Ömer Faruk DEMİRTAŞ Danışman Yrd.Doç.Dr. Songül AKBULUT Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fizik Bölümü 1 DEDEKTÖRLERİN ENERJİ ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ VE VERİM

İÇİNDEKİLER AMAÇ GENEL BİLGİLER BULGULAR TEŞEKKÜR 2

Amaç Nükleer spektroskopi hakkındaki bilgimizin ayrıntı ve zenginliği, uyarılmış düzeyler hakkında ne bildiğimize bağlıdır. Bu nedenle elektromanyetik radyasyon ışınlarının yayınlanması ile ilgili çalışmalar nükleer spektroskopinin standart tekniği haline gelmiştir. Elektromanyetik radyasyon ışınlarının varlığının anlaşılması herhangi bir duyu organı ile mümkün olmadığından dolayı, farklı elektromanyetik radyasyon ışınlarının dedekte etmek için çeşitli özellikte dedeksiyon sistemleri geliştirilmiştir. Aynı elekromanyetik radyasyonnun farklı dedeksiyonlarda enerji ve verim farklılıkları ortaya koymaktadır. 3

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

Gaussian fonksiyonu FWHM – standard sapma ilişkisi Çözünürlük

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

Mutlak verimlilik Dahili verimlilik Radyasyon enerjisine, Dedektör kalınlığına bağlıdır.

Sensörden gelen sinyali yükselten, Filtre edip biçimleyen, işleyen, Adresleyip depo eden, Gerektiğinde tekrar depodan çağırıp data analizine imkan veren 9 BİR SİSTEMDİR Dedektör

Dedektör Sistemleri Sintilasyon Yarıiletken 10

Neden Sintilasyon? Gazlı detektörler nükleer fizik için uygun değildir. Bunun yerine sintilasyon detektörleri kullanılır. 1 MeV’lik gamaların havadaki menzili 100 cm civarındadır. Bu nedenle yoğunluğu yüksek olan sintilasyon detektörleri kullanılır. 11

Çalışma Prensibi Sintilasyon detektörlerinin çalışma prensibi ışıldama yapan bir madde (sintilatör) içerisinden geçen radyasyonun enerjisini uyarma vasıtası ile kaybetmesi (dE/dx) ve uyarılmış atom tarafından yayınlanan ışığın bir fotodetektör vasıtası ile algılanmasına dayanır. Radyoaktif ışınlar bir maddenin atom ve molekülleriyle etkileşime girdiği enerjiye göre, madde içinde iyonizasyon ya da eksitasyon meydana getirir. Şayet radyasyon enerjisi her iki olayı da meydana getiremeyecek kadar düşük ise, etkileştiği ortamdaki moleküller arasında sadece bir titreşim meydana getirir ve yok olur. 12

Çalışma Prensibi Katotdan salınan elektronlar birinci odaya çekilir ve çoğaltılır. Bu bir sonraki dinotla devam eder.Elektronların sayısı böylece artırılır. Burada lineer ve kararlılık önemli. Gelen radyasyon sayısı ile çıkış puls genliği orantılı dolayısı ile gelen taneciğin enerjisi ile doğru orantılıdır. 13

Neden Yarıiletken ? Tüm dedektörler arasında en hızlı olanıdır. Yoğun iyonizasyon ortamı vardır. Hızlı zamanlama karakteristiği vardır. Etkin kalınlıklara sahiptir. Hacimce küçüktürler. Gelen enerjiyle orantılı büyüklükte sinyal verebilirler. Yüksek enerji çözünürlükleri vardır. Manyetik alanlara karşı duyarsızdırlar. Yüksek taşıyıcı verimleri vardır. 14

Yarıiletken dedektörün çalışma prensibi Bütün yarıiletken dedektör sistemleri 5 ayrı fonksiyonu yerine getirir: 1.Her sensör veya sensör kanallarından gelen sinyaller güçlendirilir. 2.Biçimlendirilir ve filtre edilir. 3.Biçimlendirilmiş bu sinyal dijitalize edilir ve prosesörlerle işlenir. 4.Depolanır. 5.Analiz edilir. 15

Yarıiletken dedektörün çalışma prensibi 16 Yarıiletken dedektörlerin çalışma şekilleri elektron ve deşiklerdir, elektron ve pozitif iyonlar değil.

Dedeksiyon Sistemlerinde Enerji Çözünürlüğü ve Verimin Karşılaştırılması 17 FWHM Değerleri Enerji(keV)GazlıDedektörlerYarıiletkenDedetörlerSintilasyonDedektörler 1,490,43 ( 13 Al)0,12 ( 13 Al)3,0 ( 13 Al) 5,91,20,18 (Düzlemsel Ge)3,0 (X-Işını NaI(TI)) 6,40,66 ( 26 Fe)0,16 ( 26 Fe)6,2 ( 26 Fe) 25,31,75 ( 50 Sn)0,28 ( 50 Sn)12,2 ( 50 Sn) 122 0,5 (Düzlemsel Ge) 0,8 (Koaksiyel Ge) 12,0 (X-Işını NaI(TI)) 12,0 ( 3" x 3" NaI(TI)) 133,2 1,8 (Koaksiyel Ge)60 ( 3" x 3" NaI(TI)) Farklı enerjilerde dedektörlerin çözünürlüklerinin irdelenmesi (Akbulut, 2012)

Farklı izotoplarda dedektörin verimlerinin irdelenmesi 18 Dedektörİzotop%Verim Sintilasyon Gazlı 14 C5 241 Am8 90 Sr59 99 Tc Cs Th Pu12

KAYNAKLAR Radiation Detection and Measurement, Third edition, Glenn F. Knoll. University of Michigan, John Wiley & Sons, Inc. Semiconductor Detectors, Helmuth Spieler, Physics Division, Lawrence Berkeley National Laboratory Electronics for Radiation Detection, Krzysztof Iniewski, New York. Physics of Semiconductor Devices, J. P. Colinge, C. A. Colinge, Kluwer Academic Publishers, New York. Radiation Effects in Semiconductors, Krzysztof Iniewski, CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, New York. Semiconductor Radiation Detection Systems, Krzysztof Iniewski, CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, New York. Semiconductor Radiation Detectors, Gerhard Lutz, Semiconductor Laboratory of the Max-Planck-Institutes, Otto-Hahn-Ring Munich, Germany. Silicon Heterostructure Devices, John D. Cressler, CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, New York. Fundamentals of Solid State Engineering, Manijeh Razeghi, Northwestern University, U.S.A. Physics of Semiconductor Devices, Third Edition, S. M. Sze and Kwok K. Ng, A JOHN WILEY & SONS, JNC., PUBLICATION. Semiconductor Materials, B. G. Yacobi, Kluwer Academic Publishers. Metal-Oxide-Semiconductor Physics nad Technology, E. H. Nicollian and J. R. Brews, John Wiley and Sons, New York. 19

KNOLL, F., Glenn, Radiation Detection and Measurement Third Edition, Wiley & Sons GÖREN, Elif, Adana İçme Sularında Trityum Aktivitesinin Belirlenmesi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Adana, 2011 İyon Dedektörleri, Basic Detection Techniques , Akbulut, Toprak Profili Boyunca Elemental Hareketliliğin X-Işını Analiz Teknikleri ve İstatistiksel Yaklaşımlarla İncelenerek Difüzyon ve Konveksiyon Katsayılarının Hesaplanması Akkoyun, Uzayda Gama Işını Ölçümleri Bir Geant Similasyonu Akkurt, Arda ve Günoğlu NaI(TI) Dedektörü için Enerji Çözünürlüğünün Elde Edilmesi, Süleyman Demirel Üni.Fen Bil.Enst.Der.17(3),52-54 Baykal, Yeni Tip Gama Dedektörleri ve İz Sürme Tekniği Çelik, Doğu Karadeniz Bölgesinde 137 Cs’nin Ekolojik Yarıömrünün Belirlenmesi ve 137 Cs Üzerinde Çeşitli Modellemeler,Karadeniz Teknik Üniversitesi,Trabzon Tekin, CMS Deneyindeki HF Kalorimetresinde Kullanılan FÇT’lerin Kazançlarına Göre Sınıflandırılması,Adıyaman Üni,Adıyaman Yücel, Solmaz,Kurt,İnal ve Bor,2008. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 23, No 3, URL-1,

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞŞEKÜRLER 21