Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

DEDEKTÖRLERİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE RADYASYON ÖLÇÜM BİRİMLERİ Doç. Dr. A. Birkan SELÇUK TAEK-SANAEM.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "DEDEKTÖRLERİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE RADYASYON ÖLÇÜM BİRİMLERİ Doç. Dr. A. Birkan SELÇUK TAEK-SANAEM."— Sunum transkripti:

1 DEDEKTÖRLERİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE RADYASYON ÖLÇÜM BİRİMLERİ Doç. Dr. A. Birkan SELÇUK TAEK-SANAEM

2 DEDEKTÖRLERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ

3 Dedektör Tipleri Sintilasyon sayaçları Orantılı sayaçlar GM tüpleri Cherenkov sayaçları Sürüklenme odaları Kabarcık odaları GEM dedektörleri Yarıiletken dedektörler.... Sintilatörlü Gazlı Yarıiletken Dedektörler uygulama alanına ve radyasyon tipine göre belirlenir.

4 Radyasyon Dedektör Etkileşmesi GM dedektörünün çığlanmasıİyonların hareketleri

5 Çok telli dedektör GEM dedektörü

6 Yarıiletken dedektör Pozisyon algılamalı (strip) dedektörler

7

8 Değişik Tipte GM Tüpleri Pozisyon Algılamalı Si Tabanlı Strip Dedektör

9

10 Radyasyon, enerjisinin bir kısmını veya tamamını dedektör malzemesinin üzerine bırakarak etkileşir. Atomlarla doğrudan etkleşimle enerjilerini kaybederler. Yüklü Parçacıklar Dedektörde yüklü parçacıklar oluşturular. Bunlar atomları uyarır ve iyonize ederler. Yüksüz Parçacıklar

11 Yüklü Parçacıklar Yüksüz Parçacıklar Hızlı elektronlar ve pozitronlar (e-/e+ veya β parçacıkları) Ağır yüklü parçacıklar (A≥1, protonlar, α parçacıkları, fisyon parçacıkları) Hızlı elektronlar ve pozitronlar (e-/e+ veya β parçacıkları) Ağır yüklü parçacıklar (A≥1, protonlar, α parçacıkları, fisyon parçacıkları) Elektromanyetik adyasyon (photons/ X rays, γ rays) Nötronlar (yavaş/hızlı) Nötrinolar Elektromanyetik adyasyon (photons/ X rays, γ rays) Nötronlar (yavaş/hızlı) Nötrinolar

12 Dedektör Sistemlerinin Genel Yapısı

13 Y ÜKLÜ P ARÇACıKLARıN A LGıLANMASı Yüklü parçacıklar ortamdaki elektronlar ile Coulomb etkileşimi yaparlar. Sonuçta, iyonizasyon ve elektronik uyarma meydana gelir. İyonizasyon: Elektrik alanında sürüklenebilen serbest yüklerin oluşumu Geri uyarılma ve iyonize atomlar: Foton yayılımı İyonizasyon tabanlı dedektörler Serbest yüklerin algılanması (Gazlı dedektörler, yarıiletken dedektörler) Sintilatörlü dedektörler Foton ışımalarının algılanması

14 Y ÜKSÜZ R ADYASYONLARıN A LGıLANMASı İki aşamalı süreç: Etkileşme sonucu bazı enerjik yüklü parçacıkların kalması Bu yüklü parçacıkların algılanması Nötron: Elastik saçılma ile veya çekirdek etkileşmesi ile dedektör ortamında çekirdeklerle etkileşmesiyle yüklü parçacıkların serbest kalması Elektromanyetik radyasyonlar: Fotoelektrik olayı, Compton saçılması veya çift oluşumu yoluyla enerjik elektronların serbest kalması

15 B ASITLEŞTIRILMIŞ D EDEKTÖR M ODELI dedektör radyasyon Basitleştirilmiş algılama tekniğinde, I.Dedektörde yüklü parçacıklarının oluşumu II.Elektrik alanında yüklerin toplanarak sinyalin oluşması. III.Yük toplanma zamanına eşit akımın akması

16 D EDEKTÖRLERIN Ç ALıŞMA K IPLERI Akım kipi Atım kipi (Radyasyon Spektroskopisinde) (Sayaç ve Dozimetrelerde) Etkileşmenin tipine göre zaman ve akım genliği değişiklik gösterir.

17 A KıM K IPINDE ÇALıŞMA Ölçüm cihazının sabit tepki zamanı T ise, Burada T nin dedektörden gelen her bir akım atımlarından çok büyüktür. Ortalama akım r : ortalama etkileşim hızı Q : herbir etkileşim için oluşan yük E : her etkileşme sonucu oluşan ortalama enerji W : bir yük çiftinin oluşması için gerekli ortalama enerji

18 A TıM K IPINDE Ç ALıŞMA Tek bir etkileşme için sinyal atımının yapısı dedektöre bağlı ön yükselteç devresine bağlıdır. Devrenin zaman sabiti, R ölçüm devresinin giriş direnci, C dedektör + dedektör ile önyükselteç kablosu + ön yükselteç devresinin eşlenik kapasitansı

19 Küçük zaman sabitli devre ( RC << t c ) Sinyal atımları dedektörden gelen atımlara benzerlik gösterir. Alınan sinyallerin enerjiden ziyade zamanı önemli olduğu radyasyon ölçümlerinde tercih edilirler. A KıM K IPINDE ÇALıŞMA

20 Büyük zaman sabitli devre ( RC >> t c ) Sinyal atımının genliği dedektörde oluşan yük ile oranlıdır. Atım genliğinin dağılımı gelen radyasyonun enerjisini ifade eder. Ölçüm hızı hakkında bilgi verir.

21

22 Hassasiyet Belirli bir tipiteki ve enerjideki radyasyon için kullanılabilir sinyal üretme yeteneğidir. Radyasyon dedektörleri belirli radyasyon tipleri ve enerji aralığına göre tasarlanırlar. Tasarlandıkları sınırların dışında verimlilikleri önemli ölçüde azalır ve kullanılabilir sinyaller üretemezler.

23 Hassasiyeti Etkileyen Faktörler •Dedektör malzemesiyle yaptığı etkileşme kesiti •Dedektörün kütlesi. •Dedektörün gürültüsü. •Dedektör çevresindeki koruma malzemesi

24 Katı Kesit ve Dedektör Kütlesi ihtimaline Gelen radyasyonun enerjisinin bir kısmının veya tamamının sinyale dönüştürme ihtimaline bağlıdır. Yüklü parçacılar Nötr parçacıklar çok iyonize daha az iyonize dedektör içinde bir kaç iyonizasyon çok daha küçük etkileşme katı kesiti İhtiyaç duyulan dedektör kütlesi • Radyasyon tipi • Enerji aralığı • Radyasyon tipi • Enerji aralığı Daha fazla kütle yoğunluğuna ve hacime gereksinim var

25 Dedektör Tepkisi Radyasyon enerjisi ile toplam yük veya atım yüksekliği arasındaki ilişkidir. Atımların zamana göre integrali radyasyon-dedektör etkileşmesiyle meydana gelen iyonlaşma miktarına karşılık gelir. Sinyal şekli iyonizasyon miktarına bağlı değilse, sinyalin genliği dedektörde soğurulan enerjiyle oranlıdır. Bu ilişkiye eğer dedektör lineer olarak karşılık veriyorsa, deketörün lineer olduğu söylenir. ! ! Tepki, radyasyonun tipine ve enerjisine bağlıdır.

26 Ör: Gama Radyasyonu için • Fotoelektrik etki atım yüksekliği spektrumunda keskin pik • Compton saçılması Compton elektronlarının sürekli enerji dağılımından dolayı spektrum pikinde genişleme • Çift oluşumu sürekli enerji dağılımı (spektrumda genişleme) nedeni saçılma ve Bremsstrahlung nedeni saçılma ve Bremsstrahlung • Dedektörün geometrisinin ve tasarımının değiştirilmesi • Küçük Z atom numaralı malzeme kullanılması

27 Gürültü

28 S/N= 1 S/N=2 0

29

30 Enerji Çözünürlüğü Radyasyonun enerjisini belirlemede en önemli etken. Birbirine çok yakın enerjileri ayırt edebilme yeteneğidir Çözünürlük, tek enerjili radyasyona verdiği tepki ile ölçülür. İdeal durumda keskin delta-fonkisyon pikidir. Gerçekte, iyonizasyondaki dalgalanmalar yüzünden Gaussian şeklindedir.

31 Dalgalanmaların Nedenleri • Dedektör karakteristiklerinin kayması • Dedektördeki rasgele gürültülerin olması • İstatiksel gürültü aynı enerji soğurulmasına rağmen bir miktar farklı yük taşıyıcıları oluşturduğundan kaynaklanır. • Dedektör karakteristiklerinin kayması • Dedektördeki rasgele gürültülerin olması • İstatiksel gürültü aynı enerji soğurulmasına rağmen bir miktar farklı yük taşıyıcıları oluşturduğundan kaynaklanır. Dedektördeki dalgalanmalardan kaçınmak imkansızdır.

32

33 Gaussian fonksiyonu FWHM – standard sapma ilişkisi ÇözünürlükÇözünürlük

34 Orantı sabiti ve standart sapama arasındaki ilişki Lineer bir dedektörde taşıyıcı sayısı ile enerji arasında orantı mevcuttur. O halde, ortalama enerji Poission çözünürlük sınırı

35 Fano faktör İstatiksel çözünürlük sınırı İzafi çözünürlük

36 VerimlilikVerimlilik Kısaca, tek bir radyasyonun algılanma ihmalidir Verimlilik genellikle radyasyonun etkileşmesine ve dedektörün boyutlarının her ikisine de bağlıdır Yüklü parçacıkların verimliliği > Yüksüz parçacıkların verimliliği

37 Mutlak verimlilik Dahili verimlilik • Radyasyon enerjisine, • Dedektör kalınlığına bağlıdır.

38

39 Tepki Zamanı Radyasyonun dedektöre varması ile çıkış sinyalinin oluşması arasındaki geçen zaman aralığına dedektörün tepki zamanı denir. Kısa tepki zamanı Sinyal zamanı hakkındaki bilgiler hassaslaşır Zamana göre etiketleme ölçümleri

40 Ölü ve Toparlanma Zamanları Çözümleme zaman aralığı Ölü zaman aralığı Toparlanma zaman aralığı

41 Ölü Zaman Dedektörün bir sinyal atımı aldıktan sonra ikinci radyasyon geçişine duyarsız olduğu zaman aralığıdır Toparlanma Zamanı Ölü zamanın ardından dedektörün hassasiyetinin arttığı ve hassasiyetin maksimum değere ulaştığı zaman aralığıdır

42

43 Ölü zaman Paralize olmayan model Paralize olan model

44 Paralize olmayan model Paralize olmayan modelde her bir etkileşimin ardından sabit bir ölü zaman izler. Paralize olan model Paralize olan modelde her bir etkileşmenin ardından sabit bir ölü zaman izler. Fakat, bu ölü zaman süresince dedektörde etkileşmeler devam eder. Ancak kaydedilmezler. Bununla birlikte ölü zaman süresi uzar. Sistem üzerine etkisiz Sistem üzerine etkili

45 Paralize olmayan durum i ç in n : ger ç ek etkileşme hızı m: kaydedien sayım hızı n : ger ç ek etkileşme hızı m: kaydedien sayım hızı Paralize olan durum i ç in

46 RADYASYON BİRİMLERİ τ : radyoizotopun ömrü N 0 : başlangıçtaki çekirdek sayısı YarıömürYarıömür başlangıçtaki çekirdek sayısının yarıya düştüğü zamandır (T 1/2 )

47 Bozunma sabiti Bir kaynağın aktivitesi birim zamandaki bozunumların sayısıdır. Aktivitenin birimi Becquerel (Bq) ve Curie (Ci) dir. 1 Bq = 1 saniyedeki 1 bozunma 1 Bq = 27 pCi

48 Soğurulan Doz Soğurulan doz için rad veya Gray (Gy) birimleri kullanılır. 1 rad = 100 erg/g 1 Gy = 1 J/kg 1 Gy = 100 rad Fiziksel soğurma

49 Bağıl Biyolojik Etkinlik (RBE) α, β, γ ve nötron saçılımı aynı enerji soğurmasında farklı biyolojik etki gösterirler. Bu yüzden bağıl biyolojik etkinlik (RBE) tanımlanmıştır. Referans olarak γ ve X-ışını kullanılmıştır. RBE fakt ö r ü radyasyon alanına, radyasyon enerjisine ve doz hızına karmaşık bir şekilde bağlıdır. Bu y ü zden, kolaylık olması i ç in radyasyon ağırlık fakt ö r ü (w r ) kullanılır.

50 Eşdeğer Doz Soğurulan dozun ağırlık fakt ö r ü yle ç arpımı eşdeğer doz H yi verir. Eşdeğer doz birimi rem veya Sievert (Sv) dir. 1 Sv = 100 rem

51 Etkin Doz Etkin Doz T ü m v ü cudun hesaplanması, yani etkin dozun bulunması i ç in her bir organın aldığı doz hesaplanarak toplanır.

52 Dozlama Birimi Dozlama Birimi X veya gama (foton) dozlamaları i ç in kullanılan birim R ö ntgendir (R) ve havada ü rettikleri belirli bir iyonizasyon miktarı ü zerine kuruludur. 1 R, 1 kg havada iyonizasyon yaparak 2.58x10 -4 C luk pozitif ve negatif y ü k oluşturan dozdur.

53

54

55

56 Si detektörlerin PCB lere kontaklanması Thin Silikon: 160x96 kanal, 300  m, 7x4cm, 3 adet Thick silikon: 64x64 kanal, 1.5mm, 4x4cm, 5 adet


"DEDEKTÖRLERİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE RADYASYON ÖLÇÜM BİRİMLERİ Doç. Dr. A. Birkan SELÇUK TAEK-SANAEM." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları