Detekce záření Požadavky na detektory

Prezentace na téma: "Detekce záření Požadavky na detektory"— Transkript prezentace:

1 Detekce záření Požadavky na detektory
Použití v oblasti vlnových délek 0,5 – 2,5 Å Oblast měřených intenzit impulsů Přesnost 0,1 – 1 % Nutnost měření prostorově úzkých svazků Nízká hmotnost

2 Detekce záření Fotografické účinky Ionizace plynů Luminiscence
Zvýšení elektrické vodivosti Klasifikace detektorů Fotografický film Ionizační komora, proporcionální detektor, Geigerův-Müllerův Fluorescenční stínítka, scintilační detektory Polovodičové detektory bodové plošné

3 Fotografická emulze Hustota zčernání D = log (I0/I)
Jednostranné Dvoustranné Želatinová vrstva (10-20 m) se zrny AgBr ( cm-2) Hustota zčernání D = log (I0/I) I0 ... Světlo prošlé neexponovanou částí D = k Irtg  linearita do D = 0,7-0,8 Různé doby vyvolávání

4 Fotografická registrace
Stanovení D(E) Teplota, doba vyvolávání Změna expoziční doby Zeslabovací fólie Rotující pilovitá clona Měkké záření více absorbované, Nespojitosti na absorbčních hranách Zesilovací folie pro tvrdé záření Větší citlivost pro větší zrna, ale horší rozlišení Výhody fotografické registrace Plošná detekce Malý efekt fluktuací intenzity Není třeba stabilizace Fotometr zdroj světla, kondenzor, držák filmu, detektor (fotočlánek s galvanometrem) Lineární, plošné Polaroid Vidikony

5 Bodové detektory - plynové
Ionizační komora Geigerův-Müllerův detektor Proporcionální detektor Ar, Xe

6 Koeficient plynového zesílení:
Bodové detektory V < V1 rekombinace elektronů a iontů V1 < V < V2 všechny ionty a elektrony dopadnou na příslušné elektrody, jejich počet závisí jen na počtu absorbovaných fotonů V > V2 lavinová ionizace Koeficient plynového zesílení: A = N2/N1 Počet iontů vzniklý absorpcí Počet iontů na elektrodě 1 foton CuK  270 párů iont-elektron

7 Bodové detektory - plynové
Ionizační komora V1 < V < V2, A = 1, Ar, Kr ionizační proud úměrný energii svazku, 1 foton ~ V užívá se k monitorování intenzity svazků Proporcionální a Geigerův-Müllerův detektor V4 < V, A ~ Výboj v celém objemu (Townsendův) Nezávisí na energii fotonu, napěťový puls 1-10 V Pracovní napětí > 1000 V Kvantová účinnost ~ 70 % V2 < V < V3, A < 104 Počet párů elektron-iont úměrný kinetické energii fotonu El. napěťový impuls úměrný energii rtg fotonu ~ mV Kvantová účinnost ~ % Lavinová ionizace má lokální charakter (kolem anody) Boční okénka Stabilizace přídavnými plyny (CO2, C2H4)

8 Bodové detektory - scintilační
Fluorescenční stínítka ZnS (dále wolframan vápenatý, křemičitan zinečnatý) Přechody elektronů do valenčního pásu (1.5-3 eV) Použití – orientační detekce Scintilační detektory NaJ + 1 % Tl monokrystal uvolnění rychlého elektronu, ionizace tloušťka > 0.7 mm max. intenzita 410 nm délka záblesků 230 ns Sb-Cs YAlO3 (YAP:Ce) keramika tloušťka < 0.1 mm stálost na vzduchu mechanická odolnost max. intenzita 350 nm délka záblesků 27 ns Amplituda pulsu přímo úměrná energii fotonu, Rm = Kvantová účinnost ~ 100 %, konverzní účinnost ~ 10 % Relativně vysoký termický šum, pracovní napětí V

9 Bodové detektory - polovodičové
PL mezi dvěma elektrodami – ionizační komora, vznik párů elektron-díra Požadované vlastnosti: vysoký odpor (snižuje šum) prodloužená doba života nábojů (sběr nábojů) vysoká pohyblivost nábojů (rychlá odezva) malá šířka zakázaného pásu (energetické rozlišení) velká absorpční schopnost (efektivní pohlcení energie záření) Čisté Ge (k ~ 0,1 nm) Snížení koncentrace nábojů p-n přechod s velkou tloušťkou ochuzené zóny přidání záchytných center (driftováni Li) Tloušťky až 10 cm Signál na výstupu ~ 10 V Si(Li), Ge(Li) Nutno uchovávat za NT Energeticko-disperzní difraktometrie

10 Detekční řetězec Amplitudový analyzátor Detektor Předzesilovač
Diskriminátor (integrální režim, impulsy vyšší než spodní hranice) Amplitudová analýza (diferenciální mód, impulsy pouze v intervalu výšek - kanálu) Záření Scintilační Proporcionální (Xe) Proporcionální (Kr) GM (Ar) A N Mo 44 10 16 51 29 27 Cu 134 12 146 57 64 26 46 Poměr maxima k pozadí

11 Nastavení detektoru nastavení napětí nastavení spodní úrovně nastavení okénka

12 Základní charakteristiky detektorů
Účinnost – počet el. impulsů na výstupu/ počet fotonů dopadajících na okénko detektoru Energetické rozlišení NaJ(Tl) 50 % proporcionální 15% polovodičový 3 % Časová rozlišovací schopnost (mrtvá doba) GM – 200 s scintilační NaJ – 0,23 s scintilační YAP – 0,027 s polovodičový - 0,001 s Linearita detektoru

13 Chyby Korekce na mrtvou dobu Četnost nT Proporcionální  = 2 ms
četnost naměřená (M) četnost správná (T) Chyby Četnost nT Proporcionální  = 2 ms GM  = 200 ms 102 0,02 2 103 0,2 20 5.103 1 100 104 -

14 Polohově citlivé detektory (PSD)
Soustava proporcionálních nebo polovodičových mozaikové multielektrodové Braun, Stoe, INEL Ionizace plynu fotonem, elektrony jsou sbírany anodovým drátem a generují elektrický náboj , který je odnášen dvěma pulsy v opačných směrech, poloha se určuje ze zpoždění mezi dvěma konci drátu Imaging plates Od r. 1986 Laser stimulated fluorescence image plate Velký dynamický rozsah, vysoká citlivost, nízké pozadí Skenování fokusovaným He-Ne svazkem (150 mm) Latentní obraz Expozice ~ 5 min. Modrá fluorescence (intenzita úměrná počtu absorbovaných fotonů) Obraz pixelů, načten za cca 200 s Čtení, fotonásobič, časová integrace Stoe Smazání obrazu bílým světlem

15 CCD (Charged Coupled Device) SMART (1993)
(Zn, Cd) Se 1024x1024 pixelů 62x62 mm

16 Detektory - výrobci Bruker (solid state) Marresearch Bruker (2D)
Photonic Science Bruker (CCD) Reflection Imaging Bede Inel Inel (curved) Spectrolab Stoe