بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق بررسی میزان تاثیر میدان مغناطیسی بر روی آشکارساز سوسوزن است. از حلقههای هلمهولتز برای ایجاد میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده شد. میدان مغناطیسی ایجاد شده به اندازه 4/6،5/4 و 7 گاوس بود و اندازه گیری های ما نشان داد که در مرکز حلقهها میدان مغناطیسی یکنواخت است. این آزمایش برای سه ولتاژ مختلف آشکارساز سوسوزن و در زوایای مختلف بین جهت میدان مغناطیسی وآشکارساز تکرار شد. بر اساس آزمایشات ما، میدان مغناطیسی 7 گاوس، کارایی آشکارساز را تا 97 درصد کاهش می دهد. همچنین میدان مغناطیسی زمین باعث کاهش 20 درصدی کارایی نسبی آشکارساز می شود. تاثیر میدان مغناطیسی در زاویه 60 درجه دارای بیشترین مقدار است. ما نتیجه گرفتیم که میدان مغناطیسی قوی می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد یک آشکارساز سوسوزن تاثیر گذارد.
مقدمه
کار آشکارساز عبارت است از تولید یک علامت به ازای هر ذرهای که وارد آن میشود. هرآشکارساز، با استفاده از نوعی برهمکنش ذرات با ماده کار میکند. خروجی اغلب آشکارسازها یک تپ ولتاژاست یا در آشکارسازهای دیگر ممکن است علامت مورد نظر،تغییری در رنگ - امولسیونها - یا ردی باشد که بتوان از آن عکس-برداری کرد - اتاقکهای حباب یا جرقهای - . یکی از انواع آشکارسازها، آشکارسازهای سوسوزن میباشد. سوسوزنها موادی جامد، مایع یا گاز هستند که وقتی تابش یوننده با آنها برهمکنش میکند تولید جرقه یا نور میکنند. مقدار نوری که در سوسوزن
تولید میشود بسیار اندک است.
پیش از اینکه بتوان آن را به صورت یک تپ یا هر روش دیگری نگاشت باید تقویت شود. تقویت یا تکثیر نور سوسوزن با وسیله ای به نام تکثیرکننده فوتون صورت می گیرد: مقدار کمی نور را می گیرد، چندین بار آن راتقویت میکند، و در خروجیاش یک تپ قوی میدهد. کار یک شمارندهی سوسوزن را می توان به دو مرحلهی مهم تقسیم کرد: -1جذب انرژی تابش فرودی به وسیله سوسوزن وتولید فوتون-هایی در بخش دیدگانی طیف الکترومغناطیسی2 -تقویت نور به وسیله تکثیرکننده فوتون و تولید تپ خروجی لامپ تکثیرکننده فوتون بخشی از یک شمارنده سوسوزن است.
بدون تقویت حاصل از تکثیرکننده فوتون، سوسوزن به عنوان یک آشکارساز تابش نمیتواند نقشی داشته باشد.
تکثیرکننده فوتون ازیک لوله شیشهای تهی از هوا، یک فوتوکاتد در ورودی و چندین داینود در درون آن ساخته میشود. فوتونهای تولید شده درسوسوزن وارد لامپ شده و به فوتوکاتد، مادهای که وقتی نور به آن میخورد الکترون گسیل میدارد، برخورد میکنند. الکترونهای گسیلی از فوتوکاتد به یاری یک میدان الکتریکی به سوی اولین داینود، اندود شده از مادهای که وقتی الکترون به آن میخورد چندالکترون ثانوی گسیل میدارد، هدایت میشوند. الکترونهای ثانوی از اولین داینود به سوی داینود دوم و از آنجا به سومی و الیآخرحرکت میکنند.
تولید الکترونهای ثانوی از داینودهای متوالی،منجر به تقویت پایانی تعداد الکترونها خواهدشد1]؛.[2 نمودارطرحوار بخش درونی یک لامپ تکثیرکننده فوتون در شکل1 نشان داده شدهاست. در این کار تاثیر میدان مغناطیسی خارجی روی عملکرد آشکارساز سوسوزن مورد بررسی قرار گرفت. از آن جا که اساسکار این آشکارسازها الکترونهای شتابدار است میتواند تحت تاثیر میدان مغناطیسی خارجی قرارگیرد.شکل کلی مدار در شکل 2 نشان داده شده است که شامل حلقه های هلمهولتز با 136 دور سیم مسی، منبع تغذیه DC، آشکارساز،چشمه نقطهای سزیم 137 وآمپرمترمیباشد. تغییر جریان عبوری از حلقهها توسط منبع تغذیه، میدان مغناطیسی با شدتهای مختلف را ایجاد میکند.
مواد و روشها
آشکارساز، چشمه و صفحه سربی با ضخامت 1/5 سانتیمتر به ترتیب نشان داده در شکل 3 روی عقربهای سوار شدهاند که بر روی صفحهی دایرهای مدرج قرارگرفته و نوک عقربه زاویهی
میدان مغناطیسی با بردار آشکارساز - محور استوانه آشکارساز - رامشخص میکند. این مطالعه برای میدانهای 4/6، 5/4 و 7 گاوس انجام شد و بازدهی آشکارساز درولتاژهای1110 و1150و1200ولت و زوایای مختلف بردار آشکارساز با میدان مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفت. بردار آشکارساز بصورت بردار نرمال قاعده بیرونی کریسیتال سوسوزن استوانهای تعریف میشود - شکل . - 1برای خنثی کردن میدان مغناطیسی زمین و اندازه گیری شمارش بدون میدان مغناطیسی، از اعمال جریان منفی در حلقههای هلمهولتز استفاده شد. بدین منظور با استفاده از قطبنمای دیجیتال جهت دقیق میدان مغناطیسی زمین در ناحیه مرکزی حلقههامشخص شد و محور مرکزی حلقهها در راستای میدان مغناطیسی زمین فرار گرفت.
با اعمال جریان منفی و افزایش تدریجی آن عقربه قطب نما معلق شد که نشان دهنده میدان مغناطیسی تقریبا صفر است. بازده نسبی آشکارساز در یک میدان مغناطیسی و زاویه بین میدان با بردار آشکارساز بصورت نسبت شمارش در میدان وزاویه مشخص به شمارش در ولتاز موردنظر بدون میدان مغناطیسی تعریف میشود - رابطه . - 1شکل 4 نمودار میدان مغناطیسی ایجاد شده بر حسب جریان حلقه-ها را نشان میدهد که با استفاده از گاوسمتر اندازه گیری شد. وهمچنین میدان مغناطیسی به ازای یک واحد جریان با استفاده ازقانون بیو-ساوار محاسبه شد - رابطه. - 2
نتایج و بحثها
تغییرات مشاهده شده مربوط به اثر میدان مغناطیسی بر تکثیرکننده فوتونی است وی این اثر می تواند به چرخش آشکارساز حول محور استوانه آشکارساز نیز بستگی داشته باشد. با توجه به ثابت بودن آشکارساز نسبت به عقربه این تحقیق فقط برای یک وضعیت محوری صورت گرفت.مقدار میدان محاسبه شده به ازای واحد جریان 1/59 گاوس ومقدار اندازه گیری شده برابر با1/6 گاوس بود که این دو عدد هم-خوانی خوبی با هم دارند. در شکل5 هرنمودار بیانگر بازده نسبی آشکارساز سوسوزن بر حسب زاویهی محور آشکارساز با سه میدان مغناطیسی 4/6، 5/4 و 7 گاوس میباشد.
مشاهده میکنیم که افزایش ولتاژ در یک میدان خاص باعث افزایش بازده آشکارسازمیشود.در شکل 6 نمودار بازده نسبی آشکارساز بر حسب زاویه برای یک ولتاژ به خصوص و سه میدان 4/6، 5/4 و 7 گاوس آورده شده است که نشان میدهد با افزایش ولتاژ کار شمارنده بازده نسبی بهبود مییابد.مشاهدات آقای جوادی و همکاران نشان داد که کیفیت تصاویردوربین گاما در مجاورت موبایلها کاهش مییابد که این افتکیفیت نشان دهنده تاثیر میدانهای الکترومغناطیسی بر کارایی آشکارسازهای سوسوزن است.[3]
در سال 2013 تحقیقاتی توسط E.J.Jeon و همکارانش در کره جنوبی دربارهی تاثیر میدان مغناطیسی بر روی فوتومولتی پلایرانجام شد که درقالب یک مقاله ارایه شد که در آن طی آزمایشاتی تاثیر جهت میدان مغناطیسی و بزرگی آن بر آشکارساز موردبررسی قرار گرفت. نتیجه کاهش بازده آشکارساز در حضور میدان مغناطیسی بود که با مطالعه حاضر مطابقت کامل دارد.[4]داینودها در لوله تکثیرکننده فوتونی به فاصله مشخصی از یکدیگر قرار گرفتهاند. با اعمال میدان مغناطیسی الکترونها در حرکت از داینودی به داینود دیگر منحرف میشوند که میزان انحراف به اندازه و جهت میدان مغناطیسی و همچنین سرعت الکترون بستگی دارد - رابطه . - 3
شکل 5 نشان میدهد که با افزایش ولتاژ و در نتیجه انرژی الکترونها بازده آشکار ساز افزایش مییابد که دلیل آن افزایش شعاع انحراف و کاهش الکترونهای منحرف شده است. شکل 6 نشان میدهد که با افزایش اندازه میدان مغناطیسی بازدهآشکارساز کاهش مییابد که دلیل آن کاهش شعاع انحراف باافزایش میدان و افزایش الکترونهای منحرف شده است.به دلیل شکل خاص داینودها، فرومغناطیس بودن آنها، ترتیب قرار گرفتن آنها در داخل لوله تکثیرکننده فوتون و خطی نبودن رابطه بین سینوس زاویه و خود زاویه در بیشتر موارد تضعیف یکسانی برای زوایای بین 40 تا 80 درجه مشاهده می شود.
