Fotonásobič
• fotokatoda
• vstupní okno
• fokusační elektrononová optika
• systém dynod
• anoda
ehE NG zesílení
• typicky: - koeficient sekundární emise = 3 – 4 - počet dynod N = 10 – 12 - zisk: G = 105 - 107
Fotonásobič
• fotokatoda
• vstupní okno
• fokusační elektrononová optika
• systém dynod
• anoda
ehE NdN UG
zesílení
• ~ Ud
c
c
d
d
UdUN
UdUN
GdG
Fotonásobič – vstupní okno
• vstupní okno
Fotonásobič - fotokatoda
• fotokatoda
borosilikátovésklo
amorfní syntetickéSiO2
• bi-alkalická K2CsSb
• ~ 10-50 nm tenká vrstva napařená na vstupním okně
Fotonásobič - fotokatoda
• spektrální citlivost:
hce
PI
Eph
pe
• Ipe proud fotoelektronů
• Pph intezita dopadajího světla
• kvantová účinnost:
ph
pe
NN
• Npe počet uvolněných fotoelektronů
• Nph počet dopadajích fotonů
Fotonásobič – fokusační elektronová optika
• fokusační elektrononová optika
• 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
kTWTTr exp2
Richardsonův zákon
W = 0.5 eV• výstupní práce
Polovodičové detektory
vodivostní pás
valenční pás
záchytové nebo rekombinační centrum
Polovodičové detektory
p-n přechod
n typp typdíry elektrony
-+++
--
depleted layer ~ 100 m
Polovodičové detektory
p-n přechod
n typp typdíry elektrony
-+++
--
-+ ++
--
++
+ ++
+ ++
--
---
--
---
+ HV - HV
depleted layer ~ 100 m
n kontaktp contakt
Ge(Li) Polovodičové detektory
-+ ++
--
++
+ ++
+ ++
--
---
--
---
- HV + HV
• ZSi = 14
• ZGe = 32
fotoefekt ~ Z 5 60 větší pro Ge
• Li donor
n kontaktp contakt
Ge(Li) Polovodičové detektory
-+ ++
--
++
+ ++
+ ++
--
---
--
---
+ HV - HV
n kontaktp contakt
Ge(Li) Polovodičové detektory
137Cs
137Cs
HPGe polovodičové detektory
• krystal vysoce čistého Ge (p – typ)
• cimp < 1010 cm-3 = 2 10-7 ppm
nečistoty zůstávají v tavenině
indukční cívky
• zonální čištění
HPGe polovodičové detektory
• koaxiální konfigurace
n-p přechod na vnějším povrchu (vhodnější stačí menší HV)
p-n přechod na vnitřním povrchu
p-typ 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
• cimp < 1010 cm-3 = 2 10-7 ppm
n + kontakt
p + kontakt
HPGe polovodičové detektory
HPGe polovodičové detektory
E (keV)
100 200 300 400 500 600 700
coun
ts
0
2.0x104
4.0x104
6.0x104
8.0x104
105
1.2x105
137Cs
E (keV)
100 200 300 400 500 600 700
coun
ts
100
101
102
103
104
105
106
HPGe polovodičové detektory
• energetické rozlišení (FWHM)• E = 122 keV (55Fe EC) R = 0.5 – 1.0 %
• E = 1333 keV (60Co -) R = 0.14 – 0.17 %
• relativní účinnost (% NaI)
absolutní vnitřní účinnost
keV96.0FWHM
• vstupní impedance: colldeti tCR
Nábojově citlivý předzesilovač
fŚ
OQ CdQ
dVA 1• zisk
f
SO C
QV • výstupní napětí
• vstupní impedance: colldeti tCR
Nábojově citlivý předzesilovač
fŚ
OQ CdQ
dVA 1• zisk
f
SO C
QV • výstupní napětí 2D Graph 1
t (s)
0 20 40 60 80 100 120 140
U (m
V)
-10
0
10
20
30
40
Col 14 vs Col 15
NE
NEE
511 keV -záření
%6E
fluktuace signálu: eGsig4102100
dosažitelný elektronický šum: eel 100010 elektronický šum lze zanedbat
~ 5000 fotonů emitovaných BaF2 scintilátorem (100 eV/foton)
~ 100 fotonů na fotokatodě (rychlá komponenta) (integrální světelný výstup BaF2 20 / 2 % NaI)
~ 3 108 elektronů na anodě (zisk PMT G = 107, kvantová účinnost katody = 25%), 4 mA max. proud (délka pulsu 30 ns) 0.2 V (pro 50 vstupní impedanci)
Poissonovo rozdělení
NNN 1
%14FWHM (70 keV)
Šum: scintilační detektory
511 keV -záření
~ 173000 párů elektron-díra (Ge = 2.96 eV/e-díra pár)
keV96.0FWHM
fluktuace signálu: eFsig 132173000
dosažitelný elektronický šum: eel 100010
%08.0E
FE
vnitřní rozlišení na energii E = 511 keV (fano faktor F = 0.1)
elektronický šum je dominantní
Šum: polovodičové detektory
• rentgenka
Rtg. záření
30 – 150 kV
• anoda Cu, Co, W, Mo
• ~ 1% energie rtg. záření
• rentgenka
Rtg. záření
rotující anoda
• anoda Cu, Co, W, Mo
• ~ 1% energie rtg. záření
• rentgenka
Spektrum rtg. záření
Photon energy [keV] x 10
mcont AiZVI
m 2
• rentgenka
Spektrum rtg. záření
mcont AiZVI
m 2
nKlineK VVBiI
n 2
• rentgenka
Spektrum rtg. záření
hcE
Mo anoda, Zr filter• rentgenka
mcont AiZVI
m 2
nKlineK VVBiI
n 2
Absorpce rtg. záření
• absorpce
IdxdI
• – lineární absorpční koeficient
xeIxI 0
• – hmotnostní absorpční koeficient
x
eIxI
0
Absorpce rtg. záření
látka složená z více typů atomů:
i i
iiw
• wi – hmotnostní koncentrace
33Zk
• – hmotnostní absorpční koeficientNi - hmotnostní absorpční koeficient
Absorpce rtg. záření
Pb - hmotnostní absorpční koeficient
• rentgenografie
Rtg. záření
33Zk
• rentgenografie
Rtg. záření
33Zk
CT (X-ray computed tomography)
Radonova transformace
• absorpce vzorku: f (x,y)
dsyxfII ,exp0
• celkové zeslabení signálu:
dsyxfIIrp ,/ln 0 yx
ryx coscos
• Radonova transformace (sinogram) funkce f (x,y)
dxdyryxyxfrp coscos,
Radonova transformace
yx
dxdyryxyxfrp coscos,
• Radonova transformace (sinogram) funkce f (x,y)
derivace Hilbertovy transformace projekce p
• inverzní Radonova transformace
dyxgyxf 0
coscos21,
drp
drdg 1
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
