وبلاگ

• آشکارسازی تابش ایکس کم انرژی

 

 

برای آشکارسازیِ تابش ایکس کم انرژی آشکارساز­هایی اعم از شمارنده­های تناسبی گازی، آشکارساز­های حالت جامد[1] و آرایه­های میکروکانال[2] موجود هستند، ولی به دلیل مزیت­هایی که در زیر ذکر شده­است آشکارسازهای تناسبی گازی از گذشته تا کنون به طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرند[1]:

 

 

 

1. بازدهی بالا

 

 

1. پهنای باند گسترده

 

 

1. امکان ساخت در اندازه­های بزرگ

 

 

1. تابش پس زمینه کم

 

 

1. امکان ساخت برای بدست آوردن قدرت تفکیک پذیری مکانی

 

 

1. امکان به دست آوردن قدرت تفکیک پذیری انرژی

 

 

آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی زیر مجموعه­ای از شمارنده­های تناسبی گازی هستند که می­توان توسط آن­ها علاوه بر شمارش تعداد برهمکنش­ها، مکان برهمکنش را نیز به دست آورد، به همین دلیل یکی از کاربرد­های آن­ها استفاده در شتابدهنده یا به عبارت دیگر استفاده از آن­ها در تصویربرداری از نمونه­ای که در معرض تابش قرار می­گیرد است، به این صورت که نمونه­ای در معرض تابش قرار می­گیرد و تابش پراشیده شده از نمونه توسط آشکارساز آشکار می­شود و ساختار آن نمونه مشخص می­شود. آشکارساز­هایِ دیگری اعم از آشکارساز­های سوسوزن هم برای این هدف موجود هستند ولی در این آشکارساز­ها باید برای بدست آوردن نرخ سیگنال به نویز قابل قبول، انرژی ذره ورودی زیاد باشد. از طرفی هم در تصویربرداری اگر ماده هدف نازک باشد دیگر نمی­توان از انرژی­های زیاد استفاده کرد زیرا برای اینکه بتوان ساختار ماده را مشخص کرد، تابش ابتدا باید توسط نمونه جذب شود و پراکندگی یا پراش اتفاق بیافتد و سپس توسط پراش به وجود آمده به ساختار نمونه پی برده شود در حالی که اگر انرژی تابش زیاد باشد، تابش کاملاً از هدف عبور می­کند. به همین دلیل انرژی­های پایین مد نظر هستند که تابش X نرم بهترین گزینه است. ‏شکل (1-1) محدوده تابش­های الکترومغناطیسی را نشان می­دهد که محدوده تابش X نرم در آن مشخص است:

 

 

 

• طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی به همراه طول موج و فرکانس مربوطه

 

 

 

 

• عملکرد پراش و آشکارسازی

 

 

 آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی به دلیل عملکرد خوبی که در محدوده­ی انرژی­های پایین دارند مورد توجه قرار گرفته اند. عملکرد پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه در ‏شکل (1-2) مشخص است :

 

 

 

 

 

 

• شمایی از پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه

 

 

همانطور که از ‏شکل (1-2) مشخص است آشکارساز برای اینکه بتواند تمامی تابش­هایی که پراشیده می­شوند را آشکار کند باید زاویه فضایی

 زیادی را بپوشاند.

 

 

 

• فرآیند آشکارسازی

 

 

آشکارسازی در یک و دو بعد انجام می­شود، برای اینکه بتوان فرآیند آشکارسازی را درک کرد می­توان آن را مانند فرآیند یک اسکنر در نظر گرفت که در آشکارسازی یک بعدی نمونه در یک جهت مثلاً x  اسکن می­شود در حالی که در آشکارسازی دو بعدی نمونه یکبار در جهت x و یکبار در جهت y اسکن می­شود و به همین دلیل سریع­تر است.
آشکارساز یک بعدی در مرجع  [2]مورد بررسی قرار گرفته است. در این پایان­نامه آشکارساز حساس به مکان دو بعدی مورد بررسی قرار می­گیرد. روش­های متعددی برای آشکارسازی حساس به مکان دو بعدی موجود است که عبارت­اند از:

 

 

 

• روش خط تأخیر

 

 

• روش چند لایه ای

 

 

• استفاده از دو کاتد

 

 

• استفاده از نوارهای میکرو

 

 

• استفاده از روش تقسیم بار

 

 

که در این پایان نامه روش خط تأخیر با هندسه­ای به ‏شکل (1-3)  انتخاب شده است:

 

 

 

 

 

 

 

 

پنجره آشکارساز

 

به دلیل اینکه سیگنال نهایتا از کاتد گرفته می­شود هر کدام از کاتد­ها اعم از x و y به خطوط تأخیر متصل­اند که این خطوط تأخیر هر یک شامل یک خازن 82pF و یک خود القاء 20µH  است. برای درک استفاده از روش خط تأخیر، در یکی از بعد­ها، دو مکان انجام برهمکنش در نظر گرفته می­شود. ‏0و Error! Reference source not found.اگر پیکسل ستاره دار مکان انجام برهمکنش باشد و هر کدام از مولفه­های خازن و خودالقا تأخیر 1  ایجاد کنند در ازای تشکیل دو پالس A و B داریم:

 

 

 

 

 

 

 

 

ادامه شکل (1-4)

 

پس در این حالت تأخیر منفی برای دو پالس A و Bنسبت به یکدیگر بوجود می­آید ولی به دلیل اینکه تأخیر منفی تعریف نشده است باید طراحی جدیدی برای از بین بردن آن ایجاد شود، به این صورت که سه تأخیر خارجی که هرکدام تأخیری به اندازه کل خط تأخیر متصل به پیکسل­ها ایجاد می­کند (در اینجا 6µs)، به صورت زیر اضافه می­شوند:

 

 

 

• ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد با وجود خط تأخیر خارجی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ادامه شکل (1-5)

 

 

 بنابراین در حالت جدید تأخیر منفی از بین می­رود.

 

 

در ساخت این آشکارساز به جای دو کاتد از یک صفحه به عنوان کاتد x و y استفاده شده است که بالای آن سیم­های آند که به ولتاژ متصل می­شوند قرار دارند و بالای آن هم پنجره ورودی قرار دارد‏شکل (1-3) بنابراین در این حالت به طراحی ویژه­ای نیاز است که بتواند سیگنال­ها را به طور مساوی روی هر دو کاتد پخش کند یا به عبارت دیگر هر دو کاتد X و کاتد Y در فاصله یکسانی از مکان پدیده بهمنی (سیم­های آند) قرار گیرند. به همین دلیل از طراحی­ای شبیه ‏شکل (1-6) استفاده شده است.