11/01/2016detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter.

Presentatie over: "11/01/2016detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter."— Transcript van de presentatie:

1 11/01/2016detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter

2 11/01/2016detectie niveau 32 Detectie wisselwerking van straling met materie vormt de basis voor een vijftal onderwerpen die van belang zijn in de dagelijkse praktijk van de stralingsdeskundige: dosimetriestralingsgrootheden en -eenheden radiobiologiehoe beïnvloedt straling ons lichaam detectiehoe meten we straling afscherminghoe reduceren we straling toestellenhoe produceren we straling

3 11/01/2016detectie niveau 33 Detectie Detectie indeling apparatuur  ionisatiedetector  scintillatiedetector  fotografische emulsie  elektronische meetapparatuur   -spectroscopie

4 11/01/2016detectie niveau 34 Detectie Detectie ionisatiedetector - bouw gasgevulde detector metalen behuizing = kathode centrale draad = anode lucht, aardgas, edelgas,... buisspanning = 100 - 2000 volt ionisatiekamer proportionele telbuis Geiger-Müllerbuis anodedraad kathodewand telgas

5 11/01/2016detectie niveau 35 Detectie Detectie ionisatiedetector - anodespanning I.recombinatiegebied II.ionisatiekamergebied III.proportioneel gebied IV.overgangsgebied V.Geiger-Müllergebied VI.gasontladingsgebie d III III IV V VI  -deeltje  -deeltje

6 11/01/2016detectie niveau 36 Detectie e Detectie ionisatiedetector - ionisatie gasatoom positief ion negatief elektron ioniserende straling kathodewand anodedraad

7 11/01/2016detectie niveau 37 Detectie Detectie ionisatiedetector - gasversterking primair elektron wordt versneld, botst met atoom en veroorzaakt secundair ion elektrisch signaal op anodedraad ionisatie-energie = 34 eV secundaire lading positief ion negatief elektron 1primaire lading 2 kathodewand anodedraad ioniserende straling 1 22 2

8 11/01/2016 detectie niveau 3 8 Detectie Detectie ionisatiedetector - ionisatiekamer ladingQin coulomb (C) stroomI = Q / tin ampère (A) spanning V = Q / Cin volt (V) C = capaciteit in farad (F) van kamer + kabel + meetapparatuur ionisatielading is Q = 1 nC meettijd is t = 100 s bepaal de stroom bepaal aantal ionen bepaal afgegeven energie capaciteit is C = 100 pF bepaal spanningstoename 1 nC / 100 s = 0,01 nA = 10 pA 1  10 -9 C / 1,6  10 -19 C = 6  10 9 6  10 9  34 eV  1,6×10 -19 J/eV = 34 nJ 1×10 -9 C / 100×10 -12 F = 10 V

9 11/01/2016detectie niveau 39 Detectie Detectie ionisatiedetector - plateau  -plateau  E  E   5 MeV groot signaal gasversterking niet nodig  lage anodespanning  -plateau  E  S el  x  0,02 MeV klein signaal gasversterking nodig  hoge anodespanning  -plateau  +  -plateau

10 11/01/2016detectie niveau 310 Detectie Detectie ionisatiedetector - Geiger-Müllerbuis eenvoudige constructie en goedkoop primaire ionen schermen veld van anode af en daardoor wordt gasversterking begrensd constante signaalgrootte> 10 V dode tijd  > 100  s ware teltempo T w > gemeten teltempo T secundaire elektronen uit kathodewand worden versneld en veroorzaken opnieuw een signaal, enzovoorts om dit te voorkomen wordt een (meeratomig) doofgas toegevoegd eindvenster

11 11/01/2016detectie niveau 311 Detectie Detectie ionisatiedetector - Geiger-Müllerbuis pancake-monitor geschikt voor  -,  - en  -straling dosistempomonitor besmettingsmonitor groot telrendement mica venster anodeomhulling isolator signaal

12 11/01/2016detectie niveau 312 Detectie Detectie ionisatiedetector - dode tijd T = gemeten teltempo (tps)  = dode tijd (s) dode tijd per seconde = T   effectieve meettijd = 1 - T    werkelijke teltempo T w = T / (1 – T   ) de dode tijd bedraagt  = 300 µs het gemeten teltempo bedraagt T = 1000 tps wat is het werkelijke teltempo ? T w = 1000 / (1 - 0,3) = 1429 tps

13 11/01/2016detectie niveau 313 Detectie Detectie ionisatiedetector - voorbeelden

14 11/01/2016detectie niveau 314 Detectie Detectie ionisatiedetector - halfgeleider Ge, Si voordelen hoog rendement grote energieresolutie nadelen geen gasversterking koelen tot 80 K duur ionisatie-energie  3,6 eV (Si)  2,9 eV (Ge) valentieband geleidingsband ioniserende straling

15 11/01/2016detectie niveau 315 Detectie Detectie ionisatiedetector - halfgeleider

16 11/01/2016detectie niveau 316 Detectie Detectie ionisatiedetector - halfgeleider elektrodes SiO 2 Si + ++ + ++ + CCD = charge coupled device lading wordt direct (ioniserende straling) of indirect (licht van een fluorescentiescherm) gevormd door de spanning op de elektrodes slim te manipuleren kan ionisatie- lading onder elke elektrode naar buiten worden getransporteerd en door een computer uitgelezen heet ook wel "emmertjesgeheugen" vervanger van fotomultiplicatorbuis

17 11/01/2016detectie niveau 317 Detectie Detectie scintillatiedetector anorganische scintillator NaI, CsI, BaF 2, ZnS, BGO bevatten meestal een fluorescerende toevoeging, bijv. NaI(Tl) organische scintillator anthraceen, stilbeen, plastic vloeistof bevatten meestal een fluorescerende toevoeging thermoluminescentiedetector (TLD) CaF 2, CaSO 4, LiF, Li 2 B 4 O 7

18 11/01/2016detectie niveau 318 Detectie Detectie scintillatiedetector - fotomultiplicatorbuis door wisselwerking van  -foton met scintillator ontstaat licht lichtfoton maakt foto-elektron vrij uit de fotokathode foto-elektron botst op 10 - 14 dynodes bij elke botsing ontstaan 2 - 3 secundaire elektronen in NaI is ongeveer 500 eV per foto-elektron nodig ioniserende straling licht fotokathode dynode fotomultiplicatorbuis elektronenanode contactpinnen scintillatiekristal

19 11/01/2016detectie niveau 319 Detectie Detectie scintillatiedetector - voorbeelden

20 11/01/2016detectie niveau 320 Detectie Detectie scintillatiedetector - thermoluminescentie wisselwerking→elektron in een metastabiele toestand verwarming van TLD→elektron naar de grondtoestand hierbij wordt infrarood licht uitgezonden BA valentieband geleidingsband ioniserende straling

21 11/01/2016detectie niveau 321 Detectie Detectie fotografische emulsie filmbadge als persoonsdosismeter volledig verdrongen door de TLD röntgenfoto detector waarmee röntgenstraling is ontdekt vooral medische toepassingen meer en meer verdrongen door halfgeleidertechnieken autoradiogram detector waarmee radioactiviteit is ontdekt analytisch hulpmiddel in de chemie en biochemie meer en meer verdrongen door halfgeleidertechnieken kernemulsie detector waarmee elementaire deeltjes zijn ontdekt vervangen door apparatuur met een volume > 1000 m 3

22 11/01/2016detectie niveau 322 Detectie Detectie fotografische emulsie hand met ring vanautoradiogram van uraniumzout  -deeltje (rechtsboven) mevrouw Röntgenzie schaduw van Maltezer Kruisvervalt in punt P in drie tussen uraniumzout en emulsie  -mesonen (a, b en c)

23 11/01/2016detectie niveau 323 Detectie Detectie nieuwe ontwikkeling detector voor hoge energiefysica bij het CERN in Genève

24 11/01/2016detectie niveau 324 Detectie Detectie meetapparatuur - pulshoogteanalyse stel geheugen bevat 2048 cellen definieer 2048 pulshoogtes E i nummer deze i = 1... 2048 tel signalen met E i < hoogte < E i+1 verhoog inhoud van geheugencel i telkens met 1 zo ontstaat een histogram  energieverdeling pulshoogteanalysator (veelkanaalsanalysator) is tegenwoordig beschikbaar als insteekkaart voor computer en laptop

25 11/01/2016detectie niveau 325 Detectie Detectie meetapparatuur - pulshoogteanalyse

26 11/01/2016detectie niveau 326 Detectie Detectie meetapparatuur - tijdanalyse na resetpuls is de spanning V = 0 na startpuls begint V lineair met de tijd t te stijgen na stoppuls blijft V verder contant de signaalgrootte is evenredig met het tijdsverschil  t tussen start- en stoppuls hiermee is tijdanalyse teruggebracht tot pulshoogteanalyse er zijn nog vele andere methodes toepassing onder meer in ziekenhuizen bij PET-TOF (30 ps per cm)

27 11/01/2016detectie niveau 327 Detectie Detectie spectroscopie -  -fotonen foto-piek bij E  "ontsnappingspiek" bij E  - E X Compton-rug verbreding door statistiek bij elektronvangst en interne conversie röntgenpiek bij paarvorming annihilatiepiek bij 511 keV "single escape peak" bij E  - 511 keV "double escape peak" bij E  - 1022 keV

28 11/01/2016detectie niveau 328 Detectie Detectie spectroscopie - ontsnappingspiek ontsnappingspiek bij proportionele telbuis argon-gaskrypton-gas