مطالعه و امکان سنجی ساخت آشکارساز گازی حساس به - دانلود رایگان
دانلود رایگان برای آشکارسازیِ تابش ایکس کم انرژی آشکارسازهایی اعم از شمارندههای تناسبی گازی، آشکارسازهای حالت جامد[1] و آرایههای میکروکانال[2] موجود هستند، ولی به دل
دانلود رایگان
مطالعه و امکان سنجی ساخت آشکارساز گازی حساس به مکان دو بعدی (Position Sensitive Detector) و ساخت نمونه اولیه wordچکیده کلید واژه: آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی، تابش ایکس نرم، نرمافزار گارفیلد++، نرمافزار Elmer، نرمافزار Gmsh. آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی، آشکارسازیهایی هستند که علاوه بر شمارش تعداد برهمکنشهای فوتون با اتمهای گاز، مکان برهمکنش را نیز با دقت خاصی در یک یا دو بعد تعیین میکنند، به همین دلیل گزینه مناسبی برای استفاده در تصویر برداری اشعه ایکس هستند. آشکارسازهای گازی تناسبی، به دلیل داشتن بازده بالا، نویز کم، امکان ساخت در اندازه دلخواه برای فوتونهای کم انرژی (تابش ایکس نرم) از گذشته تا کنون مورد استفاده قرار میگیرند. در این رساله برای شبیهسازی آشکارساز گازی دوبعدی از نرمافزار گارفیلد++ و نرمافزارهای کمکی Elmer و Gmsh استفاده شده است. پس از شبیهسازی، نمونه اولیه این آشکارساز ساخته و توسط چشمه تابش ایکس مشخصه، تست و حساس به مکان بودن این آشکارساز در هر دو بعد بررسی و نتایج آن در این پایاننامه گزارش شده است. عنوان صفحه فصل اول: مقدمه 1-1- آشکارسازی تابش ایکس کم انرژی... 2 1-2- عملکرد پراش و آشکارسازی... 3 1-3- فرآیند آشکارسازی... 4 1-4- عملکرد درست آشکارساز. 8 فصل دوم: آشکارسازهای گازی 2-1- مقدمه. 11 2-2- تولید جفتهای الکترون – یون.. 12 2-3- انتشار و حرکت بارها در گاز. 13 2-3-1- انتشار در عدم حضور میدان الکتریکی... 13 2-3-2- انتشار در حضور میدان الکتریکی... 14 2-4- حرکت یونها15 2-5- حرکت الکترونها17 2-6- اثرات ناخالصی بر حرکت بار. 17 2-7- نواحی عملکرد آشکارسازهای گازی... 18 عنوان صفحه فصل سوم: شمارنده های تناسبی 3-1- مقدمه. 27 3-2- ضریب تکثیر. 30 3-3- انتخاب گاز. 33 3-3-1- آستانهای برای تکثیر بهمنی... 33 3-3-2-خاموش کننده. 35 3-3-3- ضریب تکثیر گاز. 37 3-4- نوعهای خاص از شمارندههای تناسبی... 37 3-4-1- شمارنده تناسبی B. 37 3-4-2- شمارندههای هلیومی... 38 3-4-3- شمارندههای تناسبی چند سیمی... 38 فصل چهارم: آشکارساز های حساس به مکان 4-1- مقدمه. 40 4-2- خط تأخیر. 42 4-3- الکترونیک وابسته. 43 4-4- پیشتقویت کننده. 46 4-5- تقویت کننده و تبعیضگر. 46 4-6- تبدیلگر زمان به دامنه TAC48 4-6-1- خط تأخیر خارجی... 49 4-7- تبدیلگر آنالوگ به دیجیتال ADC.. 49 4-8- آشکارساز حساس به مکان یک بعدی با استفاده از خط تأخیر 49 4-9- آشکارساز حساس به مکان دو بعدی... 50 4-9-1- روش خط تأخیر. 50 4-9-2- روش چند لایه ای... 50 4-9-3- استفاده از دو کاتد.. 51 عنوان صفحه 4-9-4- استفاده از نوارهای میکرو. 52 4-9-5- استفاده از روش تقسیم بار. 53 فصل پنجم: مقدمه ای بر نرم افزارهای بکار گرفته شده در این پایان نامه و نتایج شبیه سازی 5-1- مقدمه. 55 5-2- استفاده از نرمافزار Gmsh. 56 5-3- استفاده از نرمافزار Elmer. 62 5-3-1- نرمافزار ElmerGrid. 63 5-3-2-نرمافزار Elmer Solver. 64 5-4- تولید فایل با پسوند sif.64 5-5- استفاده از نرمافزار ++Garfield. 66 5-6- وارد کردن Field Maps به نرمافزار ++Garfield:67 5-7- پتانسیلهای وزنی و بازخوانی سیگنال.. 69 5-8- نتایج شبیهسازی... 71 فصل ششم: ابعاد و نحوه ساخت 6-1- اجزاء آشکارساز. 74 6-1-1- کاتد و خط تأخیر. 74 6-1-2- صفحهی آند.. 76 6-1-3- فاصله دهنده. 78 6-2- محفظه. 79 6-2-2-پنجره ورودی... 80 6-3- گاز و چگونگی ترکیب آن.. 80 6-3-1- نوع گاز. 81 عنوان صفحه 6-3-2- تعیین درصد گازها و چگونگی ترکیب آنها83 6-3-3- فشار گاز. 84 6-4- چشمه. 85 فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات... 86 مراجع.. 96 پیوستها98 چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی عنوان صفحه جدول (2-1) مسیر آزاد میانگین λ، ضریب انتشار D، روان روی µ یونها در گازهای خودشان تحت شرایط استاندارد دما و فشار. 14 جدول (2-2) مقادیر تجربی پارامترهایی که در معادلات (2-19)(2-20) ظاهر شده اند.23 عنوان صفحه شکل (1-1) طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی به همراه طول موج و فرکانس مربوطه. 3 شکل (1-2) شمایی از پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه. 4 شکل (1-3) شمایی کلی از هندسه آشکارساز. 5 شکل (1-4) ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد.5 شکل (1-5) ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد با وجود خط تأخیر خارجی.6 شکل (1-6) کاتد مورد استفاده در روش چند لایهای، کاتدهای صورتی کاتدهای x هستند که به صورت افقی به یکدیگر متصل شدهاند و کاتدهای سبز کاتدهای y هستند که به صورت عمودی به یکدیگر متصل شدهاند.8 شکل (2-1) تغییرات ارتفاع پالس تولید شده توسط انواع مختلف آشکارسازها بر حسب ولتاژ اعمال شده. دو نمودار مربوط به دو انرژی مختلف تابش ورودی است.... 19 شکل (2-2) تغییرات ضریب تاونزند بر حسب شدت میدان الکتریکی برای یک گاز معمولی 22 شکل (3-1) شکل شمارنده تناسبی استوانهای... 28 شکل (3-2) شمای مقطعی از شمارنده تناسبی استوانهای، سیم نازک مرکزی به عنوان آند و دیواره خارجی به عنوان کاتد عمل میکند.28 شکل (3-3) رفتار شدت میدان الکتریکی شعاعی درون محفظه استوانهای... 29 شکل (3-4) نشان دهنده محدوده پدیده بهمنی حول سیم آند، شعاع حدی و شدت میدان الکتریکی حدی در شمارنده تناسبی استوانهای. در واقعیت ناحیه پدیده بهمنی به سیم آند خیلی نزدیک است.31 عنوان صفحه شکل (3-5) وابستگی اولین ضریب تاونزند بر حسب شدت میدان الکتریکی برای سه مخلوط گاز 80% + 20% Ne (خط صاف) و 90% + 10% Ar (خط چین) و 70% و 30% Ar (خط نقطه نقطه)34 شکل (3-6) اثرات مثبت استفاده از خاموش کننده در شمارندههای تناسبی... 35 شکل (4-1) شکل آشکارساز و خط تأخیر. 41 شکل (4-2) مدار خط تاخیر. 43 شکل (4-3) مدار معادل آشکارساز + خط تأخیر. 44 شکل (4-4) مبدل دامنه به زمان + ذخیرهسازی دادهها + نمایش دادهها45 شکل (4-5) نمایشی از تبعیض دامنههای سیگنال.. 46 شکل (4-6) پالس ورودی... 47 شکل (4-7) تضعیف پالس ورودی... 47 شکل (4-8) معکوس کردن پالس ورودی و ایجاد تأخیر در آن.. 48 شکل (4-9) ترکیب دو پالس قبلی و ایجاد پالس دو قطبی... 48 شکل (4-10) شکل آشکار ساز حساس به مکان یک بعدی... 49 شکل (4-11) طراحی در روش خط تأخیر. 50 شکل (4-12) طراحی در روش چند لایه ای... 51 شکل (4-13) طراحی استفاده از دو کاتد.. 52 شکل (4-14) طراحی استفاده از نوارهای میکرو. 52 شکل (4-15) طراحی استفاده از روش تقسیم بار. 53 شکل (5-1) فایل نوشتاری geo. برای یک شش ضلعی با طول 1cm... 58 شکل (5-2) شکل دیداری شش ضلعی با طول 1cm... 58 شکل (5-3) فایل .geo برای چند بار تکرار یک صفحه. 59 شکل (5-4) شکل دیداری چند بار تکرار یک صفحه. 59 شکل (5-5) تصویر هندسه آشکارساز با استفاده از نرمافزار Gmsh. 60 عنوان صفحه شکل (5-6) تصویر انتخاب یک حجم فیزیکی به عنوان یکی از کاتدها61 شکل (5-7) طریقه مِشبندی فایل هندسه در ترمینال.. 61 شکل (5-8) شکل دیداری فایل مِشبندی شده. 62 شکل (5-9) توصیف مختصری از نرمافزارهای استفاده شده.67 شکل (5-10) پالسهای کاتدهای x و y آشکارساز شبیهسازی شده با استفاده از نرمافزار گارفیلد ++ 71 شکل (5-11) تصویر پدیده بهمنی در شبیهسازی آشکارساز با استفاده از نرمافزار Garfield++. 72 شکل (6-1) طراحی کاتد به همراه خط تأخیر توسط نرم افزار Altium Designer. 75 شکل(6-2) تصویر کاتد و خط تأخیر بعد از ساخت.... 76 شکل (6-3) طراحی آند توسط نرم افزار Altium Designer. 77 شکل (6-4) تصویر صفحه آند بعد از ساخت و لحیم کردن سیمها77 شکل (6-5) طراحی فاصله دهنده توسط نرم افزار Altium Designer. 78 شکل (6-6) تصویر صفحه فاصله دهنده بعد از ساخت.... 78 شکل (6-7) طراحی محفظه با استفاده از نرم افزار SolidWorks79 شکل (6-8) تصویر محفظه بعد از ساخت.... 80 شکل (6-9) بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گاز زنون بر حسب انرژی (طول موج) و ضخامت ناحیه فعال در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبینیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود. 81 شکل(6-10( بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گاز آرگون بر حسب انرژی (طول موج) و ضخامت ناحیه فعال در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبینیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود 82 عنوان صفحه شکل(6-11) بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گازهای آرگون، کریپتون، زنون بر حسب انرژی (طول موج) و ضخامت ناحیه فعال mm6 در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبینیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود. 82 شکل (6-12) چگونگی ترکیب گاز. 83 شکل (6-13) دستگاه ترکیب کننده گاز. 84 شکل (7-1) اجزاء الکترونیکی متصل به آشکارساز به صورت طرحوار. 87 شکل (7-2) تصویر اجزاء الکترونیکی متصل به آشکارساز. 88 شکل (7-3) تصویر پیشتقویت کننده چهارکاناله.88 شکل (7-4) شماتیکی از کارکرد MCA.90 شکل (7-5) طیف حاصل از جابجایی چشمه در جهت عمودی به میزان 20 میلیمتر نسبت به مکان قبلی.91 شکل (7-6) طیف حاصل از جابجایی چشمه در جهت افقی به میزان 20 میلیمتر نسبت به مکان قبلی.93 شکل (7-7) تصویری از حساس به مکان بودن آشکارساز نسبت به مکان چشمه.94 مقدمه 1-1- 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]:
شکل (1-1) طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی به همراه طول موج و فرکانس مربوطه 1-2- 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 : دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |