Radyasyon spektroskopisinde kullanılacak dedektör seçilirken hangi amaçla kullanılacağı ve ne gibi özelliklerine bakılarak seçileceği oldukça önemlidir. Bu bölümde gamma ıĢını ölçümlerinde kullanılan dedektörlerin genel özelliklerinden ve tercih edilmeleri için gerekli olan birkaç kriterden söz edilecektir.
3.1 Enerji Çözünürlüğü
Radyasyon dedektörlerinin çoğu uygulamalarında, amaç radyasyon uygulamalarının enerji dağılımlarını ölçmektir. Bu çaba radyasyon spektroskopisinin genel terimleri altında sınıflandırılır. Radyasyon spektroskopisinde kullanılan bir dedektörün önemli bir özelliği, tek enerjili gamma ıĢınlarına verdiği tepkinin kaydedilerek incelenebilmesidir.
ġekil 3.1’de bu Ģartlar altında dedektör tarafından üretilen diferansiyel sinyal yüksekliği dağılımı gösterilmiĢtir.
ġekil 3.1 Ġyi ve kötü çözünürlük spektrumunun gösterimi
Bu dağılım kullanılan enerji için dedektörün cevap fonksiyonu olarak bilinir. ġekil
çözünürlük ve kötü çözünürlük olarak adlandırılmıĢtır. Kaliteli bir gamma ıĢını ölçümünde, enerji piklerinin iyi çözünürlük olarak adlandırılan enerji piki gibi olmalıdır. Enerji çözünürlüğü R ile gösterilir ve aĢağıdaki denklem ile ifade edilir [13].
0
R FWHM
H (3.1)
Burada FWHM olarak verilen ifade, enerji pikinin yarı yüksekliğinin tam geniĢliği manasına gelmektedir. H değeri ise aynı enerji pikinin altında kalan gamma ıĢınlarının 0 ortalama enerjisidir. Enerji çözünürlüğü ifadesi, dedektörde depolanan enerjiye bağlı olarak değiĢim göstermektedir. Bu değiĢim poisson süreçleri olarak ifade edilir. Enerji çözünürlüğünü poisson limitleri altında yeniden inceleyelim. FWHM geniĢlik parametresi, standart sapma ile belirlenir ve FWHM 2.35 olarak verilir. Birçok dedektörün cevabı lineerdir ve enerji pikinin ortalama değeri H0 KN ile hesaplanır.
Burada N dedektörden çıkan foto elektronların sayısı ve K sabit bir orandır. Sinyal yüksekliği spektrumunda standart sapma K N ve FWHM 2.35K N olarak yazılabilir. Böylece enerji çözünürlüğü ifadesi yeniden düzenlenecek olursa;
0
2.35 2.35
|poisson FWHM K N
R H KN N (3.2)
Ģeklinde yazılır. Denklemden anlayabileceğimiz gibi foto elektron sayısı N değerinin artması enerji çözünürlük değerinin azalmasını sağlamaktadır. N değeri ise dedektör malzemesinin atom numarası Z’ye bağlıdır. Kaliteli bir dedektör için genellikle yüksek atom numarasına sahip materyaller seçilmektedir.
Enerji çözünürlüğü değeri sıfıra yaklaĢtıkça gamma ıĢını pikinin kalitesi artmaktadır.
Bunun nedeni gamma ıĢını piki altında baĢka enerjili gamma piklerinin kalma ihtimalidir. Enerji çözünürlüğü değeri ne kadar iyi olursa, gizli kalan diğer gammalar da gözlenebilmekte ve böylece yapılan ölçümlerin kalitesi artmaktadır.
ġekil 3.2’ye bakılacak olursa enerji çözünürlüğü ifadesini daha iyi anlamak mümkün
ġekil 3.2 Enerji çözünürlüğü karĢılaĢtırması
Dedektör seçimi yapılırken aranan özelliklerin baĢında enerji çözünürlüğü değeri gelmektedir. Yüksek çözünürlüklü dedektör kullanılan radyasyon spektroskopisi ölçümlerinde son derece iyi sonuçlar alınabilmektedir.
3.2 Sinyal Yüksekliği
Sinyal Ģiddeti dağılımı, radyasyon olayları hakkında veya dedektörün kendisi hakkında bilgi almak için kullanılan dedektör çıkıĢının temel özelliklerinden birisidir. Radyasyon dedektörü çalıĢırken oluĢan her bir sinyal, dedektör ile etkileĢen parçacık veya ıĢın hakkında çok önemli bilgiler taĢır. Çok sayıda sinyal incelendiğinde Ģiddetlerinin aynı olmadığı görülebilir. Bu varyasyonlar ya farklı enerjili radyasyonlar ya da tek enerjili radyasyonlara karĢı dedektörün doğal tepki dalgalanmasının sonucu olarak oluĢuyor olabilir. Sinyal Ģiddeti bilgilerini görüntülemenin en yaygın yolu diferansiyel sinyal yüksekliği dağılımıdır. ġekil 3.3’te görülen diferansiyel sinyal spektrumu ve ona karĢılık gelen integral sinyal spektrumu görülmektedir [13].
h
2 h
( )
H FWHM
H H
H 0 H 1 H 2 H 3 H 4H5
H 1H 2
ġekil 3.3 Diferansiyel ve integral sinyal yüksekliği spektrumlarının karĢılaĢtırılması ġekil 3.3(a)’da yatay eksen de lineer olarak artan H sinyal yüksekliği, düĢey eksende ise birim yükseklik dH aralığında gözlenen diferansiyel sayısı dN değeri olan dN
dH sayısı verilmektedir. Özel olarak seçilen H ve 1 H yükseklikleri arasında kalan sinyal 2 sayısı;
H2
dN0 değeri spektrumun en az sayıda sinyal bulunduran noktasıdır ve sadece birkaç sinyalden oluĢabilmektedir. H ise spektrumun en çok sayıda sinyal bulunduran bölgesini iĢaret 4 etmektedir. Sinyal yüksekliği spektrumu, dedektör materyalleri için önemli özelliklerden birisidir.
3.3 Dedeksiyon Verimi
Bütün radyasyon dedektörleri, ilke olarak, dedektörün aktif hacmi içerisinde etkileĢen radyasyonun her kuantum durumu için bir çıkıĢ sinyaline neden olacaktır. Alfa ve beta gibi yüklü radyasyon parçacıkları için dedeksiyon veriminin %100 olduğu söylenilebilir. Bunun nedeni bu tür radyasyonları iyonizasyon ve uyarılma Ģeklinde etkileĢim ile aktif hacim içine giriĢi anında gerçekleĢir. Aktif hacim içerisine giriĢinden sonra, ilerlediği yol boyunca iyon çiftleri oluĢturarak yeterli büyüklükte sinyal oluĢturarak kaydedilecek. Böylece dedektörün aktif hacmi içerisine giren her alfa ve beta parçacığını görerek düzenlemek oldukça kolaydır.
Diğer taraftan yüksüz gamma ıĢınları ve nötronlar için bu durum söz konusu değildir.
Gamma ıĢınları ve nötronları dedektöre girdiğinde ilk olarak algılanmadan önce önemli bir etkileĢme geçirmesi olasıdır. Çünkü bu radyasyonların etkileĢmeleri arasında büyük mesafeler kat edebilir. Böylece bu tip radyasyonların dedeksiyon verimliliği genellikle
%100 den daha azdır. Dedeksiyon verimliliği tam verimlilik ve iç verimlilik olmak üzere ikiye ayrılır. Tam verimlilik;
. .
Ġç verimlilik ise;
olarak ifade edilir ve dedektörün katı açısına karĢılık gelen gizli bir faktördür [13,14].
Tam verimlilik ile iç verimlilik arasında ise,
4
int abs
(3.7)
Ģeklinde bir bağıntı vardır. Burada ifadesi katı açıyı göstermektedir. Radyasyon kaynağı ile dedektör arasındaki uzaklığa ve dedektörün yarıçapına bağlı olarak katı açı;
2 2 yüzey alanının, dedektör kaynak arası mesafenin karesine oranıyla;
2
Dedektörün iç verimliliği, birincil olarak dedektör malzemesine bağlıdır. Ayrıca, radyasyonun enerjisine, dedektörün içinde gerçekleĢen olaya ve dedektörün fiziksel kalınlığına da bağlıdır [13].
3.4 Ölü Zaman
Hemen hemen bütün dedektör sistemlerinde iki farklı sinyalin kaydedilebilmesi için, iki sinyal arasında çok az da olsa bir zaman geçmesi gerekmektedir. Bazı durumlarda
zaman vardır. Yüksek sayma oranı olduğu zaman bu ölü zamanın kaybı oldukça yüksek olabilir ve bu Ģartlar altında doğru bir sayım yapılabilmesi, bu kayıplar için düzeltme yapılmasına bağlıdır.
3.5 Foto Elektron Çıkışı
Radyasyon dedektörlerinde dikkat edilen bir diğer husus dedektörün ürettiği foto elektronların sayısıdır ve N ile gösterilir. Enerji çözünürlüğü baĢlığı altında da değindiğimiz gibi foto elektron sayısının fazla olması kaliteli bir spektrum elde edilmesi ve iyi enerji çözünürlüğü değeri için çok önemlidir. Bu sayı arttıkça dedeksiyonun kalitesi artmaktadır.
BÖLÜM IV