15041

15041

طراحي، شبيه¬سازي و ساخت يك آرايه فوتوديودي جهت آشكارسازي تابش

كارشناسي ارشد

فيزيك گرايش هسته¬اي

آبان ماه 1394

آبان ماه 1394

دكتر صادق صادق¬زاده – دكتر رضا قلي¬پور پيوندي

چكيده امروزه استفاده از تكنولوژي هسته¬اي و بخصوص كاربرد پرتوها در صنعت، پزشكي، كشاورزي و غيره به‌طور گسترده¬اي افزايش‌يافته است. يكي از پرتوهاي بسيار كاربردي در اين زمينه پرتو گاما مي¬باشد كه عمدتاً به دليل قدرت نفوذ بالاي آن مورداستفاده قرار مي¬گيرد. يك عنصر مهم و اساسي در كار با پرتوها آشكارساز مناسب مي¬باشد. براي آشكارسازي تابش گاما عمدتاً از كريستال¬هاي سديم يديد به همراه لوله¬هاي تكثير¬كننده فوتوني استفاده مي¬كنند. در اين پايان¬نامه تمركز بر روي استفاده از قطعات نيم¬رسانا بخصوص فوتوديودها براي آشكارسازي اين تابش مهم هسته¬اي قرار داده¬ شده است. اين قطعات داراي ساختار پايه¬اي PN هستند كه يك آشكارساز باياس معكوس است. در اثر برخورد تابش به اين ساختار، فوتون¬ها جذب‌شده و سپس در اثر جذب آنها، الكترون از نوار ظرفيت به نوار هدايت رفته و به ‌اين‌ ترتيب زوج الكترون- حفره توليدشده و حركت اين زوج بدليل اختلاف‌پتانسيل اعمال‌شده سبب ايجاد جريان مي¬شود. كم بودن عرض ناحيه تهي و تأثيرپذيري از تغييرات ولتاژ اعمال‌شده به اين ناحيه، براي آشكارسازي فوتون¬هاي با انرژي بالا مطلوب نيست. در اين پايان¬نامه براي برطرف كردن اين مشكل استفاده از فوتوديودهاي PIN پيشنهاد شده است. فوتوديود PIN- PP701 بدون پيش تقويت¬كننده در آشكارسازي فوتون¬هاي خروجي كريستال سديم يديد در اثر تابش چشمه (_ ^60)Co با فعاليت 60µCi استفاده شده كه توزيع گوسي با خطاي نسبي 33/33 % جواب¬ها حول مقدار متوسط اختلاف‌پتانسيل 20 ميكرو ولت نشان‌دهنده پراكندگي بالاي جواب¬ها مي¬باشد. همچنين اين فوتوديودهاي PIN به همراه پيش تقويت¬كننده در آشكارسازي مستقيم تابش¬هاي گاما حاصل از چشمه (_ ^60)Co با فعاليت 60 µCi و چشمه (_ ^137)Cs با فعاليت 45 µCi بكار رفته است كه نتايج ولتاژهاي به‌دست‌آمده با جريان-هاي تئوري محاسبه‌شده 189/674 pA براي چشمه كبالت و 171/298 pA براي چشمه سزيم همخواني دارد. با توجه به قابليت-هاي فوتوديودهاي PIN ازجمله توانايي آرايه شدن و كاهش فضاي مرده، تحت تأثير ميدان¬هاي مغناطيسي قرار نگرفتن و سرعت بالاي پاسخ مي¬توان از اين قطعات در مكان¬يابي تابش گاما بهره برد. همچنين، از اين سيستم به دليل عدم نياز به منبع تغذيه با توان بالا و وزن كم مي¬توان در تحقيقات فضايي استفاده كرد. با توجه به افزايش ضريب جذب فوتون¬ها با كاهش انرژي مي¬توان از اين سيستم¬ها در دروازه¬هاي كنترلي براي اسكن محموله¬ها در بندرها و فرودگاه¬ها كمك گرفت. واژه‌هاي كليدي: تابش گاما، كريستال، فوتوديودهاي PIN، لامپ تكثيركننده¬ي فوتوني، پيش¬ تقويت¬كننده.