برانگیختگی

برانگیختگی

برای همه سوسوزن‌ها، بازده سوسوزنی با میزان نور تولیدشده به ازای اتلاف انرژی، هم به نوع ذره و هم به انرژی جنبشی ذره بستگی دارد. بازده سوسوزنی الکترون‌ها در آشکارساز CsI(Tl)، تغییرات بسیار اندکی با انرژی دارد. به‌طور کلی می‌توان انرژی انباشته‌شده توسط الکترون‌های ثانویه را متناظر با نور تولیدشده در داخل آشکارساز دانست.
آشکارسازی هنوز به پایان نرسیده است. درواقع نور تولیدشده در آشکارساز باید ترابرد شود تا به PMT برسد و درنهایت با تولید سیگنال الکتریکی آشکارسازی فوتون‌های گاما به پایان برسد. ترابرد نور بخشی از مسئله آشکارسازی ذره توسط آشکارساز سوسوزن می‌باشد. نور تولیدشده ناشی از برهمکنش ذره با ماده سوسوزن، در همه راستاها گسیل می‌شود و تنها کسری از آن به PMT می‌رسد. نور جمع‌آوری‌شده، خروجی نوری می‌باشد که به سیگنال الکتریکی متناظر تبدیل خواهد شد. انتشار نور معمولاً بر اساس اصول اپتیک هندسی صورت می‌گیرد.
برای به دست آوردن تابع پاسخ آشکارسازهای CsI در ابتدا به سراغ تالی F8 رفتیم تا انرژی انباشته‌شده در بلور سوسوزن را ثبت کنیم. سپس هندسه‌ای که در آزمایشگاه داشته‌ایم را عیناً در شبیه‌سازی تکرار و پس ‌از آن خروجی MCNPX را رسم کردیم و پس از بهنجارش داده‌های شبیه‌سازی با داده‌های تجربی، طیف‌های آن‌ها را با یکدیگر مقایسه کرده‌ایم.
فصل دوم
کلیات فیزیکی آشکارسازها
مقدمه
در این فصل ابتدا برهمکنش تابش یوننده با ماده و سازوکار اتلاف انرژی آن را در محیط مادی که از آن عبور می‌کند بررسی می‌کنیم. سپس به اختصار نحوه عملکرد یک آشکارساز سوسوزن را ذکر می‌کنیم.
برهمکنش تابش با ماده
اهمیت بررسی سازوکار انرژی تابش در ماده از این نظر است که بدین طریق می‌توان درک بهتری از پاسخ آشکارساز به هر یک از انواع تابش پیدا کرد. ازاین‌رو تابش یوننده را به سه دسته کلی تقسیم‌بندی می‌کنند:
ذرات باردار
فوتون‌ها
نوترون‌ها
این دسته‌بندی از این نظر حائز اهمیت است که هر گروه به شیوه‌ی متفاوتی انرژی خود را در محیط از دست می‌دهند. ذرات باردار از طریق برهمکنش کولنی با الکترون‌های اتمی محیط جاذب (که ذره در آن حرکت می‌کند) انرژی از دست می‌دهند و پس از پیمودن راه معینی موسوم به برد می‌ایستند. درحالی‌که برای فوتون‌ها و نوترون‌ها نمی‌توان برد معینی تعریف کرد، چون برای اندرکنش این دو تابش با محیط، سطح مقطع تعریف می‌شود که معیاری است از احتمال برهمکنش موردنظر با ماده. لذا احتمال غیر صفری وجود دارد که یک نوترون یا گاما بدون هیچ برهمکنشی از هر ضخامت از ماده عبور کند.
برهمکنش ذرات باردار
مطالعه ذرات بارداری که به‌ویژه در آشکارسازی و اندازه‌گیری تابش‌های هسته‌ای اهمیت دارند به دو گروه ذرات باردار سبک مانند الکترون و پوزیترون، و ذرات باردار سنگین مانند آلفا محدود می‌شود. به‌طورکلی ذرات باردار بر اثر عواملی نظیر برهمکنش‌های کولنی با الکترون‌ها و هسته‌ها، گسیل تابش الکترومغناطیسی، برهمکنش‌های هسته‌ای و گسیل تابش چرنکوف انرژی از دست می‌دهند که در اینجا دو مورد اول را بررسی کرده و از بقیه چشم‌پوشی می‌کنیم.
برهمکنش‌های کولنی
ذره باردار معینی را در نظر بگیرید که در ماده حرکت می‌کند. ابعاد اتم از مرتبه‌یm 10-10 و ابعاد هسته از مرتبه‌ی m 10-15 است. لذا حجم اتم 1015 برابر حجم هسته است. اکنون به این نتیجه مهم می‌رسیم که احتمال برخورد (تابش) با الکترون‌های اتمی بسیار محتمل‌تر از هسته است. بنابراین صرفاً برخوردهای اتمی را در نظر می‌گیریم.
ذره باردار هنگامی‌که مسیری را در ماده می‌پیماید انرژی خود را از طریق نیروی کولنی به‌صورت صرف یونش و برانگیزش الکترون‌های محیط جاذب می‌کند. که در آن Ze بار الکتریکی ذره باردار فرودی و r فاصله ذره‌ی باردار با الکترون اتمی است. یونش زمانی رخ می‌دهد که الکترون انرژی کافی برای ترک اتم را، در اثر جذب انرژی از ذره‌ی باردار فرودی و تبدیل‌شدن به یک الکترون آزاد، به دست آورده باشد. در این صورت انرژی جنبشی الکترون عبارت است از:
= انرژی پتانسیل یونش – انرژی جذب‌شده از تابش یوننده
این الکترون می‌تواند مانند هر ذره باردار متحرک دیگری با داشتن انرژی کافی موجب یونش اتم دیگری شود. برانگیزش هنگامی رخ می‌دهد که الکترون انرژی لازم برای یونیده شدن را دریافت نمی‌کند، اما انرژی کافی برای رفتن به یک حالت خالی در تراز انرژی بالاتر در اتم خود را به دست می‌آورد. این الکترون هنوز مقید است و در یک زمان کوتاه از مرتبه‌یs 10-8تا s 10-10 به حالت انرژی پایین‌تر می‌رود که در اثر آن انرژی برانگیختگی به شکل تابش الکترومغناطیسی گسیل می‌شود [2].
مسئله دیگر هم جرم بودن الکترون‌های تابشی با الکترون‌های اتمی است و به این علت الکترون‌های تابشی (پرتوی β) طی برخوردهای اتمی کسر بزرگی از انرژی خود را می‌توانند در یک تک برخورد از دست بدهند به‌طوری که مسیر آن‌ها درون ماده به‌صورت زیگزاگی خواهد بود. درحالی‌که یک ذره باردار سنگین، مانند ذره α، در هر برخورد به‌طور متوسط انرژی کمتری از دست می‌دهد و با توجه به جرم چند هزار برابری آن نسبت به الکترون، مسیر آن درون ماده تقریباً یک خط راست است (شکل ‏21) [2, 4].

Share