Gamma-ray Detector Array

Abstract

Bu çalışmada, silikon PIN fotodiyotlar ve özel sipariş gerektirmeyen devre elemanları kullanılarak, düşük maliyetli ve çok amaçlı bir gama algılayıcısı sisteminin tasarımı ve üretimi amaçlanmıştır. Gama ışınlarının kristal örgü içindeki elektronlar ile etkileşmesi sonucu oluşan foto- akım, algılamanın temel prensibidir. Üretilen algılayıcının Am-241 ‘in 60 keV’lik gama çizgisi ile ölçülen sinyal gürültü oranı yaklaşık ikidir. Algılayıcı verimi, 60 keV ve yukarısı için sadece % 2 olmakla birlikte, bu algılayıcılar genel amaçlı radyasyon seviye ölçümleri için ve laboratuarda yapılan öğrenci deneyleri için rahatlıkla kullanılabilir. Her algılayıcı, radyasyonun enerji bilgisinin olduğu analog çıkış ve gelen radyasyonun sayım bilgisini veren dijital çıkış bulundurmaktadır. Gama ışını algılayıcısı olarak kullanılan silikon PIN fotodiyotlar, kendi başlarına çalışabilecek şekilde dizayn edilmişlerdir. Bu algılayıcılar, verimi düşük olduklarından dolayı, daha yüksek algılama veriminin gerekli olduğu durumlar için birleştirilerek bir algılayıcı serisi haline getirilebilirler. Algılayıcı serimiz, 16 bağımsız algılayıcının birleştirilmesi ile elde edilmiştir ve bundan elde edilen veri, tasarımı kendimiz tarafından yapılan bir birleşik mantık devresi ve bir 8255 arayüz kartı kullanılarak bilgisayara aktarılmaktadır. Bu algılayıcı serisi kullanılarak, yüksek enerji fiziğinde bir parçacık demetinin pozisyonu belirlenebilir. Tek bir algılayıcı, fay hatlarındaki sismik kaynaklı radon aktivitesindeki değişim gibi çevresel aktivitenin ölçülmesi durumunda veya bir nükleer reaktörde soğutma suyu çevrim sisteminin gama aktivitesinin gözlenmesinde kullanılabilir.

The purpose of this study was to design and to produce a low cost gamma-ray detector by using silicon PIN photodiodes and on-shelf components. The basic principle of the detection is based on the interaction of gamma-rays with the electrons in the crystal lattice. The signal-to-noise ratio of the produced detector is roughly two for 60 keV gamma energy of Am-241. Although the detection efficiency is only %2 for 60 keV, it is good enough to use it for the general-purpose monitoring type of applications and for the student experiments in the nuclear physics laboratuary. Each detector has an analog output that gives energy information of the radiation and a digital output which provides count rate of the incoming radiation. Si-PIN photodiodes used as gamma-ray detectors are designed and constructed such a way that they can run independently. Because of the their low efficiency, these detectors can be connected together to make a detector array when higher detection efficiency is needed. Our detector array consists of 16 independent detectors and the data from this array is transferred to a computer with a custom designed combinational logic circuit and an 8255 interface card. This detector array for instance can be used for monitoring the beam position in high-energy physics experiments. A single detector can be useful for monitoring of the radon activity in the fault lines or monitoring gamma activity of water circulation of a nuclear reactor.