Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

Transkript

1 Fotonásobič vstupní okno fotokatoda E h fokusační elektrononová optika systém dynod anoda e zesílení G N typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G =

2 Fotonásobič vstupní okno fotokatoda E fokusační elektrononová optika systém dynod anoda e zesílení N h G U N d ~ U d dg G N du U N du U d c U d U c

3 Fotonásobič vstupní okno vstupní okno

4 Fotonásobič - fotokatoda amorfní syntetické SiO 2 fotokatoda bi-alkalická K 2 CsSb 2 ~ nm tenká vrstva napařená na vstupním okně borosilikátové sklo

5 Fotonásobič - fotokatoda kvantová účinnost: N N pe ph N pe počet uvolněných fotoelektronů N ph počet dopadajích fotonů E spektrální citlivost: I P pe ph I pe proud fotoelektronů e hc P ph intezita dopadajího světla

6 Fotonásobič fokusační elektronová optika fokusační elektrononová optika účinnost sběru > 80% doba letu k dynodě musí být stejná (nezávislá na místě emise)

7 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

8 Fotonásobič dělič napětí kladné napětí záporné napětí

9 Fotonásobič dělič napětí záporné napětí pulsní mód

10 Fotonásobič temný proud šum termionická emise z katody a z dynod svodové proudy zbytková radiace

11 Fotonásobič temný proud Richardsonův zákon r T T 2 exp W kt výstupní práce W = 0.5 ev

12 Polovodičové detektory vodivostní pás záchytové nebo rekombinační centrum valenční pás

13 Polovodičové detektory p-n přechod díry p typ n typ elektrony depleted layer ~ 100 m

14 Polovodičové detektory p-n přechod díry p typ n typ elektrony depleted layer ~ 100 m + HV HV p contakt n kontakt

15 Ge(Li) Polovodičové detektory Z Si = 14 Si Z Ge = 32 fotoefekt ~ Z 5 60 větší pro Ge Li donor -HV HV p contakt n kontakt

16 Ge(Li) Polovodičové detektory + HV HV p contakt n kontakt

17 Ge(Li) Polovodičové detektory 137 Cs 137 Cs

18 HPGe polovodičové detektory krystal vysoce čistého Ge (p typ) c imp < cm -3 = ppm zonální čištění nečistoty zůstávají v tavenině indukční cívky

19 HPGe polovodičové detektory koaxiální konfigurace n-p přechod na vnějším povrchu (vhodnější stačí menší HV) p-n přechod na vnitřním povrchu p-typ n-typ

20 HPGe polovodičové detektory koaxiální konfigurace (p-typ) n-p přechod na vnějším povrchu detekuje s E > 50 kev (kvůli n + elektrodě na povrchu)

21 HPGe polovodičové detektory koaxiální HPGe detektor

22 HPGe polovodičové detektory krystal vysoce čistého Ge n + kontakt c imp < cm -3 = ppm p + kontakt

23 HPGe polovodičové detektory

24 HPGe polovodičové detektory 137 Cs 1.2x x counts 6.0x10 4 counts x x E (kev) E (kev)

25 HPGe polovodičové detektory energetické rozlišení (FWHM) E = 122 kev ( 55 Fe EC) R = % 1.0 E = 1333 kev ( 60 Co - ) R = % relativní účinnost (% NaI) absolutní vnitřní účinnost

26 Nábojově citlivý předzesilovač vstupní impedance: výstupní napětí V O dvo RiC det tcoll zisk A Q dq Ś QS C f 1 C f FWHM 0.96 kev

27 Nábojově citlivý předzesilovač vstupní impedance: výstupní napětí 40 V O dvo RiC det tcoll zisk A Q dq Ś QS C f 1 C f 30 U (mv V) t (s)

28 Šum: scintilační detektory 511 kev -záření E E E N N N 1 N N ~ 5000 fotonů emitovaných BaF 2 scintilátorem (100 ev/foton) Poissonovo rozdělení ~ 100 fotonů na fotokatodě (rychlá komponenta) (integrální světelný výstup BaF 2 20 / 2 % NaI) ~310 8 elektronů na anodě (zisk PMT G = 10 7, kvantová účinnost katody = 25%), 4 ma max. proud (délka pulsu 30 ns) 0.2 V (pro 50 vstupní impedanci) E 6 % FWHM 14 (70 kev) % fluktuace signálu: dosažitelný elektronický šum: sig G e el e elektronický šum lze zanedbat

29 Šum: polovodičové detektory 511 kev -záření ~ párů elektron-díra (Ge = 2.96 ev/e-díra pár) vnitřní rozlišení na energii E = 511 kev (fano faktor F = 01) 0.1) E F E 0.08 % FWHM 0.96 kev fluktuace signálu: dosažitelný elektronický šum: sig F 132 el e e elektronický šum je dominantní

30 Rtg. záření rentgenka kv anoda Cu, Co, W, Mo ~ 1% energie rtg. záření

31 Rtg. záření rentgenka rotující anoda anoda Cu, Co, W, Mo ~ 1% energie rtg. záření

32 Spektrum rtg. záření rentgenka I cont m 2 AiZV m Photon energy [kev] x 10

33 Spektrum rtg. záření rentgenka I cont m 2 I K line n 2 AiZV Bi V m V K n

34 Spektrum rtg. záření rentgenka Mo anoda, Zr filter I cont m 2 I K line n 2 AiZV Bi V m V K n hc E

35 Absorpce rtg. záření absorpce di dx I lineární absorpční koeficient I x I 0 e x hmotnostní absorpční koeficient I x I 0 e x

36 Absorpce rtg. záření Ni - hmotnostní absorpční koeficient hmotnostní absorpční koeficient k 3 Z 3 látka složená z více typů atomů: i w i i w i hmotnostní koncentrace i i

37 Absorpce rtg. záření Pb - hmotnostní absorpční koeficient

38 Rtg. záření rentgenografie k 3 Z 3

39 Rtg. záření rentgenografie k 3 Z 3

40 CT (X-ray computed tomography)

41 Radonova transformace absorpce vzorku: f (x,y) I I 0 exp f x, y celkové zeslabení signálu: ds r I / I f x y p ln 0, ds y x x cos y cos r Radonova transformace (sinogram) funkce f (x,y) p r f x, y x cos y cos r dxdy

42 Radonova transformace Radonova transformace (sinogram) funkce f (x,y) p r f x, y x cos y cos r dxdy inverzní Radonova transformace 1 f 2 x, y g x cos y cos d g d dr 1 0 p d r y x derivace Hilbertovy transformace projekce p

43 Radonova transformace předmět Radonova transformace (sinogram) rekonstrukce (inverzní Radonova transformace)

44 CT (X-ray computed tomography) tenké řezy 5 mm

45 CT radiokontrastní látky sloučeniny jódu Z I = 53 neškodný pro lidské tělo kontrastní zobrazení cév, žil, tepen

46 CT radiokontrastní látky BaSO 4 Z Ba = 56 ve vodě nerozpustný bílý prášek kontrastní zobrazení trávícího systému

47 CT průmyslové využití kónický svazek rtg. záření rotující vzorek nedestruktivní test

48 EBT electron beam tomography rtg. záření generuje na prstenci okolo pacienta svazek elektronů vychylovaný magnetickým polem stacionární vyšší rychlost skenu zobrazení srdce

49 Zpětně odražené rtg. záření detekce rtg. záření deflektovaného Comptonovým rozptylem bezpečnostní skenery

50 XRF X-ray fluorescence charakteristické rtg. záření indukované rtg. nebo gama zářením chemická analýza