Transcript Prezentace aplikace PowerPoint
Fotonásobič • vstupní okno • fotokatoda
E
h
e
• fokusační elektrononová optika • systém dynod • anoda
zesílení
G
N
• typicky: - koeficient sekundární emise = 3 – 4
-
- počet dynod zisk:
G N
= 10 5 = 10 – 12 - 10 7
Fotonásobič • vstupní okno • fotokatoda
E
h
e
• fokusační elektrononová optika • systém dynod • anoda
zesílení
G
N
d N
• ~
U d dG
N G dU d U d
N dU c U c
Fotonásobič – vstupní okno • vstupní okno
Fotonásobič - fotokatoda • fotokatoda • bi-alkalická K 2 CsSb amorfní syntetické SiO 2 • ~ 10-50 nm tenká vrstva napařená na vstupním okně borosilikátové sklo
Fotonásobič - fotokatoda • kvantová účinnost:
N N
pe
ph
•
N pe
počet uvolněných fotoelektronů •
N ph
počet dopadajích fotonů
E
• spektrální citlivost:
P I
pe
ph
e hc
•
I pe
proud fotoelektronů •
P ph
intezita dopadajího světla
Fotonásobič – fokusační elektronová optika • fokusační elektrononová optika • účinnost sběru > 80% • doba letu k dynodě musí být stejná (nezávislá na místě emise)
Fotonásobič – systém dynod • emise sekundárních elektronů • povrch dynod: Cs-Sb, Cu-Be, Ag-Mg - vysoký faktor sekundární emise - stabilita i při vysokých proudech - nízká termionická emise
Fotonásobič – dělič napětí • kladné napětí • záporné napětí
Fotonásobič – dělič napětí • záporné napětí – pulsní mód
Fotonásobič – temný proud
šum
• termionická emise z katody a z dynod • svodové proudy • zbytková radiace
Fotonásobič – temný proud
r
Richardsonův zákon
T
2 exp
W kT
• výstupní práce
W
= 0.5 eV
Polovodičové detektory vodivostní pás valenční pás záchytové nebo rekombinační centrum
Polovodičové detektory
p
-
n
přechod díry
p
typ
n
typ elektrony
+ + +
depleted layer ~ 100 m m
Polovodičové detektory
p
-
n
přechod díry
p
typ
n
typ elektrony
+ + +
depleted layer ~ 100 m m - HV
p
contakt
+ + + + + + + + + + +
+ HV
n
kontakt
Ge(Li) Polovodičové detektory •
Z
Si
=
14 •
Z
Ge
=
32 s fotoefekt
~ Z
5 60 větší pro Ge • Li donor - HV
p
contakt
+ + + + + + + + + + +
+ HV
n
kontakt
Ge(Li) Polovodičové detektory - HV
p
contakt
+ + + + + + + + + + +
+ HV
n
kontakt
Ge(Li) Polovodičové detektory
137 Cs 137 Cs
HPGe polovodičové detektory • krystal vysoce čistého Ge •
c
imp < 10 10 cm -3 = 2 10 -7 ppm
n
+ kontakt
p
+ kontakt
HPGe polovodičové detektory
HPGe polovodičové detektory 1.2x10
5
137 Cs
10 5 8.0x10
4 6.0x10
4 4.0x10
4 2.0x10
4 0 100 200 300 400 E (keV) 500 600 700 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 100 200 300 400 E (keV) 500 600 700
HPGe polovodičové detektory • energetické rozlišení (FWHM) •
E
= 122 keV ( 55 Fe EC)
R
= 0.5 – 1.0 % •
E
= 1333 keV ( 60 Co b )
R
= 0.14 – 0.17 % • relativní účinnost (% NaI) absolutní vnitřní účinnost
Nábojově citlivý předzesilovač • vstupní impedance: • výstupní napětí
R i C det
t coll V O
Q S C f
• zisk
A Q
dV O dQ Ś
1
C f
FWHM 0 .
96 keV
Nábojově citlivý předzesilovač • vstupní impedance: • výstupní napětí
R i C det
t coll V O
Q S
2D Graph 1
C f
40 30 • zisk 20 10 0 -10 0 20 40 60 80 t ( m s) 100 120 140 Col 14 vs Col 15
A Q
dV O dQ Ś
1
C f
Šum: scintilační detektory 511 keV g -záření
E
s
E E
s
N N
~ 5000 fotonů emitovaných BaF 2 scintilátorem (100 eV/foton)
N
1
N N
Poissonovo rozdělení
E
6 % ~ 100 fotonů na fotokatodě (rychlá komponenta) (integrální světelný výstup BaF 2 20 / 2 % NaI) ~ 3 10 8 elektronů na anodě (zisk PMT
G
= 10 7 , kvantová účinnost katody 4 mA max. proud (délka pulsu 30 ns) 0.2 V (pro 50 W vstupní impedanci) = 25%), FWHM 14 % (70 keV) fluktuace signálu: s
sig
dosažitelný elektronický šum:
G
100 s
el
2 10 4
e
10 1000
e
elektronický šum lze zanedbat
Šum: polovodičové detektory 511 keV g -záření ~ 173000 párů elektron-díra (Ge x = 2.96 eV/e-díra pár)
vnitřní rozlišení
na energii
E
= 511 keV (fano faktor
F
= 0.1)
E
F
x
E
0 .
08 % FWHM 0 .
96 keV fluktuace signálu: s
sig
dosažitelný elektronický šum: s
el
173000
F
132
e
10 1000
e
elektronický šum je dominantní
Rtg. záření • rentgenka • anoda Cu, Co, W, Mo • ~ 1% energie rtg. záření
30 – 150 kV
Rtg. záření • rentgenka • anoda Cu, Co, W, Mo • ~ 1% energie rtg. záření
rotující anoda
Spektrum rtg. záření • rentgenka
I cont m
2
AiZV m
Photon energy [keV] x 10
Spektrum rtg. záření • rentgenka
I cont m
2
I n K
line
2
AiZV m
Bi
V
V K
n
Spektrum rtg. záření
I cont m
2
I n K
line
2
AiZV m
Bi
V
V K
n
Mo anoda, Zr b filter
E
hc
Absorpce rtg. záření • absorpce
dI dx
m
I
• m – lineární absorpční koeficient
I
I
0
e
m
x
• m /r – hmotnostní absorpční koeficient
I
I
0
e
m r r
x
Absorpce rtg. záření
Ni - hmotnostní absorpční koeficient
• m /r – hmotnostní absorpční koeficient m r
k
3
Z
3 látka složená z více typů atomů: m r
i w i
m
i
r
i
•
w i
– hmotnostní koncentrace
Absorpce rtg. záření
Pb - hmotnostní absorpční koeficient
Rtg. záření • rentgenografie m r
k
3
Z
3
Rtg. záření • rentgenografie m r
k
3
Z
3
CT (X-ray computed tomography)
CT (X-ray computed tomography) • tenké řezy 5 mm
CT – radiokontrastní látky • sloučeniny jódu
Z I
= 53 • neškodný pro lidské tělo • kontrastní zobrazení cév, žil, tepen
CT – radiokontrastní látky • BaSO 4
Z Ba
= 56 • ve vodě nerozpustný bílý prášek • kontrastní zobrazení trávícího systému
CT – průmyslové využití • kónický svazek rtg. záření • rotující vzorek • nedestruktivní test
EBT – electron beam tomography • rtg. záření generuje na prstenci okolo pacienta svazek elektronů vychylovaný magnetickým polem • stacionární • vyšší rychlost skenu • zobrazení srdce
Zpětně odražené rtg. záření • detekce rtg. záření deflektovaného Comptonovým rozptylem • bezpečnostní skenery
XRF – X-ray fluorescence • charakteristické rtg. záření indukované rtg. nebo gama zářením • chemická analýza