Detektorové systémy 1) Anticomptonovské spektrometry 2) Párové spektrometry 3) Krystalové koule, stěny, komplexní soustavy polovodičových a scintilačních.

Prezentace na téma: "Detektorové systémy 1) Anticomptonovské spektrometry 2) Párové spektrometry 3) Krystalové koule, stěny, komplexní soustavy polovodičových a scintilačních."— Transkript prezentace:

1 Detektorové systémy 1) Anticomptonovské spektrometry 2) Párové spektrometry 3) Krystalové koule, stěny, komplexní soustavy polovodičových a scintilačních detektorů 4) PET kamery Pokrok v měření záření gama: Srovnání měření jedním NaI(Tl) v r. 1963 a zařízením EUROGAM II (1994), převzato z N. Poenaru, N. Greiner: Experimental Techniques in Nuclear Physics PET kamera v „Cyclotron BioMedical de Caen“ WWW stránky tohoto zařízení Fotonový spektrometr TAPS

2 Anticomptonovský spektrometr HPGe detektor s antikomptonovským BGO stíněním ( N. Poenaru, N. Greiner:Experi- mental Techniques in NuclearPhysics HPGe detektor obklopený scintilačním detektorem (NaI(Tl), BGO) HPGe – vysoké energetické rozlišení Scintilační detektor – vysoká účinnost detekce comptonovsky rozptýlených fotonů Silné potlačení Comptonova pozadí a výletových píků až o řád Fotony po rozptylu → nižší energie → větší pravděpodobnost fotoefektu Výhodná asymetrická poloha HPGe detektoru v NaI(Tl) nebo BGO detektoru Vzdálenost ve které je v BGO pohlcena příslušná frakce rozptýlených fotonů Monte Carlo simulace

3 Párový spektrometr HPGe obklopený scintilátorem (NaI(Tl), BGO) Koincidence HPGe a 2 × 511 keV v scintilátoru Potlačení všeho, kromě píků dvojného výletu Sumační spektrometr Opět kombinace více detektorů – často HPGe a scintilačního Součet umožňuje zvýšit intenzitu píku úplného pohlcení bez výrazného zhoršení rozlišení Spektrometr z HPGe obklopený scintilačním detektorem může pracovat v anticomptonovském, párovém i sumačním režimu Silné potlačení pozadí, lze použít jen u linek s dostatečně vysokou energií → dostatečně vysoká pravděpodobnost produkce páru Využití vnitřní geometrie umístění vzorku pro určení kaskád Jednoduché, anticomptonovské a párové spektrum anticomptonovského spektrometru ÚJF AVČR

4 Krystalové koule pro studium jaderné struktury Studium jevů s malou pravděpodobností, vysoké energie buzení jader, vysoké momenty hybnosti, dlouhé kaskády, superdeformované stavy, gigantické rezonance, exotická jádra První generace ( 80. léta) : 6 -21 HPGE detektorů s antikomptonovským stíněním, BGO sestavy, kombinace polovodičových a scintilačních detektorů TESSA3 (UK), Chateau de Cristal (Francie), OSIRIS (SRN), NORDBALL (Dánsko) Objev superdeformovaných pásů I < 0,01, kaskády až 20 přechodů Druhá generace (90. léta): Cesta k modulárním, flexibilním systémům, putujícím mezi urychlovači Detektorový systém EUROGAM II Využití polovodičů (HPGE) s BGO stíněním (účinnost až ε F = 10 %) ( desítky až stovka detektorů) Efektivita ε F, Pík/Compton, rozlišení ΔE/E vliv Dopplerova posuvu – dominuje v ΔE/E

5 od r. 1995 - GAMMASPHERE - 70 -110 HPGe detektorů s BGO stíněním, 4π geometrie od r. 1992 - EUROGAM I, II, EUROBALL III, IV - 2002 USA –LBNL, ANL, Evropa – Daresbury, Heidelberg, Darmstadt,... Několik záběrů zařízení GAMMASPHERE v reálu i v zobrazeni ve filmu Hulk WWW stranky experimentu Několik záběrů zařízení EUROGAM a EUROBALL WWW stránky experimentů

6 Scintilační „stěny“ pro fyziku vysokých energií 1991 - TAPS 384 BaF 2 detektorů CLEO II 8000 CsI(Tl) detektorů – použití křemíkových fotodiod -Cornell Electron-positron Storage Ring (CESR) Heidelberg/Darmstadt – 162 NaI(Tl), SLAC-DESY – 672 NaI(Tl) elmg kalorimetry Detekce elektromagnetických spršek – identifikace vysokoenergetických fotonů Krystaly CsI(Tl) spektrometru CLEO II 1)tenké plastikové detektory – identifikace nabitých částic 2)Doba letu – separace rychlých částic 3)Rozbor tvaru pulsu (BaF 2 má dvě komponenty vysvěcování) Pracoval v GSI Darmstadt, KVI Groningen, GANIL Caen, CERN, MAMI Mainz, Bon Detekce fotonu od stovek keV po desítky GeV přímých nebo z rozpadu částic (π 0, η, ω, φ) Délka krystalů 250 mm, průměr 59 mm Blok BaF2 krystalů spektrometru TAPS

7 Připravovaný systém pro LHC experiment ALICE: fotonový spektrometr PHOS Fotonový spektrometr TAPS v GSI Darmstadt a v KVI Groningen Krystaly PbWO 4 : 15X 0 → 14 cm, R 0 ~ 2 cm Celková plocha: ~ 8 m 2 Optimalizováno pro E γ ~ 0,5 GeV – 10 GeV rozměry: l = 18 cm S = 2,2×2,2 cm 2 Krystaly PbWO 4 připravované pro PHOS

8 PET kamery pro lékařskou diagnostiku Detektory zachycující koincidenci dvojice anihilačních kvant 511 keV Pozitronová emisní tomografie umožňuje pořídit 3D obrázky orgánů pacienta Stovky až tisíce párových detektorů Pozitron + elektron – anihilace v klidu → dvě anihilační kvanta 511 keV letící v opačných směrech Anihilace γ 1 (511 keV) γ 2 (511 keV) Dvě souřadnice – poloha dopadu fotonů Třetí souřadnice – určení z rozdílu časů detekce dvojice fotonů Příklad: Standardní kamera HR+Siemens v „Cyclotron BioMedical de Caen: 576 krystalů, rozlišení 4,5 a 3,6 mm