detekce záření
DESCRIPTION
Detekce záření. Požadavky na detektory. Použití v oblasti vlnových délek 0,5 – 2,5 Å Oblast měřených intenzit 10 -1 - 10 6 impulsů Přesnost 0,1 – 1 % Nutnost m ěření prostorově úzkých svazků Nízká hmotnost. Detekce záření. Fotografické účinky Ionizace plynů Luminiscence - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/1.jpg)
Detekce záření
Požadavky na detektory
Použití v oblasti vlnových délek 0,5 – 2,5 ÅOblast měřených intenzit 10-1- 106 impulsůPřesnost 0,1 – 1 %Nutnost měření prostorově úzkých svazkůNízká hmotnost
![Page 2: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/2.jpg)
Detekce záření• Fotografické účinky• Ionizace plynů• Luminiscence• Zvýšení elektrické vodivosti
Klasifikace detektorů
Fotografický filmIonizační komora, proporcionální detektor, Geigerův-MüllerůvFluorescenční stínítka, scintilační detektory
Polovodičové detektory
bodové plošné
![Page 3: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/3.jpg)
Fotografická emulze
Želatinová vrstva (10-20 m) se zrny AgBr (109-1012 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
JednostrannéDvoustranné
![Page 4: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/4.jpg)
Fotografická registrace
Stanovení D(E)Změna expoziční dobyZeslabovací fólieRotující pilovitá clona
Teplota, doba vyvolávání
Větší citlivost pro větší zrna,ale horší rozlišení
Výhody fotografické registracePlošná detekceMalý efekt fluktuací intenzityNení třeba stabilizace
Fotometr zdroj světla, kondenzor, držák filmu, detektor (fotočlánek s galvanometrem)
Lineární, plošné
Polaroid
Vidikony
Měkké záření více absorbované,Nespojitosti na absorbčních hranáchZesilovací folie pro tvrdé záření
![Page 5: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/5.jpg)
Bodové detektory - plynové
• Ionizační komora• Geigerův-Müllerův detektor• Proporcionální detektor
Ar, Xe
![Page 6: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/6.jpg)
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
1 foton CuK 270 párů iont-elektron
Počet iontů vzniklý absorpcí
Počet iontů na elektrodě
![Page 7: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/7.jpg)
Bodové detektory - plynové
Ionizační komoraV1 < V < V2, A = 1, Ar, Kr ionizační proud úměrný energii svazku, 1 foton ~ Vužívá se k monitorování intenzity svazků
Proporcionální a Geigerův-Müllerův detektor
V2 < V < V3, A < 104
Počet párů elektron-iont úměrný kinetické energii fotonuEl. napěťový impuls úměrný energii rtg fotonu ~ mVKvantová účinnost ~ 60-65 %
Lavinová ionizace má lokální charakter (kolem anody)
V4 < V, A ~ 107-109
Výboj v celém objemu (Townsendův)Nezávisí na energii fotonu, napěťový puls 1-10 VPracovní napětí > 1000 VKvantová účinnost ~ 70 %
Boční okénkaStabilizace přídavnými plyny (CO2, C2H4)
![Page 8: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/8.jpg)
Bodové detektory - scintilační
Fluorescenční stínítka ZnS (dále wolframan vápenatý, křemičitan zinečnatý)Přechody elektronů do valenčního pásu (1.5-3 eV)Použití – orientační detekce
Scintilační detektoryNaJ + 1 % Tlmonokrystaluvolnění rychlého elektronu,ionizacetloušťka > 0.7 mmmax. intenzita 410 nmdélka záblesků 230 ns
YAlO3 (YAP:Ce)
keramikatloušťka < 0.1 mmstálost na vzduchumechanická odolnostmax. intenzita 350 nmdélka záblesků 27 ns
Amplituda pulsu přímo úměrná energii fotonu, Rm = 107 - 108
Sb-Cs
Kvantová účinnost ~ 100 %, konverzní účinnost ~ 10 %
Relativně vysoký termický šum, pracovní napětí 700 - 1 100 V
![Page 9: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/9.jpg)
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 nábojůp-n přechod s velkou tloušťkou ochuzené zónypřidání záchytných center (driftováni Li)
Tloušťky až 10 cmSignál na výstupu ~ 10 V
Si(Li), Ge(Li)Nutno uchovávat za NT
Energeticko-disperzní difraktometrie
![Page 10: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/10.jpg)
Detekční řetězec
Detektor Předzesilovač Zesilovač Amplitudový analyzátor
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 A N A N
Mo 44 10 44 16 51 29 27
Cu 134 12 146 57 64 26 46
Poměr maximak pozadí
![Page 11: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/11.jpg)
Nastavení detektoru
nastavení napětínastavení spodní úrovněnastavení okénka
![Page 12: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/12.jpg)
Základní charakteristiky detektorů
Účinnost – počet el. impulsů na výstupu/počet fotonů dopadajících na okénko detektoru
Energetické rozlišeníNaJ(Tl) 50 %proporcionální 15%polovodičový 3 %
Časová rozlišovací schopnost(mrtvá doba)GM – 200 sscintilační NaJ – 0,23 sscintilační YAP – 0,027 spolovodičový - 0,001 s
Linearita detektoru
![Page 13: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/13.jpg)
Korekce na mrtvou dobu
Tn
nn
nTM
M
1
četnost naměřená (M)četnost správná (T)
Četnost nT Proporcionální = 2 s
GM = 200 s
102 0,02 2
103 0,2 20
5.103 1 100
104 2 -
Chyby
![Page 14: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/14.jpg)
Polohově citlivé detektory (PSD)
Soustava proporcionálních nebo polovodičovýchmozaikovémultielektrodovéBraun, Stoe, INEL
Ionizace plynu fotonem, elektrony jsou sbírany anodovým drátema generují elektrický náboj , který je odnášen dvěma pulsy v opačnýchsměrech, poloha se určuje ze zpoždění mezi dvěma konci drátu
Imaging platesOd r. 1986
Laser stimulated fluorescence image plateVelký dynamický rozsah, vysoká citlivost, nízké pozadí
Expozice ~ 5 min. Latentní obraz
Skenování fokusovaným He-Ne svazkem (150 m)
Modrá fluorescence (intenzita úměrná počtu absorbovaných fotonů)
Čtení, fotonásobič, časová integrace
Obraz 1 000 000 pixelů, načten za cca 200 s
StoeSmazání obrazu bílým světlem
![Page 15: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/15.jpg)
CCD (Charged Coupled Device) SMART (1993)
(Zn, Cd) Se1024x1024 pixelů
62x62 mm
![Page 16: Detekce záření](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061617/56814fd6550346895dbd9b15/html5/thumbnails/16.jpg)
Detektory - výrobci
Bruker (solid state)
Bruker (2D)
Bruker (CCD)
Bede
Inel Inel (curved)
Marresearch
Reflection Imaging
Photonic Science
Spectrolab
Stoe