,519, Cs30,075, Bi31,559,468

7 Bu dedektörlerde, nükleer parçacık veya radyasyon dedektör kristaline çarptığı zaman, küçük ışık parıldaması yani sintilasyon ışığı kullanılır. Fotoçoğaltıcı tüp gibi, yükseltici bir alet ile birleşme yapıldığı zaman bu sintilasyonlar, gelen radyasyon ile ilgili bilgi vermek için sayılabilen ve analiz edilebilen elektronik pulslara dönüştürülür [1]. 7 Şekil 1. Bir sintilasyon sayıcısının şematik diyagramı [1].

8 BC400 plastik sintilatörü, yüksek ışık verimine sahip ekonomik bir sintilatördür [3]. Polyvinyltoluene, polyphenylbenzene ve polystyrene en yaygın olarak ve sıklıkla kullanılan plastik sintilatörlerdir. Plastikler, 2-3 ns bozunma zamanlı hızlı zaman sinyalleri sağlarlar [1]. 8

9 Çalışmada kullanılan radyoaktif kaynakların yayımladıkları parçacıkların plastik sintilatör içindeki menzilleri ilgili grafiklerden bakılarak bulunmuştur. Bulunan bu menzil değerlerine göre, uygun olan 3 mm x 76,2 mm BC400 tip plastik sintilasyon dedektörü çalışmada tercih edilmiştir. 9

10 Radyasyon ölçüm deneylerinde, geri saçılma, frenleme ışınımı, tabii fon ve kullanılan elektronik cihazların gürültülerinin vb. neden olduğu yapay pulslar spektrometrelerin çözünürlüğünün bozulmasına neden olur. Zaman ölçüm tekniği kullanılarak bu bozulmalar en aza indirgenir ve spektrometrenin ayırma gücü iyileştirilir [4]. 10

11 Zaman ölçüm tekniği Elektronik cihazların gürültülerinin spektrum üzerindeki etkilerini azaltmak Geri saçılma, frenleme ışınımının spektrum üzerindeki etkilerini azaltmak Tabii fonun spektrum üzerindeki etkilerini azaltmak 11

12 BAŞLICA ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİKLERİ YÜKSELEN KENAR ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİ SABİT KESİR AYIRICI ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİ 12

13 Yükselen kenar zaman ölçüm tekniğinde, şekilde gösterildiği gibi, ayırıcı yardımıyla pulsun gelme zamanı belirlenir. İlk olarak, ayırıcı eşiği ayarlanır ve pulsun meydana gelme zamanı, puls genliğinin ayırıcı eşiğini kestiği noktada belirlenir [4]. Şekil 2. Yükselen Kenar Zaman Ölçüm Tekniği [4]. 13

14 Bu zaman ölçüm tekniğinde ayırıcı seviyesi mümkün olduğu kadar düşük seviyeye ayarlanarak genlik ve puls şeklindeki dalgalanmalar en az yapılmalıdır [5]. 14

15 Uygun eşik seviyesi ayarlanmazsa ne ile karşılaşılır? ADIM ETKİSİ Şekil 3. Ayırıcıdaki adım [1]. 15

16 Elektronik gürültü ve orijinal dedektör sinyalindeki istatistiksel dalgalanmalar zamanlama sinyalinde de dalgalanmalara neden olur. Bu durum genellikle zaman jitteri olarak ifade edilir [1]. Sürüklenme (drift), zamanlama devresinin sıcaklık değişimlerinden ve kullanılan modüllerin yaşlanmasından dolayı uzun vadede ortaya çıkan zamanlama hatasıdır [6]. Şekil 4. Jitter [1]. 16

17 17 Şekil 5. Zaman jitteri ve gürültü voltajı [6].

18  Bu tekniğin amacı, iyi bir zaman çözünürlüğü için en uygun tetikleme seviyesini belirlemektir.  Bu zaman ölçüm tekniğinde; adım etkisinden bağımsız bir mantık sinyali, pik yüksekliğinin sabit bir kesrinde elde edilir [1]. 18

19 İlk önce, orijinal puls (ilk puls) (a) zamanlamaya dayalı olarak puls yüksekliğinin belirli bir kesrine eşit f faktörü kadar azaltılır. Daha sonra orijinal puls ters çevrilir ve yükselme zamanından daha uzun bir zaman geciktirilir. Son olarak, b ve c’deki sinyaller toplanır (d). Burada, sıfırı kesme zamanı pulsun genliğinden bağımsızdır ve puls yüksekliğinin önceden seçilmiş kesri tarafından tanımlanır [4]. Şekil 6. Sabit kesirde zaman ölçüm tekniği [4]. 19

20 Sabit Kesir: Sabit kesir ayırıcı zamanlama tekniğinde sabit kesir (f), sabit kesir ayırıcının eşik voltajının, sinyal genliğine oranı olarak tanımlanır [5,7]. Etkin Sabit Kesir: Lineer giriş sinyalleri için etkin sabit kesir değeri (f etkin ) aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır. 20 (1)

21 21 (2) f etkin daima f değerinden küçüktür. Burada t d ayırıcının gecikme zamanı, t r de yükselme zamanıdır. (1) numaralı eşitlikte verilen t d zamanı, t r (1-f) değerine eşit ya da bu değerden küçük olmalıdır [8, 9].

22 Bir zaman ölçüm sisteminde zaman spektrumu önemli yer tutmaktadır. Zaman spektrumu, bir çok kanallı analizörde kanal numarasına karşılık gelen parçacık sayısı olarak ele alınır. MCA’nın kanal numarası zaman cinsinden kalibre edilir. Böylece, zamanın fonksiyonu olan bir spektrum elde edilir. Zaman spektrumu zamanı genliğe çevirici cihaz yardımıyla elde edilir. Zamanı genliğe çevirici, iki mantık pulsu arasındaki zaman farkını bir çıkış pulsuna dönüştüren bir birimdir. Oluşan bu çıkış pulsunun genliği, bu zaman farkı ile orantılıdır [1]. Bu şekilde zaman spektrumu elde edilir. 22

23 Maksimumun yarısındaki tam genişlik (FWHM): Sinyalin genliğinin yarısının tam genişliği olarak tanımlanır [10]. Zaman çözünürlüğü: Bir zamanlama sisteminin zaman çözünürlüğü, genliğin yarı maksimumunun tam genişliği olarak adlandırılır [10]. Zamanlama sisteminin başarısı zaman çözünürlüğü ile karakterize edilir [5]. Şekil 7. Zaman spektrumu [11]. 23

24 Puls Yüksekliği (Genlik): Taban çizgisine göre ölçülen maksimum yükseklik puls yüksekliği veya genlik olarak adlandırılır [1]. Yükselme Zamanı: Pulsun genliğinin %10’undan %90’ına çıkması için geçen zaman aralığı olarak tanımlanır [10]. Düşme Zamanı: Pulsun genliğinin %90’ından %10’una düşmesi için geçen zaman olarak adlandırılır [1]. 24

25 25 Şekil 8. Sinyal şekli [1].

26 Şekillenme Zamanı: Sinyalin pik değerinin %61’ine karşılık gelen zaman olarak tanımlanır [12]. Pik Zamanı: Pik zamanı, sinyalin en yüksek genliğe ulaşması için gerekli olan zaman olarak tanımlanır [10]. Pik zamanı yaklaşık olarak şekillenme zamanının 3-5 katına eşittir [12]. 26 Şekil 9. Şekillenme ve pik zamanı [12].

27 Dinamik Menzil: Bir zaman-voltaj grafiğinde gürültü seviyesi ile en fazla çıkış voltajı arasında kalan bölüm dinamik menzil olarak adlandırılır [12]. 27 Şekil 10. Dinamik menzil [12].

28 28 Deneysel Çalışma Yükselen Kenar Zaman Ölçüm Tekniği 90 Sr 133 Ba 137 Cs 207 Bi Sabit Kesir Ayırıcı Zaman Ölçüm Tekniği 90 Sr 133 Ba 137 Cs 207 Bi

29 29 Şekil 11. Yükselen kenar zaman ölçüm tekniği devresi.

30 Kanal No Sayım FWHM=0,705 ns 1 Kanal=195 ps 30 Şekil Sr zaman spektrumu.

31 31 Sayım 1 Kanal=195 ps FWHM=1,074 ns Kanal No Şekil Ba zaman spektrumu.

32 Kanal No 1 Kanal=195 ps FWHM=1,770 ns Sayım 32 Şekil Cs zaman spektrumu.

33 33 Sayım 1 Kanal=195 ps Kanal No FWHM=1,296 ns Şekil Bi zaman spektrumu.

34 34 Şekil 16. (a) PA (b) DLA (c) TAC çıkış sinyal şekli. (a) (b) (c)

35 35 Şekil 17. Sabit kesir ayırıcı zaman ölçüm tekniği devresi

36 Kanal No 1 Kanal=195 ps FWHM=0,342 ns Sayım 36 Şekil Sr zaman spektrumu.

37 37 Sayım Kanal No FWHM=0,976 ns 1 Kanal=195 ps Şekil Ba zaman spektrumu.

38 Kanal No 1 Kanal=195 ps FWHM=0,342 ns Sayım 38 Şekil Cs zaman spektrumu.

39 39 Sayım FWHM=0,324 ns 1 Kanal=195 ps Kanal No Şekil Bi zaman spektrumu.

40 40 (a)(b)(c) Şekil 22. (a) TFA (b) CFD (c) TAC çıkış sinyal şekli.

41 41 Kaynak Yükselme Zamanı (ns) Düşme Zamanı (ns) Yükseltici Çıkışı (mV) Sabit Kesir (f) Etkin Sabit Kesir (f etkin ) 90 Sr120,80237,701090,9170, Ba100,00252,601020, Cs71,00250,602880,3470, Bi69,04255,003880,2570,010 Çizelge 2. Sabit kesir ayırıcı zamanlama tekniğinde elde edilen sonuçlar [t d = 2 ns, 13].

42 42 Kaynakt r (1-f) 90 Sr10, Ba2, Cs46, Bi51,296 Çizelge 3. t r (1-f) hesaplama sonuçları.

43 43 Kaynak Şekillenme Zamanı (ns) Pik Zamanı (ns) 90 Sr Ba Cs Bi80400 Çizelge 4. Şekillenme ve pik zamanları.

44 44 Kaynak Zaman Jitteri (ps) (σ T ) Gürültü Voltajı (mV) (σ V ) 90 Sr120≈ Ba120≈ Cs120≈ Bi120≈16 Çizelge 5. Zaman jitteri ve gürültü voltajı. Sabit kesir ayırıcı zamanlama tekniğinde adım etkisinin 150 ps’den küçük olduğu belirtilmiştir [13].

45 Çizelge 6. Çalışmada kullanılan tekniklerden elde edilen zaman çözünürlük değerlerinin karşılaştırması. 45 Radyoaktif Kaynak Yükselen Kenar Zamanlama Tekniği ile Bulunan Zaman Çözünürlük Değerleri (ns) Sabit Kesir Ayırıcı Zamanlama Tekniği ile Bulunan Zaman Çözünürlük Değerleri (ns) 90 Sr0,7050, Ba1,0740, Cs1,7700, Bi1,2960,324

46  Çalışmada kullanılan tüm kaynaklar için pik zamanı şekillenme zamanının yaklaşık olarak beş katı bulunmuştur.  DLA’nın çıkış sinyal şekli kullanılarak, pik zamanı hesaplanmıştır ve 440 ns olarak bulunmuştur. Bulunan bu değerin, DLA’nın pik zamanı (400 ns) ile uyumlu olduğu görülmektedir. 46

47  Literatürde belirtildiği gibi [8] etkin sabit kesrin sabit kesir değerinden daha küçük olduğu ( 133 Ba hariç) yapılan hesaplamalarla ispatlanmıştır (Çizelge 2). 133 Ba için bu kural geçerli değildir. Bu farkın yükselme zamanı belirlenmesindeki hatadan ileri geldiği düşünülmüştür. 47

48  Tablodan da görüldüğü gibi, sabit kesir ayırıcı zamanlama tekniği kullanılarak elde edilen zaman spektrumlarının çözünürlüğü, yükselen kenar zamanlama tekniği kullanılarak elde edilen zaman spektrumlarının çözünürlük değerlerinden daha küçük bulunmuştur. Bu durum çeşitli kaynaklarda da vurgulanmıştır [1,5,8].  Yükselen kenar zamanlama tekniğinde, genlik değişimleri sebebiyle adım etkisinin daha belirgin olmasından dolayı, sabit kesir ayırıcı zamanlama tekniğinden daha kötü çözünürlük sonuçları elde edilmiştir [5]. 48

49  Bu çalışmada, iki zamanlama yöntemi plastik sintilasyon dedektörüne uygulanmıştır. Laboratuvarda bu cihazın, başka çalışmalarda yararlanmak amacıyla zaman karakteristikleri çıkartılmıştır. Bulunan sonuçların literatürdeki değerleriyle uyumlu olması alınan ölçümlerin güvenirliğini ortaya koymaktadır. 49

50 [1] Leo, R.W., 1987, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer–Verlag Berlin Heidelberg, Germany. [2] Periodic Tables of Elements and Nuclides, 2012, (Erişim Tarihi: 27 Nisan 2012). [3] Premium Plastic Scintillators, 2012, gobain.com/uploadedFiles/SGdetectors/Documents/Product_Data_Sheets/BC Data- Sheet.pdf (Erişim Tarihi: 27 Nisan 2012).http://www.detectors.saint- gobain.com/uploadedFiles/SGdetectors/Documents/Product_Data_Sheets/BC Data- Sheet.pdf [4] Tsoulfanidis, N., 1995, Measurements and Detection Radiation, Taylor&Francais, USA. [5] Moszynski, M. and Bengston, B., 1979, Status of Timing with Plastic Scintillation Detectors, Nuclear Instruments and Methods 158, [6] ORTEC AN42 Application Note, Principles and Applications of Tming Spectroscopy. [7] Gedcke, D.A. and Williams, C.W., 1968, High Resolution Time Spectroscopy 1. Scintillation Detectors, Information About ORTEC Products and Services of Timely Interest. [8] Paulus, T.J., 1985, Timing Electronics and Fast Timing Methods with Scintillation Detectors, IEEE Transactions on Nuclear Science 32, [9] Jackson, R.G. and Blalock, T.V., 1997, Integrated Constant Fraction Discrimination Shaping Techniques for The PHENIX Lead-Scintillator Calorimeter, IEEE Transactions on Nuclear Science 44, [10] Knoll, G.F., 2000, Radiation Detection and Measurements, John& Sons. Inc., New York. [11] Martoiu S. and Rivetti A., 2011, Electronics for Radiation Detection, CRC Press, U.S. [12] Bönisch, S.P., 2011, Electronics for Radiation Detection, CRC Press, U.S. [13] ORTEC 463 Constant Fraction Discrimination Catalogue. 50

51 51


"PLASTİK SİNTİLASYON DEDEKTÖRÜNDEN OLUŞAN SPEKTROMETREDE ZAMAN ÖLÇÜM TEKNİĞİNİN UYGULANMASI Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları