Scintilace. Co zachytí oko? Pokud během 1/10 s nejméně 15 fotonů. Jedna z nejstarších detekčních metod (Rutherford a ZnS)

Podobné dokumenty
Detektory. požadovaná informace o částici / záření. proudový puls p(t) energie. čas příletu. výstupní signál detektoru. poloha.

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

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Senzory ionizujícího záření

Polovodičové detektory

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

12. OCHRANA PŘED IONIZUJÍCÍM ZÁŘENÍM

12. OCHRANA PŘED IONIZUJÍCÍM ZÁŘENÍM

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Fotovodivost. Destička polovodiče s E g a indexem lomu n 1. Dopadající záření o intenzitě I 0 a hν E g. Do polovodiče pronikne záření o intenzitě:

Detektory optického záření

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Jak můžeme vidět částice?

Polovodičové senzory. Polovodičové materiály Teplotní závislost polovodiče Piezoodporový jev Fotonové jevy Radiační jevy Magnetoelektrické jevy

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Fluorescence (luminiscence)

13. Spektroskopie základní pojmy

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (SLO/RCPTM) Detekce a zpracování optického signálu 1 / 30

Detekce a spektrometrie neutronů

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Barevné principy absorpce a fluorescence

Stručný úvod do spektroskopie

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Náboj a hmotnost elektronu

6. OCHRANA PŘED IONIZUJÍCÍM ZÁŘENÍM

Chemie a fyzika pevných látek l

Praktikum III - Optika

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Fyzikální praktikum 3 Studium činnosti fotonásobiče

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 12. Měření ionizujícího záření

Fyzikální praktikum 3. Studium činnosti fotonásobiče

RTG difraktometrie 1.

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Základy výpočetní tomografie

1. Spektroskopie záření beta

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

RTG prášková difraktometrie. Detekce RTG záření

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

Referát z Fyziky. Detektory ionizujícího záření. Vypracoval: Valenčík Dušan. MVT-bak.

2. Zdroje a detektory světla

Barevné principy absorpce a fluorescence

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Vybrané spektroskopické metody

Elektronová mikroanalýz Instrumentace. Metody charakterizace nanomateriálů II

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTROMETRŮ

Zobrazovací systémy v transmisní radiografii a kvalita obrazu. Kateřina Boušková Nemocnice Na Františku

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Transportní vlastnosti polovodičů 2

Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček

K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

4 Přenos energie ve FS

Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA

Chemie a fyzika pevných látek p2

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Náboj a hmotnost elektronu

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state )

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

MĚŘENÍ SPEKTER ZÁŘIČŮ γ

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Spektrometrické metody. Luminiscenční spektroskopie

Časově rozlišená fluorescence

DETEKTORY pro kapalinovou chromatografii. Izolační a separační metody, 2018

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

Kalorimetr Tilecal a rekonstrukce signálu. Seminář FzÚ, Tomáš Davídek, ÚČJF MFF UK 1

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE

RIA instrumentace. Jana Číhalová OKB FN Brno

zve studenty 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, (tedy všech) ročníků

Úloha č.9 - Detekce optického záření

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Balmerova série, určení mřížkové a Rydbergovy konstanty

Optoelektronické polovodičové součástky

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Rozměr a složení atomových jader

Anizotropie fluorescence

1. Zdroje a detektory optického záření

Úloha č. 1: CD spektroskopie

Transkript:

Scintilace Jedna z nejstarších detekčních metod (Rutherford a ZnS) scintilace -puls světla krátce po průchodu částice fluorescence světelný puls krátce (< 10 ns) po absorpci γ kvanta fosforescence emise světla, ale molekuly v metastabilním stavu a emise může být velmi opožděná Co zachytí oko? Pokud během 1/10 s nejméně 15 fotonů. 1

Scintilace (2) Scintilátory jsou mnohaúčelové detektory kalorimetrie měření doby letu (time of flight TOF) dráhové detektory optická vlákna triggerový detektor veto detektor Dva druhy materiálu: anorganické a organické scintilátory scintiluje celá krystalická mřížka, vysoký světelný výtěžek ale pomalé proces na úrovni molekuly, menší světelný výtěžek ale rychlé 2

Anorganické scintilátory Vodivé pásy v krystalech, důsledek interakcí mezi atomy. Nečistoty v krystalu aktivační aktivační centra v zakázané oblasti deexcitace BEZ záření 5-10 ev často více než 2 čas.konstanty: rychlá rekombinace (ns-µs) z aktivačních center opožděná rekombinace daná uvíznutím v pastích ( 100 ms) Díky vysoké hustotě a velkému Z, anorganické scintilátory jsou velmi vhodné pro detekci nabitých částic,ale také pro γ kvanta. 3

Anorganické scintilátory (2) NaI(Tl), CsI(Tl), BGO Světelný výtěžek anorganických krystalů vykazuje velkou závislost na teplotě Anorganické krystaly jsou velmi citlivé na cokoliv: magnetické pole, teplotu. Průzračnost je závislá na čase (degradace slunečním zářením), radiační poškození!! 4

Tekuté vzácné plyny Také zde nalezneme 2 časové konstanty: několik ns a 100-1000 ns, ale se stejnou vlnovou délkou. Vhodné pro detekci α-částic (jiné scintilátory málo fotonů). Problémem je reabsorpce v materiálu < 1m 5

Organické scintilátory (1) Monokrystaly, tekutiny nebo plastické látky Excitace většina energie = teplo a vibrace, zbytek ( 3.5-7.5%) scintilace, řádově nanosekundy Emitované světlo je v UV oblasti Fosforescence řádově milisekundy Monokrystaly: naftalen, antracen, p-terphenyl Tekuté a plastické scintilátory: skládají se z rozpouštědla + sekundárních (a terciálních) fluorescentů jako posunovačů vlnové délky (wavelength shifter) 6

Organické scintilátory (2) Příměsi: posunují emisi do delších vlnových délek delší absorpční délka a efektivnější čtecí zařízení 7

Organické scintilátory (3) Po namíchání komponent se plastické scintilátory vyrábějí komplexní polymerizací Organické scintilátory mají malé Z (většinou H,C). Mají malou detekční efektivitu pro γ (prakticky jen Comptonův jev). Mají ale vysokou detekční efektivitu pro neutrony (přes (n,p) reakce). 8

Čtecí zařízení (readout) vodiče světla: přenos pomocí totální vnitřní reflexe vlnový posunovač wavelength shifter (WLS) λ<400nm λ>400nm, lepší efektivita detekce, bohužel i pomalejší signál primary particle 9

Optická vlákna (1) 10

Optická vlákna (2) 11

Readout scintilátorů Readout scintilátoru s vláknem 12

Scintilační vlákna (1) vysoká geometrická flexibilita jemná granularita malá hmotnost rychlá odezva (ns) trigger 1.úrovně 13

Dráhový detektor z opt.vláken (1) 14

Dráhový detektor z opt.vláken (2) 15

Římské hrnce H1 exp.(1) Difrakce: proton se odchýlí jen málo od svého původního směru letu, musí se detekovat velmi blízko svazkové trubice Římské hrnce označí a měří proton v interakci ep epx epx 16

Římské hrnce (2) Římské hrnce se zasouvají do blízkosti svazku ve chvíli, když už jsou svazky stabilizovány (jinak nebezpečí radiačního poškození). 17

Římské hrnce (3) 2 stanice, každá se 2 detektory se scintilačním vlákny každý detektor měří u-u a v-v souřadnici 5 vláken/1 vodič světla 8.2 fotoelektronů 99.4% účinnost detekce 18

Fotodetektory Účel: Konverze světla na detekovatelný elektronický signál. V HEP jsme obvykle zainteresováni na viditelném a UV spektru. Standardní požadavek: vysoká citlivost, obvykle se vyjádří jako kvantová efektivita: Q N p / N. E. =. e. photons Práh pro některé fotosensitivní materiály: 19

Fotonásobiče PMT s jsou velmi citlivé na mg,pole, dokonce na mg.pole Země 30-60 60µT stínění materiálem s velkým µ fotoemise z fotokatody sekundární emise s dynod gain g=3-50 N Celkový gain : M = i= 1 g i 10 dynod s g=4, M=4¹º ¹º 10⁶ 20

Příklad 0.5cm částice θ c PMT Scintilátor (polystyren, n=1.58, ρ=1g/cm 3, τ=2.5ns, λ max =4250Å,, (de/dx) min =1.94MeVcm 2 /g =1.94MeV/cm) Kolik fotonů vznikne v tomto scintilátoru s d=0.5cm, když jím proletí MIP částice a kolik se dostane do PMT? Jaká je pravděpodobnost,že nezaregistrujeme žádný signál v PMT?? (Na každých 3keV energie deponované ionizací vznikne průměrně 1 scintilační foton). (de/dx) min /<ε>=1940 1010 3 /3 10 3 =646 fotonů vznikne na 1cm dráhy,, na 0.5cm 323 fotonů. Jaký je mezní úhel? sinθ c =1/n θ c 39º Ω/4 /4π=(1-sinθ c )/2 0.18 323 0.18= 0.18=58 fotonů Špatná kvalita povrchů-efektivita 0.5 29 fotonů se dostane do PMT.. Pravděpodobnost, že při daném λ konvertuje foton na elektron v PMT je 0.25 7 7 elektronů z fotokatody Poissonovo rozdělení Pravděpodobnost,že nebudeme pozorovat nic,pokud máme n =7 n ( n) n P( n) = e P(0)=e -7 =0.0009 0.1% 0.1% n! Pravděpodobnost,že nebudeme pozorovat nic, je 0.1% 21

Energetické rozlišení Energetické rozlišení je ovlivněno hlavně fluktuacemi v počtu sekundárních elektronů emitovaných dynodami. Poissonovo rozdělení: P( n) = ( n) n! n e n σ n = n n = n 1 n Fluktuace největší když n malé důležitá je první dynoda! 22

Hybridní fotonové detektory (1) Hybridní fotonový detektor (HPD) detekuje světlo na fotokatodě a urychluje a emituje fotolektrony elektrickým polem k opačně pólované silikonové anodě, kde se absorbují a produkují pár elektron-díra. V závislosti na konfiguraci anody 3 typy HPD. hybridní fotonové trubice s jednou anodou (detekce a počítání fotonů) f mnohoanodové detektory s anodou rozdělenou do hexagonálních padů pro detekci pozice letících fotonů zobrazující křemíkové pixelové detektory s velmi jemně segmentovanou anodou pro zobrazovací techniku (D Ambrosio.C.,Leutz H. Hybrid photon detectors, Nucl.Instrum.Methods thods A501, 463-498,2003) 498,2003) 23

Hybridní fotonové detektory (2) Nevýhody: elektronický šum cena Přednosti: dobrá linearita (závislost sebraného náboje na intenzitě světla). možnost operovat v mg.poli (hlavně pokud B r E r ) malá spotřeba elektřiny 24

Hybridní fotonové detektory (3) Optimalizace umístění a tvaru urychlovacích elektrod 25