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

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

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

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

Bodové detektory - plynové

• Ionizační komora• Geigerův-Müllerův detektor• Proporcionální detektor

Ar, Xe

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

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)

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

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

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

Nastavení detektoru

nastavení napětínastavení spodní úrovněnastavení okénka

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

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

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

CCD (Charged Coupled Device) SMART (1993)

(Zn, Cd) Se1024x1024 pixelů

62x62 mm

Detektory - výrobci

Bruker (solid state)

Bruker (2D)

Bruker (CCD)

Bede

Inel Inel (curved)

Marresearch

Reflection Imaging

Photonic Science

Spectrolab

Stoe