Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Radyasyon dedektörleri-Sintilasyon dedektörleri

No description
by

Esma Birsu Taskin

on 13 April 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Radyasyon dedektörleri-Sintilasyon dedektörleri

Sintilasyon nedir?
Neden Sintilasyon dedektörleri?
SİNTİLASYON NASIL ÇALIŞIR ?
SİNTİLASYON NASIL ÇALIŞIR ?
Sintilasyon Nedir?
Neden Sintilasyon Dedektörleri?
Sintilasyon Nasıl Çalışır?
Sintilatör Maddeler
Fotoçoğaltıcı Tüpler
Sintilasyon Spektrumları
Enerji Ayırma Gücü
Sintilasyon Dedektörleri

Amorf Maddeler ve Camlar

Gazlar

Organik sintilatörler
Organik sintilatörler
Plastik Sintilatörler

FOTOÇOĞALTICI TÜPLER
SUNUM İÇERİĞİ
Nükleer Radyasyon Fiziği II

Prof. Dr. Aysun Uğur GÖRGÜN
Hazırlayan

EGE ÜNİVERSİTESİ
NÜKLEER BİLİMLER ENSTİTÜSÜ
Esma Birsu TAŞKIN
Sintilatör kelime anlamı olarak ışıldama anlamına gelmektedir
Bazı maddelerde radyasyon soğurulduğunda uyarılmış düzeydeki atomlardan ultraviyole veya görünür bölgede ışın yayınlanır bu olaya sintilasyon (pırıldama) denir

Işının salınması radyasyonu soğurulmasından sonra 10-8 saniye veya daha kısa sürede gerçekleşirse
fluoresans
, çok daha uzun sürerse
fosforesans
olarak bilinir.

Sintilasyon dedektörleri
ise radyasyona maruz kalan belli maddelerden yayınlanan foto lüminesans ve fosforesans vasıtası ile parçaçık dedeksiyonu yapan cihazlardır.

Gazların yoğunluğu az olduğunda, radyasyonu soğurma kapasiteleri küçük, dolayısıyla gazlı dedektörlerin verimleri düşüktür.

İyonlaşma özelliğinin az ve enerjinin yüksek olduğu durumlarda radyasyonun dedektör içinde durdurulması için hacmin çok büyük olması gerekir.Katı maddeler, hem yoğunlukları, dolayısıyla soğurma özellikleri fazla, hemde re-kombinasyon olasılığı az olduğundan gazlardan çok daha iyi özelliğe sahiptirler. Bu yönden tercih edilirler.

Sintilasyon dedektörlerinin çalışma prensibi ışıldama yapan bir madde (sintilatör) içerisinden geçen radyasyonun enerjisini uyarma vasıtası ile kaybetmesi ve uyarılmış atom tarafından yayınlanan ışığın bir fotoçoğaltıcı vasıtası ile algılanmasına dayanır.

Sintilasyon dedektörleri, sintilatör olarak kullanılan bir madde ve bunun hemen arkasına bağlanmış bir fotoçoğaltıcı tüpten oluşur.

Sintilatör içine giren radyasyon, ortamdaki atomları uyarmak suretiyle enerjisini kaybeder.

Uyarılan atomlar hızla, görünür bölgede ışık yayınlarlar.

Işık foto duyarlı yüzeye çarparak foton başına en çok bir elektron salınmasına neden olur.

Bu elektronlar da fotoçoğaltıcı tüp içinde bulunan ve dinod adı verilen elektron çoğaltıcı elemanlar yardımıyla çoğaltılarak anotta toplanır ve genliği radyasyon enerjisiyle orantılı çıkış pulsları şekline dönüşür.

Bu dedektörler sayım aynı zamanda enerji ayrımı için kullanılır.

Sintilator maddeler
İnorganik Sintilatörler:

Kristaller(exstrinsic,intrinsic),
Amorf maddeler ,
Gazlar

Organik Sintilatörler :
Organik kristaller,
Organik sıvılar,
Plastikler

İnorganik sintilatörler
İnorganik Kristaller

İnorganik malzemelerdeki sintilasyon mekanizması kristal örgüsü tarafından belirlenen enerji durumlarına bağlıdır.

İnorganik sintilatörler
İnorganik sintilatörler
Kristale eser miktar uygulanan bu safsızlık, kristalin valans ve iletkenlik bandı arasında yeni enerji düzeyleri oluşturulur
Böyle katkılı bir (extrinsic) kristalde aktivatör atomları radyasyonun kopardığı elektronları tuzaklayarak veya bir eksitonun taban düzeye geçerken yayınladığı bir fotonu soğurarak uyarılmış hale geçer.
Uyarılmış aktivatör atomu taban düzeye geçerken salınan pırıldama fotonu kristal tarafından soğrulamaz.


Kristalden kaçan bu ışın uygun bir fotoçoğaltıcı tüp yardımı ile sinyale dönüştülerek radyasyonun dedeksiyonu gerçekleştirilir.
En yaygın olarak kullanılan aktivatörler talyum (TI) ve öropiyumdur (EU).
İnorganik sintilatörler
Yasak bant genişliği yalıtkanlarda 7-8 eV yarı iletkenlerde 1 eV civarındadır.

Ce ile aktive edilmiş B veya Li içerirler.
Nötron dedeksiyonu için kullanıldığında camın içeriği 95%’lik 6Li ile zenginleştirilir.
Camda bir amorf materyaldir, ancak kristal yapısı belli bir düzen içinde değildir ve bu yüzden pırıldama ışınının meydana gelme olasılığı düşük, ışık çıkma yönü gelişi güzeldir.
Modern sintilasyon camları SiO2, LiO2, Al2O3, MgO ve Ce2O3 çeşitli karışımlarından üretilir, bazen cam yoğunluğunu artırmak için BaO ilave edilir.
3500 foton/MeV’lik ışık çıkışı oldukça düşük olmasına rağmen ortam koşullarının geleneksel sintilatörlerin kullanımını kısıtladığı zamanlarda beta veya gama sayımı için zaman zaman kullanılır.
En yaygın olarak kullanılan amorf sintilatör gümüş ihtiva edilmiş çinkosülfür ZnS(Ag) dedektörlerdir.

Sintilasyon oluşturabilen gazlar sadece azot ve asal gazlardır.

Uyarıldıktan sonra taban düzeye geçerken verdikleri emisyon spektrumundan yararlanılır.

Pırıldama verimleri düşüktür.

Önemli avantajları orantılı sayac olarak kullanıldıklarında verimleri ve ayırma güçleri çok iyidir.

İnorganik sintilatörler
İnorganik sintilatörler
Organik Kristaller

Büyük çoğunluğu aromatik hidrokarbonlardır.
Organik yapıda de-eksitasyon kademeli olarak gerçekleştiğinden emisyon spektrumu absorbsiyon spektrumundan farklı olduğundan salınan ışının kristalde absorblanma olasılığı düşüktür. Kristalden kaçan bu ışınlar fotoçoğaltıcı ile sinyale dönüştürülür.
Atom numaraları küçük olduğundan gamaların dedeksiyonu için uygun değildir.
En yaygın kullanılan organik kristaller; antresen,trans-stilbendir.

ORGANİK SIVILAR

Bu dedeksiyon mekanizması, prensip olarak katı sintilasyon yöntemine benzer. Ancak burada radyoaktif nümune ve parıldayıcı malzeme bir çözelti halindedir. Nükleer radyasyonun enerjisi önce çözücünün moleküllerini uyarır. Uyarılma enerjisi bir ara aşamadan sonra foton olarak açığa çıkar. Bu fotonlar da foto-çoğaltıcı düzeneklerle algılanır.

İyi çözücülüğe sahip bileşenler ksilen,toluen ve hekzametilbenzen içerir.
Sıvı sintlatörler, sintilatör çözeltisinin parçası olarak çözünebilen radyoaktif materyali ölçerken verimi artırmak için büyük hacimli dedektöre ihtiyac duyulan ölçümlerde oldukça kullanışlıdırlar.
Sıvı sintilatörler beta sayımı için çok uygun dedektörlerdir.

İnorganik sintilatörler
Sıvı organik sintilatörlerin katı çözeltisi olarak düşünülebilirler.
Üretim ve şekillendirilme kolaylığından dolayı plastikler organik sintilatörler içinde en kullanışlı olanlarıdır
Su hava ve birçok kimyasal ile tepkimeye girmezler bu nedenle radyoaktif numune ile doğrudan temas halinde kullanılabilirler.
Plastik sintilatörler, nötron dedeksiyonlarında ve yüklü parçacık dedeksiyonlarında kullanılırlar.
En yaygın örnek olarak%3 p-terphenyl le karışmış polystrene gösterilebilir
Fotoçoğaltıcı tüp, içinde bir fotokatod ile kademeli olarak artan voltaj uygulanmış olan bir dizi dynod bulunan havası boşaltılmış cam bir tüpten meydana gelmiştir.

Bir fotoçoğaltıcı tüpün çalışma şeması. Katotdan salınan elektronlar birinci odaya çekilir ve çoğaltılır. Bu bir sonraki dinot la devam eder. Elektronların sayısı böylece artırılır.

Dinotlar arasındaki voltajlar 50-250V mertebesindedir.

Gelen radyasyon sayısı ile çıkış puls genliği orantılı dolayısı ile gelen taneciğin enerjisi ile doğru orantılıdır.

Sintilasyon dedektörlerinde foto çoğaltıcı tüpü ve kullanılan fosforu değiştirmek suretiyle değişik tipte radyasyonların dedeksiyonu mümkündür. Bunlar;
Alfa parçacıklarını ölçmek için gümüşle aktive edilmiş
ZnS fosforu,
Beta parçacıklarını ölçmek için
naftalin ve stilben
Düşük enerjili X ve gama ışınını ölçmek için talyumla aktive edilmiş
NaI kristali
kullanılır
SİNTİLASYON SPEKTRUMLARI
Sintilasyon dedektörleri özellikle gama spektroskopisinde çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Gama spektroskopisinde en yaygın olarak kullanılan malzeme NaI(TI) kristalidir ve çok küçük boyutlardan büyük boyutlara her ölçüde üretilebilir.

Gama Spektrometresi

SİNTİLASYON SPEKTRUMLARI
Gama spektrometresinde yüksek saflıkta germanyum dedektöre gelen gama fotonları fotoelektrik, compton ve çift teşekkülü olaylarının hepsi ile dedektörün kristali ile etkileşir. Spektrumda bu üç olaya ait bölgeler kabaca ayırt edilebilmektedir. Bunlardan F.O. oluşması tercih edilir. Compton ve Ç.T. ise etkileşime girmeden dedektörü geçen enerji ile beraber spektrumda piklerin altında devamlı olarak bulunan bir bölgenin var olmasına neden olmaktadır

Gama Spektrometresinin bileşenleri

Dedektör:
Fotonlarla etkileşimin olduğu ve çok düşük şiddette voltaj iletisinin oluştuğu kısım (Ge kristali).

Önyükseltici:
Dedektörden gelen sinyalleri yükselten bölüm.

Çok kanallı analizör (MCA):
Dedektörden gelen sinyallerin şekillendirildiği (Gauss) analog sinyallerin dijital sinyallere dönüştürüldüğü kısım.

Veri işleme programı:
Spektrumları gösteren, depolayan ve analiz etmemize yarayan bilgisayar programı

ENERJİ AYIRMA GÜCÜ
Spektroskopik ölçümlerde amaç dedektöre giren radyasyonu enerjilerine göre ayırarak kaydetmektir.
Enerji ile her enerjide kaydedilen sayımlar arasında çizilen grafiklere dedektörün cevap fonksiyonu denir. Cevap fonksiyoları spektrumları oluşturur.

Dedektöre giren radyasyonun kristal ile etkileştiği nokta, kristale aktardığı enerji miktarı, pırıldama dedektörlerinde pırıldama ışınının oluşma ve fotokatoda gelme yüzdesi,dynodlardan ikincil elektronların çıkma olasılıklarındaki farklılıklar, diğer tip dedektörlerde de yine benzer faktörlere bağlı olarak aynı enerjili radyasyonların çıkışta verdikleri sinyaller bir istatistik dağılım gösterirler.

Sintilasyon dedektörlerinin ayırma gücü %10 civarındadır.

KAYNAKLAR
Nükleer Radyasyon Fiziği II Ders Notları
,
Prof.Dr.Güngör YENER

Radiation Detection and Measurement Third Edition
, KNOLL,Glenn

The Theory and Practice of Scintillation Counting
, Google Akademik

İyon Dedektörleri ,
http://www.bayar.edu.tr/besergil/2_iyon_dedektorleri.pdf

Nükleer Fizik II Ders Notları
Prof.Dr. Ahmet BOZKURT, Harran Üniversitesi
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN
TEŞEKKÜRLER

Kısacası; bir fotoçoğaltıcının görevi, sintilatörden gelen düşük şiddetli ışığı yeteri kadar büyük genlikli bir elektrik sinyaline dönüştürmektir.
Saf bir kristalin enerji durumu elektronların bulunduğu enerji düzeyleri göz önünde bulundurularak bir bant şeması üzerinde gösterilebilir.

Valans bandı
, bağlı elektronların bulunduğu enerji durumunu,
İletkenlik bandı
elektronların kristalden ayrılmak için yeterli enerjiye sahip olduklarını gösterir.
Valans bandından bir elektronu iletkenlik bandına çıkarmak için elektrona belli bir enerji aktarmak gerekir işte bu enerjinin büyüklüğü
yasak bant genişliğini
verir.
Dedektöre giren bir radyasyon gerekli etkileşmeleri yaparak enerji kaybederken kristal atomlarını uyararak elektronların uyarılmış(Exitan) düzeylere çıkmasını sağlar veya elektron kopartarak elektron ve boşluklardan oluşan yük çiftleri meydana gelir.
Kristale bir potansiyel fark uygulanarak bir elektriksel alan oluşturulduğunda elektronların bu alana ters yönde hareket etmeleri sağlanır. Elektron uyarılmış düzeyden taban düzeye dönerken kristale aktarılan enerjinin bir kısmı o bölgede bir foton olarak ortaya çıkar. bu ışın ya kristal tarafından soğurulur yada kristalden kaçar. biz dedektörlerde işte bu kaçan ışınlardan yararlanırız. bu yüzden kristale eser miktarda safsızlık ilave ederiz.



Enerji absorpsiyonu bir elektronun valans bandındaki normal pozisyonundan aralık boyunca normal dolmuş valans bandında bir boşluk bırakarak iletim bandına geçmesi ile sağlanır.
Full transcript