Fotonásobič • vstupní okno
zesílení
• fotokatoda
G N
E h e
• fokusační elektrononová optika • systém dynod • anoda
• typicky: - koeficient sekundární emise = 3 – 4 - počet dynod N = 10 – 12 - zisk: G = 105 - 107
Fotonásobič • vstupní okno • fotokatoda
zesílení
E h e
• fokusační elektrononová optika • systém dynod • anoda
G
N
U d
N
• ~ Ud
dU d dU c dG N N G Ud Uc
Fotonásobič – vstupní okno • vstupní okno
Fotonásobič - fotokatoda
• fotokatoda
amorfní syntetické SiO2
• bi-alkalická K2CsSb • ~ 10-50 nm tenká vrstva napařená na vstupním okně
borosilikátové sklo
Fotonásobič - fotokatoda • kvantová účinnost:
N pe
N ph
• Npe počet uvolněných fotoelektronů • Nph počet dopadajích fotonů • spektrální citlivost:
E
I pe
P ph
e hc
• Ipe proud fotoelektronů • Pph intezita dopadajího světla
Fotonásobič – fokusační elektronová optika • fokusační elektrononová optika p • 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 Richardsonův zákon
W r T T exp kT 2
• výstupní práce W = 0.5 eV
Polovodičové detektory
vodivostní pás záchytové nebo rekombinační centrum valenční pás
Polovodičové detektory p-n přechod dí díry
elektrony p typ
n typ
-
- + + - +
depleted layer ~ 100 m
Polovodičové detektory p-n přechod dí díry
elektrony p typ
n typ
-
- + + - +
depleted layer ~ 100 m
+ HV
p contakt
- - + + + + - - + + + + - - - + + + -
-
- HV
n kontakt
Ge(Li) Polovodičové detektory • ZSi = 14 • ZGe = 32
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 137Cs
137Cs
HPGe polovodičové detektory • krystal vysoce čistého Ge (p – typ) • cimp < 1010 cm-3 = 2 10-7 ppm
• zonální čištění nečistoty zůstávají j v tavenině indukční cívky
HPGe polovodičové detektory • koaxiální konfigurace
n-p přechod na vnějším povrchu (vhodnější stačí menší HV) p-typ
p-n přechod na vnitřním povrchu
n-typ
HPGe polovodičové detektory • koaxiální konfigurace (p-typ) • n-p přechod na vnějším povrchu • detekuje s E > 50 keV (kvůli n+ elektrodě na povrchu)
HPGe polovodičové detektory • koaxiální HPGe detektor
HPGe polovodičové detektory • krystal vysoce čistého Ge
n + kontakt
• cimp < 1010 cm-3 = 2 10-7 ppm p + kontakt
HPGe polovodičové detektory
HPGe polovodičové detektory
1.2x105
106
105
105
8.0x104
104
counts
counts
137Cs
6.0x104
103
4 0 104 4.0x10
102
2.0x104
101
0
100
200
300
400
500
E (keV)
600
700
100 100
200
300
400
500
E (keV)
600
700
HPGe polovodičové detektory • energetické rozlišení (FWHM) • E = 122 keV (55Fe EC) R = 0.5 0 5 – 1.0 10% • E = 1333 keV (60Co -) R = 0.14 – 0.17 % • relativní účinnost (% NaI)
absolutní b l t í vnitřní itř í účinnost úči t
Nábojově citlivý předzesilovač • vstupní impedance: • výstupní napětí
Ri C det t coll
QS VO Cf
• zisk
dV O 1 AQ dQ Ś C f
FWHM 0 .96 keV
Nábojově citlivý předzesilovač • vstupní impedance: • výstupní napětí
Ri C det t coll
• zisk
QS VO Cf
40
30
U (mV V)
20
10
0
-10
0
20
40
60
80
t (s)
100
120
140
dV O 1 AQ dQ Ś C f
Šum: scintilační detektory 511 keV -záření
E
N
N 1 E E N N N
~ 5000 fotonů emitovaných BaF2 scintilátorem (100 eV/foton)
~ 100 fotonů na fotokatodě (rychlá komponenta)
Poissonovo rozdělení
E 6 %
((integrální g světelný ý výstup ý p BaF2 20 / 2 % NaI))
~ 3 108 elektronů na anodě ( (zisk PMT G = 107, kvantová účinnost katodyy = 25%), ), 4 mA max. proud (délka pulsu 30 ns) 0.2 V (pro 50 vstupní impedanci)
sig G 100 2 10 4 e el 10 1000 e dosažitelný elektronický šum: fluktuace signálu:
FWHM 14 % (70 keV)
elektronický šum lze zanedbat
Šum: polovodičové detektory 511 keV -záření ~ 173000 párů elektron-díra (Ge = 2.96 eV/e-díra pár) vnitřní rozlišení na energii E = 511 keV (fano faktor F = 0.1) 0 1)
E
F 0 .08 % E
fluktuace signálu:
FWHM 0 .96 keV
sig 173000 F 132 e
dosažitelný elektronický šum:
el 10 1000 e
elektronický šum je dominantní
Rtg. záření 30 – 150 kV
• rentgenka • anoda Cu, Co, W, Mo • ~ 1% energie i rtg. t záření ář í
Rtg. záření • rentgenka • anoda Cu, Co, W, Mo • ~ 1% energie i rtg. t záření ář í
rotující anoda
Spektrum rtg. záření • rentgenka
I cont AiZV
m
m2
Photon energy [keV]
x 10
Spektrum rtg. záření • rentgenka
I cont AiZV
m
m2
I K line n2
n Bi V V K
Spektrum rtg. záření Mo anoda, Zr filter
• rentgenka
I cont AiZV
m
m2
I K line
n Bi V V K
n2
E
hc
Absorpce rtg. záření • absorpce
dI I dx • – lineární absorpční koeficient
I x I 0 e x • – hmotnostní absorpční koeficient
I x I 0 e
x
Absorpce rtg. záření Ni - hmotnostní absorpční p koeficient
• – hmotnostní absorpční koeficient
k 3 Z 3 látk složená látka l ž á z více í typů t ů atomů: t ů
i wi i i • wi – hmotnostní koncentrace
Absorpce rtg. záření Pb - hmotnostní absorpční koeficient
Rtg. záření • rentgenografie
k 3 Z 3
Rtg. záření • rentgenografie
k 3 Z 3
CT (X-ray computed tomography)
Radonova transformace • absorpce vzorku: f (x,y)
I I 0 exp f x , y ds
• celkové zeslabení signálu:
p r ln I / I 0 f x , y ds x cos y cos r • Radonova transformace (sinogram) funkce f (x,y)
p r
f x , y x cos y cos r dxdy
x y
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 x, y 2
d g dr
1
g x cos y cos d 0
p r d
derivace Hilbertovyy transformace projekce p j p
x y
Radonova transformace
předmět
Radonova transformace (sinogram)
rekonstrukce (inverzní Radonova transformace)
CT (X-ray computed tomography) • tenké řezy 5 mm
CT – radiokontrastní látky • sloučeniny jódu ZI = 53 • neškodný pro lidské tělo • kontrastní zobrazení cév, žil, tepen
CT – radiokontrastní látky • BaSO4 ZBa = 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