بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ساخت یک آشکارساز سوسوزن پلاستیک انجام شد، که سوسوزن به کار برده شده براي ساخت آشکارساز از نوع سوسوزن پلاستیکNE-102 و فوفوتومولتی پلایر استفاده شده یک PMT روسی مدل FEU-30 بوده است. مدار تقسیم کنندهي ولتاژ براي PMT FEU-30 طراحی گردید و ساخت آن انجام شد. پارامترهاي قدرت تفکیک انرژي و بازده براي این آشکارساز محاسبه شده و مقادیر %36 براي قدرت تفکیک انرژي و %35 براي بازده آن بدست آمد. همچنین اثر میدان مغناطسیی زمین بر این آشکارساز مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه
آشکارساز NE-102 از نوع پلاستیک بوده که به نوترون سریع و پرتوهاي گاما حساس میباشد با توجه به سرعت زیاد این آشکارساز در موارد زیادي مانند شمارش چشمههاي پالسی و پیوسته نوترونی، برخی از گیت هاي حفاظتی و سیستم هاي زمانگیري استفاده میشود. در این مقاله چگونگی مونتاژ یک آشکارساز سوسوزن پلاستیک را شرح میدهیم. سپس دو خصوصیت این دستگاه یعنی بازده و قدرت تفکیک انرژي آن را اندازهگیري میکنیم.
شرح کار
آشکارساز پلاستیک سوسوزنNE-102 شامل هايقسمت اصلی: سوسوزن پلاستیک نوع NE-102، تکثیر کنندهي فوتونی مدل FEU-30، محافظ مغناطیسی یا میو شیلد و پایه یا مقسم ولتاژ است. هر یک از این قسمتها را به طور مختصر شرح می دهیم: سوسوزن پلاستیک NE-102 یکی از عمومیترین سوسوزنهاي پلاستیک مورد استفاده است. از سوسوزن NE-102 براي شمارش آلفا، بتا، گاما و نوترونهاي سریع استفاده میشود. ابعاد این سوسوزن 2cm×2.5cm می باشد. [1]
فوتومولتی پلایر - : - PMT فوتومولتی پلایرها سامانههاي الکترونی هستند که میتوانند فوتونهاي مرئی را به جریان الکتریکی تبدیل کنند و اغلب همراه سوسوزن بکار گرفته میشوند. ]٢PMT [ار بک رفته در ساخت این آشکارساز یک PM روسی، مدل FEU-30 بوده است که داراي ولتاژ ماکزیمم 3500 ولت و 14 داینود یا مرحلهي تقویت است. ناحیهي بیشینهي حساسیت طیفی این لامپ340-360nm است. محافظ مغناطیسی:1 میدان مغناطیسی روي عملکرد PMT تاثیر می گذارد، حتی جریانهاي ضعیف میتوانند در حرکت الکترونها اختلال ایجاد کنند و از تمرکز آنها روي داینودها تا حدودي جلوگیري نمایند. میدان زمین نیز همین اثر را دارد. در عمل،تکثیر کنندهي فوتون را با فلز-μ، میپوشانند.
در ساخت این دستگاه به دلیل در دسترس نبودن محافظ مغناطیسی استاندارد، یک پوستهي آهنی با ضخامت 3mm و ابعاد متناسب با PMT FEU-30 ساخته و استفاده شد. - بنابر محاسبات انجام شده ضخامت 0/2mm از آهن با تراوایی نسبی 4000 توانایی حفاظتهايازPMT از میدان مغناطیسی در حد میدان زمین را دارد. - پایه یا تقسیم کنندهي ولتاژ:2 کارکرد صحیح یک تکثیر کنندهي فوتونی بسته به مدار الکترونیکی به کار رفته براي دادن ولتاژ بالا به آن است.
دو روش براي دادن ولتاژ به PMT وجود دارد: پلاریتهي مثبت: در این حالت کاتد زمین میشود و آند داراي یک پتانسیل مثبت بالا خواهد شد. پلاریتهي منفی: در این حالت آند زمین میشود و کاتد داراي یک پتانسیل منفی بالا میشود. انتخاب هرکدام از این دو حالت بسته به کاربرد مورد نظر کاربربراياست. این آشکارساز چندین مقسم ولتاژ با مدارهاي متفاوت ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت. بنابر آزمایشات انجام شده مقسم ولتاژ با پلاریتهي مثبت براي PMT بکار برده شده در ساخت این آشکارساز داراي پاسخ خروجی بهتر و نویز کمتري بود. بنابراین یک مقسم ولتاژ با پلاریته ي مثبت و مدار نشان داده شده در شکل - 1 - طراحی و ساخته شد. [3]
مونتاژ آشکارساز سوسوزن پلاستیک
براي مونتاژ یک آشکارساز سوسوزن پلاستیک به وسایل زیر نیاز است - 1 روغن سیلیکون - 2 فویل آلومینیم - 3 چسب سیاه و ضخیم - 4 سوسوزن - 6PMT3 - 5 پایه. 4 اجزاء اصلی آشکارساز در بالا شرح داده شد.
روش مونتاژ آشکارساز سوسوزن پلاستیک
به وسیله یک پارچه نرم، سوسوزنتمیز را از گرد و خاك مینماییم. همچنین پنجره PM را با الکل از چربیها و گرد و غبار پاك میکنیم. قدري از روغن سیلیکون را روي پنجره PM قرار میدهیم. سوسوزن را با پارچهاي برداشته و روي پنجره قرار داده و آنرا به آرامی روي پنجره فشار می دهیم، دقت می کنیم حباب هوایی بین سوسوزن و PMT قرار نگیرد. در صورت نصب صحیح، سوسوزن محکم به پنجره PMT خواهد چسبید.
فویل آلومینیوم را بصورت گشاد دور سوسوزن و PM قرار میدهیم بطوریکه لایهاي از هوا بین فویل و سوسوزن وجود داشته باشد جهت برخی اندازه گیريها مانند اندازهگیري انرژي اشعه باید میزان تضعیف این لایه محاسبه شود. توسط چسب ضخیم روي فویل آلومینیم و PM راکاملاً میپوشانیم بطوریکه هیچ فوتونی قادر به ورود و یا خروج نباشدمخصوصاً.بایدروي لبهها توجه خاصی داشت. تضعیف این لایهگیریهاينیزدر اندازه حساس باید در نظر گرفته شود. PM را روي پایه نصب میکنیم باید این امرکاملاً با آرامش و احتیاط صورت بگیرد زیرا PM به ضربه و فشار حساس میباشد. [1]
آزمایش آشکارساز سوسوزن NE - 102
حال آشکارساز را جهت بررسی چگونگی عملکرد آن آزمایش میکنیم. آشکارساز را به سیستم الکترونیکی وصل کرده و ولتاژ تغذیه 2600 ولت را به آشکارساز اعمال میکنیم. [4] چشمهاي مانند 137 Cs را در جلوي سوسوزن قرار میدهیم، باید یک سیگنال منفی با زمان صعود سریع و نویز کمتر از 50 mV مشاهده شود. در شکل - - 2 این سیگنال که توسط اسیلوسکوپ Tektronix مدل TDS3054 گرفته شده است، مشاهده می شود. با تنظیم ولتاژ روي +2600 V ولت، پالس با شکل و اندازه مناسبی روي اسکوپ قابل مشاهده خواهد بود.
بررسی عملکرد PMT در میدان مغناطیسی زمین
از دو پوستهي آهنی و آلومینیومی براي انجام آزمایش استفاده میکنیم. هر دو استوانههایی به طول 30cmو ضخامت 3 mm میباشند. چشمهيCs-137 را درست وسط صفحهي جلویی سوسوزن استوانهاي میچسبانیم تا در همهي اندازهگیريها وضعیت یکسانی داشته باشد. براي تمام اندازهگیريها V=2600 V خواهد بود. دیده میشود در هر سه حالت زمانیکه شرایط انجام آزمایش یکسان باشد میزان شمارش پرتوهاي گاما تقریبا یکسان است به عبارتی که میدان مغناطیسی زمین روي عملکرد این PMT تأثیري ندارد.شکل - - 3
تأثیر محفظهي سوسوزن روي شمارش آشکارساز:
آزمایشات و محاسبات انجام شده حاکی از تأثیر ناچیز محفطه ي آهنی با ضخامت 1mm سوسوزن - بنابر محاسبات عددي نسبت شدت نهایی به اولیه براي پرتوهاي گاماي چشمه سزیم و کبالت بیش از 0,998 می باشد. - بر شمارش پرتوهاي گاماست.
