T.C KLS 7 ARALIK NVERSTES FEN EDEBYAT FAKLTES FZK BLM YARILETKEN DEDEKTRLER Orhan ZTRK DANIMAN: Do. Dr. Abdurrahman ETN LSANS TEZ FZK ANABLM DALI MAYIS 2012 KLSSINAV SONU FORMU Aada belirtilen bu alma, // gn toplanan jrimiz tarafndan, BTRME TEZ olarak kabul edilmitir. almann Ad :YARILETKEN DEDEKTRLER rencinin ; Ad, Soyad : Orhan ZTRK Numaras : 45310170876 Danmann ; Unvan, Ad, Soyad :Do. Dr. Abdurrahman ETN Baar Notu ( rakam ve yaz ile ) : Bakan yeye TEEKKR Bitirmeprojesisresinceverdiihertrldestei,yardmveyolgstericiliiiin deerlihocalarmYrd.Do.Dr.CumhurCANBAZOLUna,Do.Dr.Abdurahman ETNne,arkadamM.DinamKEMALOLUnaveMetinSEYREKBASANaen iten teekkrlerimi sunarm. Orhan ZTRKNDEKLER Sayfa No NDEKLERi EKLLER.iii TABLOLARiv ZETv 1GR ........................................................................................................................ 1 2YARI LETKENLER VE ZELLKLER .......................................................... 3 2.1N Tipi Yariletkenler ..................................................................................... 5 2.2P Tipi Yariletkenler...................................................................................... 6 2.3Yariletken Eklemler ........................................................................................ 8 2.3.1Doru ve Ters Besleme ........................................................................... 12 2.3.2Ters besleme eklemlerin zellikleri ...................................................... 13 2.4nemli Yariletkenler .................................................................................... 14 2.5Enerji lmleri ............................................................................................. 15 2.6Dedektr Seimi .............................................................................................. 19 3YARILETKEN DEDEKTRLERN ZELLKLER VE TARHSEL GELM ...................................................................................................................... 21 3.1Yariletken dedektrlerin zellikleri............................................................. 21 3.2Yariletken Dedektrlerin Tarihsel Geliimi ............................................... 21 4YARILETKEN DEDEKTR TRLER .......................................................... 23 4.1Difz Eklemli Dedektrler {DiffusedJunctionDetectors) ........................... 23 4.2Yzey Engelli Silikon Dedektrler (Surface-BarrierSiliconDetectors) ..... 23 4.3Sadece Tketim Blgeli Dedektrler(TotallyDepletedJuntiondetectors) . 24 4.4Lityum Birikimli Silikon Dedektrler (Lithium-DriftedSiliconDedectors)26 4.5GermanyumDedektrleri (GermaniumDetectors) .................................... 27 4.6Dier Yariletken Dedektrler....................................................................... 29 5YARILETKEN DEDEKTRLERN ELEKTRONVE ALIMA ZELLKLER ............................................................................................................ 31 5.1Yariletken Dedektrlerin Elektronii ......................................................... 31 5.2nykselte (Preamplifikatr) ...................................................................... 33 i5.3Ykselteler (Amplifikatr) ........................................................................... 33 5.4Dedektr besleme ve yksek voltaj kaynaklar ........................................... 34 5.5Diskriminatrler (Kesici devreler) ................................................................ 34 5.5.1Integraldiskriminatrler ........................................................................ 35 5.5.2Diferansiyel diskriminatrler (Tek kanall analizr) .......................... 35 5.6Analog dijital evirici (ADC) ......................................................................... 35 5.7ok kanal analizr (MGA) ........................................................................... 35 5.8Sayclar ........................................................................................................... 36 5.9Saym metreler ................................................................................................ 36 6Yariletken Dedektrlerin alma zellikleri ................................................... 37 6.1Kaak akm ..................................................................................................... 37 6.2Dedektr grlts ........................................................................................ 37 6.3Dedektr besleme voltajndaki deiiklikler ................................................ 38 6.4Giri Penceresi Yada l Blge .................................................................... 38 6.5Radyasyon Hasar ........................................................................................... 39 7YARILETKEN DEDEKTRLERN KULLANIM ALANLARI VE STNLKLER ......................................................................................................... 40 7.1Yariletken Dedektrlerin Kullanm Alanlar ............................................. 40 7.2Yariletken Dedektrlerin stnlkleri ....................................................... 43 7.3Gama Inlar ve Yariletken Dedektrleri .................................................. 45 8SONU ................................................................................................................... 47 9KAYNAKLAR ....................................................................................................... 49 iiEKLLER Sayfa No ekil 2.1 : Yaltkan ve Yariletkenlerde elektron enerjileri iin bant yaps .................... 7 ekil 2.2 : Alc safszln (bor atomu) rgye yerlemesi ve silikon yasak bandndaki alc ve verici seviyesi ....................................................................................................... 7 ekil 2.3 : Elektrik potansiyelinin n-p eklemi boyunca deiimi (a) Enerji bantlarnn eklem boyunca deiimi (b) Ters besleme (c) ................................................................ 11 ekil 2.4 : p-n ekleminin ematik olarak gsterilmesi .................................................... 13 ekil 2.5 : CdZnTe yar iletkeni blok ve paralar.......................................................... 15 ekil 2.6 : Dedektre giren gama nnn etkileme yollar ........................................... 16 ekil 2.7 : Dedektrn tek enerjili gama nlar iin verecei tipik cevap .................... 17 ekil 2.8 : oklu Compton salmalar sonucu Compton blgesi ve fotopik aras ........ 18 ekil 2.9 : Dedektr ve evresindeki materyallere arpan gama nlar, dk enerji blgesinde oluan pikler .................................................................................................. 19 ekil 2.10 : Dairesel bir dedektr iin kat a................................................................ 20 ekil 3.1 : Fotoraf CdZhTe yan iletken dedektr ....................................................... 22 ekil 4.1 : Difz eklemli dedektr .................................................................................. 24 ekil 4.2 : Planar ve koaksiyel HPGe dedektrleri......................................................... 28 ekil 4.3 : CdZnTe yar iletken dedektr...................................................................... 29 ekil 5.1 : Yariletken dedektr elemanlarnn grnm.............................................. 32 ekil 7.1 : Gama kameras .............................................................................................. 40 ekil 7.2 : X-nlar ile tomografik tarama grnts ................................................... 42 ekil 7.3 : CdZnTe yar iletken dedektr ile kemik younluu lm ...................... 42 iiiTABLOLAR Sayfa No Tablo 7.1 : Nal(Tl) sintilasyondedektr ile yariletken dedektrnn fiziksel performans karlatrmas .............................................................................................. 45 ivvZET BTRME TEZ YARILETKEN DEDEKTRLER Orhan ZTRK Kilis 7 Aralk niversitesi Fizik Blm 2012 Bualmada,radyasyondedeksiyonunda kullanlan yariletken dedektrler tantlarak, budedektrlerintipleri,zelliklerivekullanmalanlarhakkndabilgiverilmitir. Yariletkendedektrlerininkullanmamalarverilerek,benzerzelliklerierendier dedektrtipleriilekarlatrlmtr.Bukarlatrlmalarlabirliktebudedektrlerde kullanlanelektroniksistemlervebusistemlerinhangilerininavantajlolduu belirtilmitir.1GR nsanlar tm yaamlar boyunca radyasyonla ii ie olmulardr. Radyasyon kaynaklar var olduu mddete radyasyon olacak ve bundan kanmak mmkn olmayacaktr. 19. yzylnsonlarnadoruX-nlanveradyoaktiviteninkefiylebirliktetbbive endstriyelalanlardakikullanmnngnmzekadargiderekartanbirhzla yaygnlamas radyasyonu yaantmzn ayrlmaz bir paras haline getirmitir. Radyasyonu,entemelanlamda"ortamdayolalanenerji"olaraktanmlamak mmkndr ve bu kapsamda doal ya da yapay radyoaktif ekirdeklerin kararl yapya geebilmekiindarsaldklarhzlparacklarveelektromanyetikdalgaeklinde tanan fazla enerjileri de "radyasyon" olarak adlandrlr. nsanlarradyasyonlarnvarlngsterecekduyuorganlarnasahipolmadklarndan, radyasyonlarn dedeksiyon ve lmleri bunlara duyarl cihazlar yardm ile yaplr. Sonyllardadnyazerindenkleerenerjikonusundakaydedilenbykilerleme, beraberindenkleercihazteknolojisindedeeitliyenliklerevegelimeyesebep olmutur.Bucihazlardanbirisidededektrlerdir.Dedektrlernkleercihazlardan, tesislerden ya da tamamyla doal ortamlardan neredilen radyasyonu alglama ilemini yaparlar.Dolaysylagerekinsansalnkorumakgereksereaktrlerikontrolaltnda tutabilmek iin dedektrler nkleer enerji alannda olduka nemli bir yer tutar. Btnradyasyondedeksiyonmetotlarbunlarniindengetikleriortamlarda iyonizasyonmeydanagetirmezelliklerinedayanr.Radyasyonlmecihazlarsadece iindeiyonizasyonmeydanagetirilenortamilebuiyonizasyonundedeksiyonve gsterilmesi metotlar bakmndan birbirinden ayrlr. Radyasyondedektrlerindeyktayantanecikleriortayakoyupsaymailemiiin yaplan ilk denemeler 1908 ylnda Rutherford ve Geiger tarafndan gerekletirilmitir. 1Busaycilealfa nlarsaylmtr. Bu saycnn gelitirilmesi ile 1928 ylnda bugn dekullanlanveaynesaszerindealanGeiger-Mllersayclaryaplmtr.Bu sayclarla alfa ve beta tanecikleri birbirinden ayrlabilmitir. Gazlsayalar,nkleerfiziinilgilendiipekokradyasyoniindkverimli olduundan,sonrakiyllarverimidahayksekdedektraraynagirilmitir.Nkleer spektroskopideki ihtiyalara cevap verebilecek yksek verimli ve uygun zme gcne sahip aletler, sintilasyon sayalar 1950'lerde gelitirilmitir. Sintilasyonsayclarnnenerjiayrmlarokhassasolmadndandahaiyienerji ayrmgcnesahipyariletkendedektrleryaplmtr.Budedektrlerekristalliveya kathaldedektrleridedenilmektedir.196(Tlyllardakullanlmayabalayanbu dedektrlerinyksekenerjiayrmakabiliyetlerininyanndayounolular,hzl-zamanlamakarakteristikleriveetkinkalnlasahipbulunmalardiereitli dedektrlerden bunlar stn klmaktadr. Son20yldanberiyariletkendedektrlerokgelimivebirokaratrma laboratuarnda dzenli olarak kullanlmaya balanmtr. Bualmadayariletkendedektrlerininzellikleri,almaekli,elektronii,tipleri dieryaygnolarakkullanlandedektrlerarasndakiyerivegnmzdekullanm alanlar asndan sunduu kolaylklardan bahsedilmitir. 22YARI LETKENLER VE ZELLKLER Yariletkenler,iletkenliklerimetallerleyaltkanlararasndaolanmalzemelerdir. Yariletkenlergenelolarakikigruptasnflandrabilirbunlardanilkperiyodiktablonun IV.Grubundabulunanelementelyariletkenlerdir.DieriiseIIIveV.Grup elementlerinin bileimi ile oluan bileik yar iletken malzemelerdir. Tek cins atomlarn birlemesiyleoluanelementmalzemelerernek,SiveGedur.Silisyumentegre devrelerdeenokkullanlanyariletkenmalzemelerdenbiriolup,gngetikeSiile ilgili olan almalar artmaktadr. Ge ve Si iinde 4 deerlikli atomlarn komu atomlarla drt kovalent ba oluturduklar kkkristallereklindedirler.Yanitmdeerlikelektronlarkovalentbaakatlrlarve bant yaps, bir dolu bant ve bir bo iletim band gsterir. Bir yaltkan ve bir yar iletken arasndakifarkenerjiaralnnbyklndenkaynaklanr.Buaralkbiryaltkanda 5eVvebiryariletkende1eVcivarndadr.Azsaydaelektron(belki 1u9 da1)oda scaklnda, deerlik bandnda deik ad verilen bir boluk brakarak iletim bandna dorutermalolarakuyarlr.Bubolukkomuelektronlardanbiriyledoldurulur(yeni birdeikoluur).Bylecedeiklerikristaliindehareketediyorlarmgibigrnrler ( aslnda pozitif ykl atomlar hareket etmezler). Elektrikykleriileilgiliolaraktrmalzemevardr.letkenler,yaltkanlarveyar iletkenlerletkenlerdeelektrikykleri(elektronlar)malzemeiindeserbestehareket edebilirkenyaltkanlardabyledeildir.Mkemmelbiryaltkanolmamasnaramen ergimiquartznyaltmzelliibakrdanyaklak1u5 kezdahabyktrbylece pratikamalariinoumalzemelermkemmelyaltkanlarolarakkabuledilir.Yar iletkenlerelektriiiletmekabiliyetindeolaniletkenlerveyaltkanlararasnda bulunmaktadr. Bu elementler arasnda silikon ve germanyum en iyi bilinen rneklerdir. Yar iletkenlerin elektriksel iletkenlii dier elementlerin az miktarda eklenmesiyle ok bykorandaartrlabilir.Buamaiinarsenikveyaboronelementlerininokaz miktarlar silikona ilave edilir. 3Serbestatomdaelektronlarancakbelirlienerjiseviyelerindebulunurlar.Budurum kristallerinperiyodikrgyapsndaenerjibantlarnageniler.Yanielektronlarsadece belirlienerjibantlarndabulunabilirler.Enaltbanddeerlik(valans)bandoluptm elektronlarkristaldekibelirlirgnoktalarnabaldrlar.Yanibubanttaserbest elektron yoktur. Bir st bant ise kristal boyunca elektronlarn serbeste hareket ettii iletkenlik banddr. Bubanttakielektronlarmateryalinelektrikseliletkenliinekatkdabulunurlar.ki bandnarasndaisehibirelektronunbulunmayacayasakbantvardr.Bubandn genilii,maddeninyaltkanyadayariletkenolaraksnflandrlmasnbelirler. Kristaldeki elektron says deerlik bandm tam olarak dolduracak saydadr. Metallerde enstbanttamolarakdoludeildir.Bunedenleelektronlarmaddeboyuncakolayca hareket edebilirler. Yaltkanlarda yasak bant genilii hayli fazla olup (5 eV ya da daha ok) yariletkenlerde ise bu genilik olduka dk ve dardr. Sfrolmayanbuscaklktatermalenerji,kristaldekielektronlartarafndanpaylalr. Bylecedeerlikbandndakibirelektronyeterlienerjiyikazanarakyasakbandgeip iletkenlikbandnaykselebilir.Buuyarlmailemiesnasndailetkenlikbandna ykselenelektronyerinebirboluk(deik)yaratlr.Kathalfiziindekibuelektron-deik kombinasyonu gazlardaki iyon ifti etkisi ile hareket edebildii gibi pozitif ykl deiindebylebiralandaancakelektronkavramnaedeeralnabilir,letkenlik bandndakibirelektronuygulananbirelektrikalanynnetersyndehareketi mmkndr. Birim zamanda termal etki ile bir elektron - deik iftinin oluma olasl aada verilmektedir. P(t)=CI32 exp(-Eg/2kT) T = Mutlak scaklk Eg = Bant geniliinin enerjisi K = Boltzmann katsays C = Maddeye bal orant katsays 4stelifadedenanlalacagibitermaluyarlmaolaslbantenerjisininscakln orannabaldrvebuaralndarolmasdurumundaelektrikseliletkenlikartacaktr. Birelektrikalannuygulanmasdurumundahemelektronlarhemdedeiklerseklin eklenmeyebalayacaklardr.Buharekethemtermalhzhemdenetsrklenmenin kombinasyonu eklindedir. Saf bir yariletkendeuyarmaileletkenlikbandnakmelektronlarnsays(n;) deerlik bandndaki deiklerin saysna () eittir (iletkenlik bandna kan her elektron geride bir deik braktndan). Germanyum ye silikonda oda scaklnda elektron yada deikyounluklarsaysyla2.4x1u13 cm-3 ve1.5x1u10 cm-3 dr.Safyan iletkenlere bir takm safszlklar katlarak n ya da p tipi yariletkenler elde edilebilir. Katyariletkenmateryaller(germanyumvesilikon)radyasyondedektrleriiin sintilatrlerealternatifolutururlar.GeveSiiinde4deerlikliatomlarnkomu atomlarladrtkovalentbaoluturduklarkkkristallereklindedirler.Yanitm deerlikelektronlarkovalentbaakatlrlarvebantyapsbirdolubantvebirbo iletimbandgsterir.Biryaltkanvebiryariletkenarasndakifarkenerjiaralnn byklndenkaynaklanr.Buaralkbiryaltkanda5eVvebiryariletkende1eV civarndadr.okazsaydaelektronodascaklnda,deerlikbandnda"deik"ad verilenbirbolukbrakarakiletimbandnadorutermalolarakuyarlr.Buboluk komuelektronlardanbiriyledoldurulur(yenibirdeikoluur).Bylece,deikleri kristaliindehareketediyorlarmgibigrnrler(aslndapozitifyklatomlar hareket etmezler ). 2.1N Tipi Yariletkenler Silikonkristalidrtdeerlikli(tetravalent)yapdadr.Buatomenyaknevresindeki drtdier silikon atomu ile kovalent ba yapar. ekil 'de ter izgi bu baa girmi olan deerlikelektronunutemsileder.Eerokazbirmiktardasafszlk,meselabe deerlikli ( pentavalent ) fosfor, silikona eklenirse, bu atom kristal rg ierisindeki bir silikonatomununyerinialr.Safszlkatomununbedeerliklielektronuolduundan drttanesisilikonilekovalentbayapacakbirtanesiisebotakalacaktr.Bylebir 5materyaldenegatifyktayclarnn(elektronlar)fazlaolmasdolaysyla,materyale n-tipi yariletken denir. Buelektronunrgyebasondercezayfolduundandeiksizbirelektronolarak iletkenlikbandndakielektronlarakatkdabulunur.Butrsafszlklaraverici(donor) safszlklardenirvevericiatomaaitbuekstraelektronlarnormalrgyeait olmadklarndanyasakbantierisindeiletkenlikbandnnaltsnrnaokyaknbir pozisyondadrlar.Buikiseviyearasndakienerjifarksondereceazdrvetermal uyarmalar ile bu verici atomlar iyonize olur. Bu sayede elektronlar iletkenlik bandna kolaycakarlar.Safbiryariletkenegrevericitayanbiryariletkendeiletkenlik bandndaki elektron says daha fazladr. Elektronsaysdeiksaysndanokdahafazlaolduuhaldeykdengesihalavardr. Bununnedenivericiatomlarnniyonizeolmasvebylelikleykdengesinin salanmasdr.yonizevericiatomlarnnpozitifyklerideiklerlekartrlmamaldr. Zira deikler hareketli olup iyonlanm vericiler rg iersinde sabittir. 2.2P Tipi Yariletkenler Silikonrgsnedeerliklibirsafszlk(B)katlrsa,buatomaaitelektron silikonunelektronlarilekovalentbayapacakancakbirsilikonbabudurumdabo kalacaktr.Buboluk,normaldebirvalanselektronununuyarlarakiletkenlikbandna gemesidurumundageridebraktbirdeikgibidavranr.Deerlikbandnnhemen stnde alc durumlarm oluturan byle materyallere p-tipi yariletken denir. Eer bir elektron bu boluk tarafndan yakalanrsa gene bir kovalent ba oluturacaktr. Ancak bu ba, kristalin dier noktalarndaki kovalent balar ile ayn deildir. Zira ba oluturanatomlarnbirtanesideerliklidir.Buboluudolduranelektronunba tipikbirdeerlikelektronununoluturduubaagredahazayftr.Bunedenlealc( akseptr ) safszlklarda yasak bant ierisinde elektron blgeleri oluturabilirler. Ancak bu seviyeler bandn en altndadrlar ye zellikleri normal deerlik elektronlar tarafndan doldurulmu blgelerin zelliklerine ok yakndr. N - tipi ve P - tipi tanmlar, elektrik 6akmnoluturanesasyktayclarnniaretlerinitemsiletmektedirler.Materyalin kendisi elektriksel olarak ntrdr. ekil 2.1 : Yaltkan ve Yariletkenlerde elektron enerjileri iin bant yaps ekil 2.2 : Alc safszln (bor atomu) rgye yerlemesi ve silikon yasak bandndaki alc ve verici seviyesi Kristaldekinormaltermaluyarmalarilealcsafszlkatomlarnnyarattboluklar dolduracakelektronlarherzamanvardr.Alcblgeleriledeerlikbandnnstsnn 7arasndakienerjifarksondereceazdr.Alcblgelerinboluklardeerlikbandndan termaluyarmailekanelektronlartarafndandoldurulur.Buelektronlarkristaldeki diernormalkovalentbalardangelmektedirlervekanherelektroniindeerlik bandnda bir deik yaratlr. iyi bir yaklamla eklenen her alc safszlk atomuna kar deerlik bandnda bir ekstra deik yaratlmaktadr. n tipinde olduu gibi elektriksel yk dengesi yine korunmaktadr. Biryariletkendealcvevericisafszlklareitkonsantrasyondaisebumaddeye kompanseedilmidenirvegerekyariletkenlerinbirokzelliinitarlar.Ancak pratiktekonsantrasyonunsalamasmmkndeildir.Mutlakanyadaptipindenbir tanesi baskn kar. Biryariletkeninokyksekkonsantrasyondasafszlkierenincetabakalarzel notasyonla ifade edilir.n- ve p+ ok yksek miktarlardaki n ve p tabakalarn gsterir. Doal olarak bu tabakalarn iletkenlikleri ok yksektir. 2.3Yariletken Eklemler Yk tayclarnn iyi bir termodinamik kontak salanmas durumunda eklem boyunca hareketlerimmkndr.Bylebirkontakdurumununincelenmesiiinp-tipibir kristalinn-tipibirsafszlamaruzbrakldnvarsayalm.ekildegrldgibi, kontakkristalinsoltarafndagereklemektedir.NAbalangtakialc konsantrasyonudur.Kontaksonucun-tipisafszlklarkristalierisindebellibir mesafeyekadardifzedeceklerdir.VericisafszlkprofiliNDilegsterilmekteolup yzeydenartanmesafeileazalmaktadr;Kristalyzeyindevericisafszlksays alclarn ok zerinde olup kristalin bu ksmn n-tipine dntrr. ekil'deyktayclarnkonsantrasyonlarndapvenverilmekteolupkontaksonras oluanykhareketlerisonucundadeiiklikgstermektedirler.Soltaraftakin-tipi blgedeiletkenelektronlarnnokdahafazladr.Bubakmdanikiblgearasndaki eklemdeiletkenlikelektronyounluutambirkesiklikgsterir.Bylebirgradyentin olmasdurumundayksekkonsantrasyondandkkonsantrasyonanetbirdifzyon 8olacaphesizdir.Elektronlarp-tipiblgeyegirerekdeiklerilebirleecektir(rekombinasyon),gerektebubirlemep-tipimaddedekikovalentbadakiboluun buelektronlarladoldurulmasdr.letkenlikelektronlarnnn-tipiblgedenp-tipi blgeyehareketlerisonucundaarkalarndaiyonizeverici(donor)safszlklareklinde hareketsizpozitifykbrakrlar.Benzerolaylardeikleriindegerekleir;deikler yksek gradyent etkisi n-tipi blgeye doru hareket ederler ve arkalarnda sabit negatif ykletemsiledilenilaveelektronyakalamvericiblgeleribrakrlar.Sonutaortak etki, p tarafnda net bir negatif uzay yk, n tarafnda ise pozitif uzay yklerinin ortaya kmasdr.Buuzayyknnolumasileyaratlanelektrikalandahafazladifzyonu engellerveduraanbirykdalmortayakar.Ekleminuzayykblgesinin tesindekinvepblgelerindeiyonizevericiatomlardaserbestdeiklertarafndan elektriksel olarak kompanse edilirler. Yk dengesizliinin olduu blgeye tketim ( deplesyon ) blgesi ad verilir ve eklemin iki ucundapvenblgelerine doru uzanr. Eer n blgesindeki verici konsantrasyonu ilepblgesindekialckonsantrasyonlarbirbirineeitiseherikitaraftakidifzyon artlaryaklakolarakayndrvetketimblgesiherikitarafadaeituzaklktadr. Ancakgeneldeekleminbirucundakiyklemeseviyesidierucunagrefarkldr. rnein n-tipi maddedeki verici konsantrasyonu p-tipindeki alc atomlardan daha fazla isentarafndandifzyonyapanelektronlardeiklerilebirlemedenncep-tipi ierisindedahauzunbiryolalacaklardr,budurumdatketimblgesiptarafnadoru daha fazla uzanacaktr. Eerradyasyon,tkenmeblgesinegirerveelektron-deikiftlerioluturursa, iyonlamaodasndakineokbenzerbirsonuortayakar(gerekte,tkenmeblgesi paralel-dzlemkondansatrdekineokfazlabenzer).Elektronlarbiryndehareket ederkendeiklerdieryndehareketederlervebirikenelektronlarntoplamsaysbir elektronik puls oluturur, bu pulsun genlii radyasyonun enerjisi ile orantldr. Budedektrler,pratikte,tersbeslemevoltajlaryla(1000-3000V)altrlrlar.Bu voltajikietkiyesahiptir;tkenmeblgesindekielektrikalanbykln,yk birikiminidahaverimliyaparakartrrvebirtipmateryaldendierinedahafazlayk 9taycsnsrkleyecekbirkuvvetuygulayaraktkenmeblgesininboyutlarnn (dolaysyla dedektrn duyarl hacmi artrlr) artrr. Eklemblgesindenetbiryknbirikmesieklemboyuncabirelektrikpotansiyel farknnyerlemesinenedenolunBupotansiyelintekboyuttaherhangibirnoktadaki deeri ( ) Poison denkleminin zm ile bulunabilir. J2 Jx2 =-|p(x)]e Buradaeortamndielektriksabitivepnetykyounludur.Bylelikleeklemboyunca potansiyelin ekli, yk dalm profilinin. p(x) iki sefer integrasyonu ile elde edilebilir. Grafiksel rnekler ekilde gsterilmektedir. Eitlikte eklem boyunca ki potansiyel fark (kontak potansiyeli) yan iletken maddenin hemen hemen tm bant geniliine yakndr. Elektriksel potansiyelinde bir fark olduu zaman mutlaka bir elektrik alan () vardr ve deeri, potansiyelin gradyenti alnarak bulunur. e = - grad Tek boyutta, e (x) = - d / dx Elektrikalan,ykdengesizliininnemlivepotansiyelindebirgradyentiniolduu tketim blgesi boyunca yer alr. Tketimblgesindeserbestelektronyadadeikbulunamaz.Eerbublgede radyasyonun etkisi ile bir elektron-deik ifti yaratlmsa elektron n-tipi blgeye doru vebenzerolarakdeiklerp-tipiblgeyedorusrklenirler.Tketimblgesinde elektron ve deik konsantrasyonu son derece azdr (bu younluk bir silikon dedektrde cm3 de100elektronyadadeikkadarkenyksekrezisifbirmaddede1u10 mertebesindedir).Tketimblgesindesadecesabitvericivedoluolanalcblgeleri 10bulunur,buykleriniletkenliehibirkatksolmadndantketimblgesinin rezistivitesiekleminherikiyanndakip.ven-tipiblgelerinrezistivelerine.Greok dahafazladr.Gelenradyasyonunetkisiiletketimblgesindeoludeikler,elektrik alannetkisiilebublgenindnasrklenirler,buhareketradyasyonunlmnde kullanlan elektrik sinyalini oluturur. ekil 2.3 : Elektrik potansiyelinin n-p eklemi boyunca deiimi (a) Enerji bantlarnn eklem boyunca deiimi (b) Ters besleme (c) 112.3.1Doru ve Ters Besleme p-neklemininennemliroldiyotolarakkullanlmasdr.Ekleminzellikleri uygulananvoltajdoruyndeiseakmkolaylklageirecek,voltajntersynde uygulanmas durumunda ise akm geirgenlii ok az olacak ekildedir. nce pozitif bir voltajn p tarafna uygulandn varsayalm, bu potansiyel n tarafndan iletkenlik elektronlarnn ve p tarafndan deiklerin hareketlerine neden olacaktr. Eklem boyuncailetkenlikbutayclarnesastayclarolmasnedeniyleartacaktr.ekil'de grlenkontakpotansiyeliuygulanangerilimkadarazaltlmtr.P-neklemin oluturulmassrasndaelektronlarnpvedeiklerinnblgelerinedifzyonlar sonucundabirkontakpotansiyelioluur.Beslemeninters,yaniekleminptarafnn negatif yklenmesi durumunda balangta kurulmu olan kontak potansiyeli arttrlm olacaktr.Budurumdaeklemboyuncaaznlktayclar(ntarafndakideiklervep tarafndakielektronlar)hareketedeceklerdir.Ancakbutayclarnkonsantrasyonlar dkolduundandiyottangeentersakmoldukakktr,p-nekleminkonta srasndaoluandoalpotansiyelfarkyanikontakpotansiyeliartmayabalayacaktr. Zirapblgesindekiiletkenlikelektronlarnn(aznlktayc)ntarafnavedeiklerin (aznlk tayc) n den p blgesine gitmeleri ile tketim blgesinde daha fazla iyonize pozitifvericivenegatifalcatomoluacak,balangtakipotansiyelfarkartacaktr. Tersbeslemedetketimblgesindedeerlikbandvealcblgeleri(acceptorsite) elektronlarlatamamendoldurulmutur.Diertaraftaniletkenlikbandndahibir elektron yoktur ve verici blgeleri (donor site) tamamen iyonizedir, bu durumda tketim blgesi ok iyi bir yaltkandr. 12 ekil 2.4 : p-n ekleminin ematik olarak gsterilmesi 2.3.2Ters besleme eklemlerin zellikleri Bireklemetersbeslemeuygulandzaman,rezistivitesinveptipimaddelerdenok dahafazlaolduuiinuygulanantmvoltajtketimblgesiboyuncaortayakar. Potansiyelifarkbydiinuzayykdeartarakekleminikiucunadorudaha fazla geniler. Dolaysyla tketim blgesinin kalnl ve sonuta radyasyon etkileimi 13sonucuoluacakyktayclarnntoplanacahacimartmolur.Radyasyon (dedektrleriherzamankontakpotansiyelininokzerindekibeslemevoltajlarnda altrlrlar. Tersbeslemeileilgilibazzellikler,tketimblgesigeniliininkristalinheriki kenarnakadarulaamayacayeterlikalnlktabiryaniletkenidikkatealnarak karlabilir. Tersbeslemelip-neklemlerietkinbirdedektrolarakkullanlabilir.nktketim blgesindeoluturulanyktayclarabukolaraktoplanabilmektedir.Tketim blgesiningeniliidedektrnaktifhacminivermekteveuygulanantersbeslemeile bugenilikksmendeitirilebilmektedir.Buhususbazuygulamalardanemlibir stnlksaylmaktadr.Dedektrkapasitansuygulananvoltajladeitiindenstabil alma artlar iin yke hassas n ykseltelerle kullanlrlar. 2.4nemli Yariletkenler Silikon(Si):OdascaklndailerAtomnumarasdkolduuiin(Z=14)55 keV'den daha yksek enerjili gama nlar iin durdurma gc zayftr. Germanyum(Ge):100K'inaltndailer.okiyienerjirezolsyonuvardr.Saf germanyumdedektrleriniyigamanabsorpsiyonusalamalariinkilogram arlklarnda olmalar gerekli olup, olduka pahaldrlar, Civayodr(Hgl): Oda scaklnda iler. yi enerji rezolsyonu vardr. Gama nlar durdurmagcyksektir.259K'deerir.okyumuakolup,kolaykrlmatehlikesi vardr. KadmiyumTellur(CdTe):Odascaklndailer.20yldrticarikullanmdadr. Nkleertptaprobetipidedektrlerdeyaygnkullanmvardr.Enerjirezlsyonu6-8keVdir. 14Kadmiyum inko Tellur(CdZnTe) : % 4 ZnTe, % 9 CdTe ve % 20 ZnTe, % 80 CdTe oranlarndakikarmlarndaiyisonulanverdikleribilinmektedir.Tmzellikleri CdTe'yebenzemeklebirliktedahaduyarldrlar.Buzelliisebebiyletercihedilenbir yariletkendir.122keVenerjiligamanlaniin4keVenerjirezolsyonuvardr. Fotoraf de deiik byklklerde CdZnTe yar iletken rnekleri grlmektedir. ekil 2.5 : CdZnTe yar iletkeni blok ve paralar Dier nemli yar iletkenler ise; OaAs, CdSe, GaSe, InPAlSb dir. 2.5Enerji lmleri Dedektre giren foton, dedektr kristali ile u sra ile etkileebilir; 1.Fotoelektrik sourma yoluyla enerjisini direk dedektre aktarabilir. 2.BirkakezComptonsalmasyaparveenerjisinintamamnkaybetmeden dedektr terk edebilir. 153.BirkaComptonsalmasndansonrafotoelektriksourmayaparveenerjisinin tmn kaybedebilir, 4.iftretimilebirelektronpozitroniftiretir,dahasonraoluanpozitronbir elektron ile ift yokolur ve iki foton retilir. Bu fotonlardan biri dedektr terk edebilir, 5.iftretimyoluylaoluanikifotonda,enerjilerinifotoelektriksourumile dedektre aktarabilir, 6.ift yokolma fotonlarndan her ikisi de dedektr terk edebilir. ekil 2.6 : Dedektre giren gama nnn etkileme yollar Eerilkfoton,sonundafotoelektriksourmayamaruzkalyorise,dedektrkristaline aktarlan enerji orijinal gama n enerjisine eit olur. Yani, dedektre giren gama n enerjisinde bir pik elde ederiz. TekbirComptonolayndasalanelektronaaktarlanenerjiyigznnealalm.Daha nce bahsettiimiz denklemi kullanarak elektronun kinetik enerjisini bulabiliriz; 2'2(1 cos )(1 cos )eET E Emc E = =+ 16Dedektriindebtnalardasalmaolacandandolay,salanelektronunenerji aral ile deerleriyukardakidenklemdeyazlarakeldeedilir.Bu elektronlarnhepsi,dedektrdesourulurvebunlardedektrnenerjispekturumunun Compton blgesine katkda bulunur. Bu blge, 0 dan Compton snr olarak bilinen bir maksimuma kadar uzanr.00 =0180 = Birpozitronelektronifti,liktoplamkinetikenerjiileyaratlrvebu enerjinindedektrdekikaybfotopikimeydanagetirir.Pozitronatomelektronuile birleerekiftyokolmameydanagelirveikitane511keVlikfotonretilir.Buiki fotonhibiretkilemeyapmadandedektrdendarkabilirveyaComptonsalma ilemleriiletamamenyadaksmensourulabilir.Bylece,de(heriki fotonkaarsa),de(fotonlardanbirikaardierisourulurise)veda (her ikisi de sourulur ise) pikler grmeyi bekleriz. Tm bu pikleri ve Compton snrn gstermektedir 22mc E 22mc E 2mc E E ekil 2.7 : Dedektrn tek enerjili gama nlar iin verecei tipik cevap llenenerjispektrumundakipikler,yukardagrldgibibellibirgenilie (FWHM-FullWidthatHalfMaximumYarYksekliktekiTamGenilik) sahiptirler.Bugeniliklmeilemininistatistikselkarakterindenkaynaklanr. FWHM=2,35 ile hesaplanr. Standart sapma (), istatistiksel dalmn geniliinin bir lsdr.AynzamandaN = dir.N,birNaIdedektrndebirfotonunortaya 17kardfotoelektronlarnsaysdr.N,radyasyonenerjisiEyebamlolduundan FWHM =Ediyebiliriz. Dedektregirengamanlarbirdenfazla,okluComptonsalmalaryaparsa, Compton snr ile fotopik arasndaki enerji boluu doldurulacaktr. Fotopik, Compton blgesi ve kama piklerinin bal genlikleri, dedektrn ekline ve boyutlarna baldr. BykbirdedektrdeComptonsalmfotonlarnveya511keVlikyokolma fotonlarnn dar kama olaslklar daha dktr. ekil 2.8 : oklu Compton salmalar sonucu Compton blgesi ve fotopik aras Ayrca bu spekturumun dk enerji blgesinde eitli pikler oluabilir. Bunlardan biri, gerisalma(backscatter)pikidir.Kaynaktankangamanlar,dedektrcivarndaki materyallerdenComptonsalmasyapabilirveenerjisinindileberabertekrar dedektregirebilir.Gerisalmapikininenerjideeri,salmaas=veyksek enerjiler iin, 2' 02m ch olarak verilir. Buradan, bu enerjinin 0,2-0,25 MeV civarnda olduu grlr. Endkenerjideerindegzlenenpikise,dedektrevresindekimateryalleringama nlarnfotoelektriksourmassonucunda,materyalekirdeininfotonyaynlamak 18yerineenerjisiniatomunbirelektronunaaktarmas(idnm)vebokalan elektronun yerine baka bir elektronun dmesi ile oluan X nlarn gstermektedir. Eerkaynaktankangamanlarnnenerjileriyksekise,dedektrevresindeki materyallerdeiftoluumolaslolacaktr.Buiftoluumfotonlarndanbirtanesi dedektre girer ve 0,511 MeV deerinde yok olma piki gzlenir. ekil 2.9 : Dedektr ve evresindeki materyallere arpan gama nlar, dk enerji blgesinde oluan pikler 2.6Dedektr Seimi Gamanlarykszolduklarndandolaykendileriiyonizasyonyapamazlar. llebilmeleriiinenerjilerinintmnveyabirksmnelektronlaraaktarmalar gerekmektedir. Gama nlar hibir etkilemeyegirmedenmateryal ierisinde uzun bir yolkatedebilirler,hattakolaylklamateryalidelipgeebilirler.Bunedenlededekte edilmeleri zordur. Kullanlacakolandedektrnseimi,yaplmakistenenlmntipinebalolacaktr. Dedektr seiminde, dedektrn verimi, enerji ve zaman zme gc gibi zelliklerine dikkat edilir. Dedektrverimi,mutlak(absolute)vegerek(intrinsic)olarakikiyeayrlr.Mutlak verimi( ),kaynaktansalanfotonlarndedektrtarafndanllebilmeolasln, abst19gerek verimi ( ) ise, dedektre arpan fotonlarn llebilme olasln anlatmaktadr. Yani,it4it tabs= 2 dir. Burada , dedektrn kaplad kat ay gstermektedir. Mutlakverim,dedektrnkapladkataya,yanialanvekaynaktanuzaklna baldr.Daireselbirdedektriin olarakverilir.Gerekverimise,kat adanbamsz,dedektrmateryaline,radyasyonenerjisinevededektrnkalnlna baldr. 2a d = ekil 2.10 : Dairesel bir dedektr iin kat a Enerjizmegc __FWHMRE=olarakverilir.Burada __E,pikinortalamaenerjisidir. Gama spektroskopisinde en ok kullanlan sintilasyon dedektrleri (NaI) ve yariletken dedektrler (Ge) karlatrldnda, NaI dedektrleri daha yksek verime sahiptir, daha ucuzdur ve alma artlar daha basittir. rnein NaI dedektrleri iin soutma gerekli deildir.NaI,GedendahayksekZsaysnasahipolduundan(iyodunZsays53), foton sourulma olasl bu dedektrde daha yksektir. te yandan, yariletken Ge detektrlerinin enerji zme gc NaI dedektrlerine kyasla ok stndr. 662 keV de NaI zme gc (FWHM) 40 keV ise Ge iin ayn deer 1 keVdir.Buzellikreaksiyonsonucullenkarmakgamaspektrumlariinok nemlidir. Butezinkonusuolanuygulamamda,karmakgamaspekturumlarbeklenmediinden ve maliyetinin dkl ve kullanm kolaylklar gz nne alnarak NaI dedektrleri kullanlmtr. 203YARILETKEN DEDEKTRLERN ZELLKLER VE TARHSEL GELM 3.1Yariletken dedektrlerin zellikleri Yariletkendetektrlerinilevlerigeneldeiyonodalarnabenzerancakyktayclar elektronvepozitifiyonlardeil,elektronvedeiklerdir,Enyaygnolarakkullanlan yariletkendedektrlersilikonvegermanyumdanyaplmlardr.Budetektrlerin dierlerinegreennemlistnlklerienerjiayrmaglerininsondereceyksek olmasdr. Dier nemli zellikleri ise aada sraland gibidir. 1.Geni enerji aralnda radyasyona kar yantlar ( parack enerjisine kar puls ykseklii) dorusaldr. 2.Belirlibirboyutiinetkinlikleriyksektir.Zirayaplarndayksekyounlukta sert madde kullanlmaktadr, 3.Farkl geometrik tasarmlarda yaplmalar mmkndr. 4.Puls doma zamanlar hzldr.(gaz dedektrlerine gre) 5.Vakum altnda alrlar. 6.Manyetik alandan etkilenmezler. 3.2Yariletken Dedektrlerin Tarihsel Geliimi Bazyariletken(veyadielektrik)kristallerindedektrolarakkullanlmas1945'te B.VanHeerdenve1947'deD.Woorldridgevearkadalarncagerekletirildi.Daha sonra,yariletkenler,yklparacklarnbirokyoldandedeksiyonuiin kullanlagelmitir. p-n bana sahip bir germanyum diyot K.McKay ve R. Bomal ve arkadalar tarafndan biralfaparacsayacolarakkullanlmtr.okyaknzamanda,yklparack 21saymiindifiizeedilmibalsilikonbirsayagelitirilmivebaaryla kullanlmtr. Uygun bir radyasyon dedektr yapmak iin yeteri kadar byk boyutlarda yar iletken materyal 1960'larn sonlarna kadar elde edilememitir. Sintilasyon sayclarnn enerji ayrmlar ok hassas olmadndan daha iyi enerji ayrm gcne sahip yariletken dedektrler 1960' l yllardan sonra kullanlmaya balad. Bu dedektrlerin yksek enerji ayrma kabiliyetlerinin olular, hzl-zamanlamakarakteristikleriveetkinkalnlasahipbulunmalardiereitli dedektrlerden bunlar stn klmtr. GnmzdedieryariletkenlerlebirliktezellikleCdZnTeyariletkendedektr, sanayide, endstride ve nkleer tpta yaygn olarak kullanlmaktadr (Fotoraf ). ekil 3.1 : Fotoraf CdZhTe yan iletken dedektr 224YARILETKEN DEDEKTR TRLER Gnmzdekullanlanbirokyariletkendedektrntasarmlarndafarklmaddeler kullanlmakta ya da yapm yntemlerinde deiiklikler bulunmaktadr. Bu deiiklikler paralelindeyariletkendedektrlerin,difzeklemlidedektrler(diffusedjunction detectors),yzeyengellisilikondedektrleri(surface-barriersilicondetectors),sadece tketimblgelidedektrler(totallydepletedjunctiondetectors),lityumbirikimlisilikon dedektrler(lithium-driftedsilicondetectors)vegermanyumdedektrleri(germanyum detectors) gibi kullanlabilir birok trleri vardr. 4.1Difz Eklemli Dedektrler {DiffusedJunctionDetectors) Budedektrtipindeykseksaflkta p-tipi silikon esas maddedir. nce tabaka halindeki bu silikonun n yzeyi zerinde n-tipi bir blge fosfor kaplanarak ve daha sonra bir saat kadar800-1000Cstarakeldeedilir.Fosfor,silikonadilzedervevericiatomlar yklenmiolur.Byleliklen-tipisilikonnyzeyde,p-tipisilikonisearkayzeyde yaplarak bir p-n eklemi oluturulmu olur. 4.2Yzey Engelli Silikon Dedektrler (Surface-BarrierSiliconDetectors) Yksek saflkta n-tipi silikon ok nce bir tabaka haline getirildikten sonra havada uzun srebekletilir.Oksijenelektronegatifolduundansilikonyzeyizerindeyksek younlukta deikler oluturur. Bylece bu yzey p-tipine dnr. Daha sonra ok ince bir altn tabaka bu yzey zerine buharlatrlarak elektriksel kontak salanr. Her iki dedektrde ykl paracklarn dedeksiyonunda kullanlrlar. Ancak dedektr boyutunun gelen paracn silikon ierisindeki erim en azndan eit olmas gerekir. 23 ekil 4.1 : Difz eklemli dedektr 4.3Sadece Tketim Blgeli Dedektrler(TotallyDepletedJuntiondetectors) Tketimblgesininkalnltersbeslemevoltajileartar.Eerbuvoltajyeterikadar arttrlacakolursasonutatketmeblgesitmsilikontabakaboyuncauzanr.Butr dedektrlere sadece tketim blgeli dedektrler denir. Bir p-n ekleminin bir kenar yksek konsantrasyonda alta ya da verici atomlar (n ya da p) ile yklenmi dier taraf ise n ya da p tipinde yksek saflktaki yariletken maddeden olumutur.Belirlibirvoltajiintketimblgesininkalnlnnarttrlmaseklemin ykseksaflktakiksmndavericiatomlarnkonsantrasyonlarnnminimum yaplmasyla gerekletirilir. Tketim blgesi, genelde eklenin sadece yksek saflktaki ksmnadoruuzanr.Yksekkonsantrasyondayklenmiblgeokincedirve giriciliizayfolanradyasyonlariinbirgiripenceresidir.ekil.2'dekiyksek saflktakin-tipisilikontabakaveyksekkonsantrasyondayklenmip-tipiyzey tabakasndanolumup-neklemidikkatealalm.Tersbeslemevoltajarttrldka tketim blgesi p yzeyinden balayarak silikon maddesi ierisinde genilemeye balar. Voltajnkkdeerlerinde,tkenmi blge kalnl silikon tabakasn tamamen igal ederveelektrikalanblgeninucundasfrader.Tketimblgesininbitinoktasile 24silikontabakasngerikalandierkenararasndahibirelektrikalannnolmadbir tkenmemisilikontabakasvardr.Bublgehibiryktaycsnntoplanamayaca birlblgeyitemsileder.Eeruygulananvoltajdahadaarttrlrsatkenmiblge tm silikon tabakas boyunca uzanarak arka kenara ular. Bu voltaj, tabaka kalnl t is I= c Nt22 e ileverilir.Budurumaulaldzamansonlubirelektrikalantmtabakaboyunca oluur ve l blge kalnl sadece yzeyde elektriksel kontan alnaca ok ince bir tabakaya azaltlr. Bu husus ekil .2 'de V =izimi ile gsterilmitir. Tabaka tamamen tkenmiblgeyeevrildiktensonravoltajykseltilmesitabakaboyuncahernoktada elektrikalannsabitbirmiktardaartmasnanedenolur.Beslemevoltajnntketim blgevoltajnnokdahazerinekarlmaselektrikalanprofilinintmtabaka boyunca daha homojen olmasna neden olur. Dedektrnaktifhacmiierisindehernoktadayksekelektrikalamsalanmas radyasyon dedeksiyonu iin nemli olduundan bu dedektrlerde alma voltaj lan bu artlar salayacak ekilde seilir. Budedektrlerenerjileritmtabakaygemeyeyeterliolanparacklarn dedeksiyonundatransmisyondedektrleriolarakkullanlrlar.Budurumdaeldeedilen darbeyksekliidedektrdengeenparacnkaybettiienerjiyiifadeeder.Genelde kullanlan dedektr kalnlklar 50- 2000 m civarndadr. Tkenmi blge kalnl yzey engeli ya da difz eklemli dedektrlerde kritik deildir. nkdedektrnaktifhacmibublgekalnlkadardr.Ancaktamamtkenmi blge olan dedektrlerle tabaka kalnl, dedektr boyunca enerji kayp deikenlerinin minimum olmas iin son derece homojen yaplr. 254.4Lityum Birikimli Silikon Dedektrler (Lithium-DriftedSiliconDedectors) Yukarda aklanan dedektrlerin hassas hacimleri en fazla 2000 n olabilir. Bu nedenle maksimumenerjisillecekyklparackdedekisyonusnrlanmolur.Buaralkta llebilecekenfazlaelektronenerjisi1.2MeV,protonlariin17MeVvealfa paracklar iinde 90 MeV dur. Dedektrhacmikristalelityumverilerekarttrlabilir.Butipdedektrlerelityum birikimlisilikondedektrler(lithium-driftedsilicondedectors)-Si(Li)denir.Silikon ierisinde aktif hacim 5-10 mm 'ye kadar arttrlmtr. Diertaraftansilikonunatomnumaras(Z=14)germanyumagreyanyaryaazdr (Z=32),bunedenleSi(Li)dedektrlergamakspektromelresindekullanlamazlar. AncakokdkenerjiligamayadaX-nlarnndedeksiyonundayeterlifotoelektrik tesirkesitisalandiintercihedilirler.Silikonyksekenerjiligamanlarnakar geirgen olduundan, bu yksek enerjilerin de var olduu durumlarda dk enerjili X-nlarnnllmesimmknolur.Dierbirkullanmsahasiseharicielektronlarn yada beta paracklarnn dedeksiyonudur. Dk atom numaras nedeniyle dedektrden geri salacak elektron says ok az olduundan yksek bir saym etkinlii salanr.
Budedektrnyapmndaikiaamavardr:ncep-neklemioluturulurdahasonra lityumunsilikonayklenmesisalanr.Ykseksaflktakisilikonvegermanyum maddelerip-tipiolmaeilimindedirler,p-neklemininoluturulmasiinverici(donor) atomlarnnsilikonaeklenmesigerekmektedir.Buamalalityumdifzyonup-tipi kristalinbirucundanbalatlrvekristalinbunoktasn-tipinedntrlr.Ortaya kanp-nekleminetersbeslemeyaplrvebuaradakristalinscaklykseltilirve byleliklelityumiyonlarnnmobilitesiarttrlr.Lityumiyonlarelektrikalann etkisiylep-tipiblgeierisinesrklenirlervekonsantrasyonlarartarakorijinalalc atomlarnsaysnaulalr.Buileminhzuygulananvoltajvescaklabaldr. Genelde400Cscaklktauygunsonuiingnlerhattahaftalarcasrecekilem gerekebilir. Srklenme ilemindeki nemli bir zellik tam bir yk kompasasyonunun gerekleerekhernoktadakiuzayyknnsfrolmasdr.Bublgeyei(intrinsic), blge ad verilir. 26 Lityumyklenmeilemisonaerdiktensonrayklemeninyapldyzey(n-tipi)ve kristalindierucundan(p-tipi)elektrikselkontaklaralnr.Bublgedenetbiryk olmadndanelektrikpotansiyellineerolarakdeiir.Elektrikalaniseiblgesi boyuncahomojendirvebublgeninrezistivitesipvenblgelerindenokyksek olduundanuygulananvoltaj"i"blgesiboyuncaortayakar.Snrlardaelektrikalan hemen sfra der, i blgesinin boyutu dedektrn aktif hacmini belirler. Genelde 5-10 mm kalnlklar ve 500-40000 V besleme voltajlar kullanlr. 4.5GermanyumDedektrleri (GermaniumDetectors) Gamanspektrometresindekullanlacakdedektrlerintketimblgelerininokdaha fazlaolmasistenir.Germanyumdedektrleribuamaiintasarmlanmlardr. Tketimblgesininkalnlnnartmasbelirlibirvoltajiinancaknetsafszlk konsantrasyonununazaltlmasylagerekletirilir.Bununiindeikifarklyaklam vardr,tikidahaileridzeydesaflatrmatekniklerininkullanlaraksafszlk konsantrasyonunuatom/cmmertebesineindirmektir.Bylebirkristaldetketim blgesininkalnl1000Valtndakibeslemevoltajiin10mmcivarndaolacaktr. Ultrasafgermanyumdanyaplandedektrleregerekgermanyum(intrinsiegermanium) ya da yksek saflkta germanyum (HPGe) dedektrleri denir. Netsafszlkkonsantrasyonununazaltlmasndakullanlanikinciyaklam,bu safszlklarn eit konsantrasyonda zt ykl verici atomlarn ilavesi ile dengelenmesidir. Ancak bu kompansasyonun tam olarak salanmas mmkn deildir. Alc ya da verici atomlararasndakienufakbirfarktakristalnyadaptipiolarakdavranacaktr. Germanyumkristalindelityumyklemeyaplabilir.Buekildeeldeedilendedektrler Ge(Li)ksaltmasilegsterilir.AncakHPGededektrleridahafazlakullanlmaya balamtr.Zira,Ge(Li)dedektrnnkullanlmadzamanlardadadkscaklkta (77K)muhafazaedilmesigerekmektedir.Lityumatomunungermanyumierisindeki mobililesiokadarfazladrkiodascaklndadedektrzelliinihemenkaybeder. HPGededektrleriisekullanlmadklarzamanodascaklnabraklabilirler.Ancak dedeksiyonilemidkscaklkta(svazotscaklnda)gerekletirilmelidir.Zira 27germanyumunbantgeniliiokkktr(0.67eV)veodascaklndatayclarn termaluyarlmalarszkonusuolduundankaakakmveelektronikgrltmiktar haylifazladr,Dedektrnitesivakumaltndakibirkriyostatierisindedir.Busayede kristal le evresindeki hava arasnda termal iletkenlik nlenmi olur. HPGededektrlerinyapmndablgeselsaflatrmatekniikullanlr.Builemde ykseksaflktakristalblgeolarakstlarakkaynamablgesi,kristalinbirucundan dierine doru hareket ettirilir. Safszlklarn zlmesi germanyumun kat halinden ok erimihalindemmkndr.Sonutasafszlklargermanyumunscaklklaerimi ksmnatransferedilir.Buerimiksmkristalboyuncailerletildiindensafszlklaren sonda kristalden atlrlar. Bu ilem sonunda geriye kalan safszlklar kristalin p ya da n tipi olmasn belirler. Gama ve X-n dedeksiyonunda yksek atom numaras ve enerji ayrmagcnedeniylegermanyumdedektrlerkullanlrlar.Germanyumsisteminin toplamayrmagcyktayclarnnsaysndakidoaldalgalanmaya,yktoplanma etkinliindeki deiimlere ve elektronik grltye baldr. ekil 4.2 : Planar ve koaksiyel HPGe dedektrleri HPGe dedektrlerplanar, koaksiyel ya da u tipi tasarlanabilir. 284.6Dier Yariletken Dedektrler Silikon ve germanyumun dedektr yaps iin en popler madde olmalarnn en nemli nedeniyktransferzelliklerininsondereceyksekolmasdr.Pratikolarakistenilen boyuttadedektrleryaplabilir.Ancakherikimaddedeidealzelliktedeildirler. Germanyumdedektrleri termal olarak oluturulan kaak akmn kltlebilmesi iin her zaman dk scaklklarda altrlmaldrlar. Dier taratan dk miktarda grlt olmasnnistendiiX-nspektrometresindeaynnedendendolaysilikon dedektrlerinde soutulmalar gerekir. Bant geniliinin daha fazla (1.5 eV 'dan byk) olduu yariletkenlerde oda scaklnda almak mmkn grnmekle beraber bu sefer birelektron-deikiftininyaratlmasiingereklienerjiartmaktadr.Dierbirhusus kullanlacakyaniletkeninyksekZdeolmasdr.Gnmzdeodascaklnda alabilecek en nemli yar iletken maddeler kadmiyum telr (CdTe), civa iyodr (Hg ) ve fotoraf 'da grlen kadmiyum inko telrdr (CdZnTe). ekil 4.3 : CdZnTe yar iletken dedektr 29CdTe uygun Z ve bant genilii ile oda scaklnda alma imkn verir. Fotoelektrik sourmaolaslgermanyumdan4-5,silikondanisel00katdahafazladr.Ancak deikleriinyktoplamaetkinliininzayfolmasnedeniyleenerjiayrmagciyi deildir.Yksekgamaenerjileriiingerekliolankalnkristalyapsayrmagcn olumsuzetkiler.Gamanspektometresininistenmediidurumlardasadecegama ndedeksiyonu iin idealdir. Hg aratrlan bir dier yariletkendir. Yksek Z 'si nedeni ilealakenerjigamalarnsaymndagermanyumagre50katdahafazladedeksiyon etkinliine sahiptir. Ancak en nemli sorunu deik mobilitesinin dk olmasdr. Yariletkendedektrlerindekullanlanyariletkenmaddelerbirbirlerindenfarkl zellikler gsterirler. 305YARILETKEN DEDEKTRLERN ELEKTRONVE ALIMA ZELLKLER 5.1Yariletken Dedektrlerin Elektronii Bir dedektr zerine gelen radyoaktif paracn dedektr ile etkileimi son derece ksa birsredegerekleir(yariletkenlerdepikosaniyemertebesindedir)vepratikolarak etkilemenin bir anda olduu kabul edilir. Etkilemenin sonunda dedektrn aktif hacmi zerindebirelektrikykoluur,ikincistepbirelektriksinyalininoluabilmesiiin elektrikyknntoplanmasgerekir.Budauygulananelektrikalanilesalanr. Yklerintoplanmasiingereklisreyariletkendiyetdedektrlerdebirka nanosaniyedir.Yktayclarnndedektrdekimobilitesivealnanmesafebusreyi etkiler.Tekbirparacnetkileimisonundayklerintoplanmazamannaeitsrede bir atam oluacaktr. Radyasyondedektrlerininpulsmodu,akmmodu,ortalamakarevoltajmoduolmak zeregenelalmaprensiplerivardr.Pulsmodundalmsistemi,dedektrile etkileenherradyasyonunayrayrkaytedilmesiiintasarmlanmmBirok uygulamadatoplamyksaylr,ziradedektrdesorulanenerjiQileorantldr. Radyasyon enerjisinin lmnde kullanlan dedektrlerpuls modunda almaldr. Ortalama kare voltaj yntemi, bir radyasyon tipi tarafndan oluturulan ykn dier bir tipegrefarklolduulmlerdekullanlr.Radyasyondedektrlerininbirok uygulamasndaakmmodu,radyasyonetkilemehzlarnnokyksekolmas durumundakullanlr.Ancakbirokuygulamadaayrayrolaylarnzamanlamave genlik bilgileri gerektii iin pulsmodu tercih edilir. Radyasyonlmlerininbirksmndagelenradyasyonunenerjidalmsaptanmaya allrvebuuygulamalararadyasyonspektrometresiadverilir.Alfaspektrumunda kullanlanyariletkendedektrlerinenerjirezolsyonu%1,gamaspektrometresinde kullanlansintilasyondedektrlerininrezolsyonuise%5-10'dur.Buyzdeninkk olmasdedektrnbirbirinedahayaknenerjidekiradyasyonlarbirbirindenayrayr kayt etmesi dernektir. 31 Tmradyasyondedektrleriaktifhacimleriileetkileenherradyasyoniinbirk sinyaliverirler,Primerparacklarnalfayadabetagibiyklparacklarolmas durumundaetkileimiyonizasyonveuyarmaeklindedirvemeydanageleniyon iftlerininsaysdedektrkndayeterlibyklktepulsoluturacaktr.Bylelikle gelenheralfavebetaparacnnsaylmasdurumundasaymetkinlii%100'e yaklar. Dier taraftan gama ve ntronlar gibi yksz paracklar dedeksiyon ncesi dcdektrde biroketkileimyaparlar.Buradyasyonlaretkileimlerarasndauzunmesafeler katedebilirler. Bu dedektrlerin saym etkinlikleri daha dktr. Radyasyondedeksiyonsistemlerindekullanlanelektronikdevrearalarnnfotorafik grnm aada verilmitir. ekil 5.1 : Yariletken dedektr elemanlarnn grnm 325.2nykselte (Preamplifikatr) Dedektrvepulsilemelektroniiarasndakiilkelemanolannykselteherzaman dedektreokyakntutulurveilkaraykseltmeyigerekletirir.nykseltecinbir fonksiyonu,kapasitansnhzlcabitirilmesiylemaksimumsinyal-grltoran salanmasdr. Ayrca yklemenin minimum olabilmesi iin dedektre yksek impedans vererek, esas ykselte-dedektr arasnda bir impedans uyuturucu olarak grev yapar. nykselteler,dedektrdengelenpulslardepolananenerjiileorantlolarakvoltaj sinyaline dntrr. Elektronik katlar iin pulslan ekillendirir ve byltr. Yariletkensayalar,zelliklesayakapasitesininbeslemegeriliminebalolmas nedeniyle yke hassas nykseltelere en ok ihtiya duyan sayalardr. nykselte devreleri transistrlerin kullanlmasilebykldebasitlemivedaha gvenilir hale gelmitir. 5.3Ykselteler (Amplifikatr) Voltajahassasykselte,nykseltetengelenpulslardahadabytr.Bytme mertebesibirkabinekabilir.Diernemlifonksiyonuisenykseltetengelen kuyruklupulslardahaksadomazamanlvekdahahzlazalmzamanolanok dar bir puls ekline evirir. Ykseltetekazancnmmknolduukadarstabilolmasistenir.Ancakbasitbir ykseltecinkazancuygulananvoltajdakideiikliklerden,kompomentlerin eskimesinden ve scaklk deiimlerinden etkilenebilir. Bu etkileri en aza indirmek iin negatif geri besleme teknii kullanlr. En nemli zellikleri unlardr. 1.Sinyal bytme 2.Toplananykndorubirekildelleceivebalistikzararetkisinin olmayaca bir puls ekillenmesi 333.Pulsylmasnenfazlayklemeyiasgaritutacakekildeykseksaym hzlarnda puls ekillenmesi 4.Ayrayrherpulsunsinyal-urltorannnanalizedilebilmesiiineniyipuls ekillenmesi 5.Ykseksaymhzlarndakiperformansnkorumakiinpulsylmasvetemel seviye korunmas iin aktif devreler iermelidir. 5.4Dedektr besleme ve yksek voltaj kaynaklar Hemenhementmradyasyondedekirleri,almalariindardanbiryksekvoltaj kaynanaihtiyaduyarlar.Buvoltajadedektrbeslemedenirvebeslemekaynaklan, yani yksek voltaj kaynaklarnn zellikleri aada sralanmtr. 1.Maksimum(ve minimum) voltaj seviyesi ve polaritesi 2.Kaynan verebilecei maksimum akm 3.Geivoltajndayadascaklkdeimelerinebaluzunsrelisapmalarakar dzeltme yetenei 4.Alak frekans grltlerini veya frekanstaki oynamalar nleme derecesi Besleme devrelerinin zellikleri dedektr tipine baldr; Yariletken dedektrler dk akm ye yaklak 1000 V gerektirirler. 5.5Diskriminatrler (Kesici devreler) Bellibitpulsyksekliininstnde olan pluslar geiren vekkpluslar elimine eden devrelerdir.stenilenpulsseimiiinkullanlrlar.Pulslarnbytlp ekillendirilmesindensonragereklienerjiayrmdiskriminatrdevresinde gerekletirilir. 345.5.1Integraldiskriminatrler Pulslarnuygunolaraksaylabilmesiiin,ekillendirilmidorusalpulslarnmantk pulslarnaevrilmesigerekir.Buamalakullanlanenbasitsistemintegral diskriminatrolupgiritekidorusalpulslarngenliklerininayarlanabilirbir diskriminasyonseviyesininzerindeolmasdurumundaktamantkpulslar oluturur.Geneldebumantkpulsu,diskriminasyonseviyesinin,giripulsununn kenarnn gemesinden hemen sonra oluturulur. Bu puls genlik ayrm, genelde grlt seciyesinin hemen zerinde seviyenin kurulmasyla yaplrsa tm pulslar saylacandan maksimum dedektr hassasiyeti salanm olur. 5.5.2Diferansiyel diskriminatrler (Tek kanall analizr) Tek kanall analizrler, lineer analizrden gelerek voltaj genlik aralna den pulslarn ayrmn ye saymn yaparlar. kibamszayrmaseviyesitekkanallanalizrilegerekletirilirvekmantk pulsu ancak giri dorusal pulslarnn genlii iki seviye arasnda ise oluturulur. okkanalldiferansiyelpulsykseklikanalizcileritekkanallanalizrlerin geniletilmihalidir.Birkapulsykseklikaralezamanlolarakanalizedilebildii iin,onunkullanmboyunca,diferansiyelpulsykseklikerileridahahzlelde edilebilir. 5.6Analog dijital evirici (ADC) Anologdijitaleviriciler,spektroskopiykselteindengelensinyallerigenlikleriile orantl olarak saysal sisteme dntrrler. 5.7ok kanal analizr (MGA) 35BubirimADCdekiverileridepolayp,spektrumolarakgsteren;verilerinhafzada saklanmasn, analizini ve rapor olarak verilmesini salayan, enerji kalibrasyonu yapan Microsoft WNDOOWS program ile birlikte alan bir programdr. 5.8Sayclar Gamasaymsistemindesonular,mantkpulslarnnbelirlibirsreboyunca toplanmasyla elde edilir ve bu amala kullanlan saya, giriindeki her mantk pulsunu, gstergesinde bir rakam art ile gsteren saysal kayt nitesidir. Tipik sayclar 6 tane nmerik gstericiden oluurlar. Saym aral girie belirli bir zaman boyunca bir sinyal uygulamas ile kontrol edilir. Bu zaman aral, sresi nceden ayarlanabilen dhili veya haricibirzamanlaycyadasaatilekontroledilebilir.almaesnasndasaya,tm giripulslarnonlukkmelerhalindedzenlenmiserilerdetoplar.Onlukbirskalaya gelen puls says dokuza ulatnda bu skala bir sinyal ile sfrlanr ve puls daha yksek mertebedekidierskalanngiriinegnderilir.ncedenbelirlenenzamannsona ermesiyle tm skalannsfirlanmas mmkndr. Sayclarzamanayarlolduugibisaymaayarlmodlardadaalrlar.Saymayarl modda nceden bdirlenmi bir toplama ulancaya kadar saymlar devam eder. Eer bu saymlarntoplanmasiingeensrekaytedilirsesonutasaymhzbulunabilir.Bu modda allmas, lm ncesi belirli bir istatistiksel kesinliin salanmas avantajn getirir. 5.9Saym metreler Baz uygulamalarda, pulslarn sistemdeki saylma hzlarnn analog bir metre yardmyla grselolarakizlenmesinemtar.Saymlarsrasndakitesadfiaralklarnedeniile bilhassaalaksaymhzlarndakiufakfarkllklarngzlenmesisaysalgstergelerde zorolduundanbirimzamandameydanagelenpulslarnortalamasaysbelirlenir. Saymmetrelerinklar,girilerindekiortalamapulshzileorantlolarakdeien voltajseviyesidir.Bukvoltajdahasonra,saniyeveyadakikadakisaymn okunaca ekilde kalibre edilmi metrelerde gsterilir. 366YARILETKEN DEDEKTRLERN ALIMA ZELLKLER 6.1Kaak akm Bir yariletken dedektre alma voltaj yani ters besleme uyguland zaman ortamda herhangibirradyasyonolmadhaldebirkamikroamperbyklndebirakm gzlenir.Buakmnkaynadedektrgvdesiyadayzeyindenoluabilir.Gvde kaynakl kaak akma iki mekanizma neden olabilir. Tketimblgesiboyuncauygulananelektrikalannynyledirkinormalpven blgelerinde tketim blge kenarlarna dora difz eden herhangi bir ounluk taycs eklemdenuzaadoruitilir.Ancakbudurumdaaznlktayclareklemboyunca iletkenlie neden olurlar. Bylelikle dk mertebede bir kaak akm oluur. Gvdeden kaynaklanan bir dier neden, tketim blgesinde elektron-deik iftlerinin termal olarak oluturulmasdr.Bublgeninboyutunabalolarakartanburetiminazaltlmas dedektrnsoutulmasilemmknolur.Silikondedektrlerodascaklnda kullanlabilirlerancakgermanyumdedektrlerdeokkkolanbantgenilii nedeniyle kaak akm miktar artar ve dk scaklklarda kullanlmalar gerekir. Kaak akma yzey etkisinin en nemli nedeni, eklemin kenarlarndaki ksa mesafelerde yksekvoltajgradyentlerininolumasdr.Yzeykaaktandedektrkapslne, dedektr yzeyinde parmak izinin neden olduu kirlenmelere ortamn nemine ve vakum ya gibi faktrlere bal olarak nemli lde deiebilir. 6.2Dedektr grlts Dedektrgrltsnoluturanfarklkaynaklarvardr.Bunlargvdedeoluankaak akmdakidalgalanmalar(dedektrnsoutulmasylaazaltlabilir),yzeykaak akmndakidalgalanmalar(dedektrnfabrikasyonunavekullanmnabaldr), dedektrnelektrikselkontaklarnniyiolmamasveseridirenlerinverdiiJohnson grltsdr. 376.3Dedektr besleme voltajndaki deiiklikler Beslemevoltajveelektrikalanndkdeerlerindetketimblgesindesourulan radyasyonlarn oluturduu puls ykseklii uygulanan voltajla artmaya devam eder. Bu deiiminnedenigelenparacnyoluboyuncaoluantuzaklamaveyeniden birlemelersonucuyktayclarntamolaraktoplanmamaldr(benzerolayiyon odalarndadaortayakmaktadr).Elektrikalanyeterikadarbykolduuzamanyk toplanmastamamlanrveartkpulsyksekliiartanvoltajartmaz,bublgeyedoyum blgesi denir. Yariletkendedektrlertmradyasyondedektrleriarasndaenhzlolanlardrve domazaman10nsnyadadahaksadr.Busreykgeiveplazmazamanlarnn rndr.Ykgeizaman,tketimblgesindegelenradyasyontarafndanmeydana getirilen elektron ve deiklerin hareketine kar gelir. Yani olutuklar noktadan tketim blgesininztularnaulamasreleridir.Yksekelektrikalanvetketimblgesinin darolmasdurumundabusreksadr.Tketimblgesinintmdedektrnfiziksel boyutuboyundaolduudedektrlerdegeisresiartanvoltajiletketimblgesinin dedektrdeksmenyeralddedektrlerdeartanvoltajiletketimblgesininboyuda artmaktadr.Ykgeisresininbeslemevoltajnaballbazyaklamlarla azaltlmaktadr. Plazma zaman, gelen radyasyonun alfa ya da fisyon rnleri olmas durumunda ortaya kar.Butipradyasyonlarda,gelenradyasyonunyoluboyuncaoluaneleklron-deik iftlerininyounluuokadarfazladrkiplazmatipindekibirykbulutumeydana getirirler.Bubulutuniksmndakitayclarelektrikalandanetkilenmezler.D ksmdakilerisehemenalannetkisiilehareketebalarlarveancakbuykler uzaklatktan sonra i ksmdaki yklerin hareketi balar. 6.4Giri Penceresi Yada l Blge Ar ykl paracklarn ya da girimlikleri zayf olan radyasyonlarm dedeksiyonunda 38enerjikayb,parackdedektrnaktifhacminegirmedenncegerekleebilir. Bununnedeniyzeydekimetalelektrotvebuelektrodunhemenaltndabulunanve herhangibiryktoplanmasnnolmadsilikonblgeninkalnlklardr.Ykl parack spektrometresinde bu husus nemli olduundan, zel teknikler kullanlarak l tabaka genilii 30 mm 'ye kadar indirilmitir. 6.5Radyasyon Hasar Biryariletkendedektrnuygunilevikristalrgsndeyklparacklarn tuzaklanmasnanedenolacakkusurlarnbulunmamasdr.Dedektrnsrekli kullanlmasdurumundabirmiktarhasanaortayakmasmmkndr.Buhusus bilhassaarparackdedeksiyonunudanemtar.Enekstremdurumlarda monoenerjilparacklarnspektromundabirokpiklergrlebilir.Frenkeletkisiolarak bilinen bir radyasyon hasarnda yariletken maddenin atomlarndan bir tanesinin normal rgnoktasndanyerdeitirmesidir.Bubolukyktayclariinbirtuzak oluturacaktr.Budefektlerinartmassonucundaenerjiayrmagcyklparack saysnda onaya kacak dalgalanmalar nedeniyle bozulur. 397YARILETKEN DEDEKTRLERN KULLANIM ALANLARI VE STNLKLER 7.1Yariletken Dedektrlerin Kullanm Alanlar Sonyllardayariletkendedektrlerinnemivekullanmalanlardahadaartmtr. Yariletken dedektrler; 1.Endstriyel kontrol sistemleri, 2.Nkleer tp, 3.X-n grntleme, 4.evresel uyar, 5.Nkleer koruma, 6.Bagaj ve paket denetlemelerinde kullanlmaktadr. 7.Yariletken dedektr ile teneke kutu iindeki svnn seviyesini tespit etme Endstriyellmlerde,ie,tenekeveyakutuiindebulunanmaddeninseviyesini, yanidolulukorannX-gamanlanyardmylayariletkendedekirleritespit edebilmektedir. Yariletkendedektrler,sonyllardankleertptacerrahigamaproblarndayaygn olarakkullanlmaktadr.Budedektrlerinodascaklndaalmakoullar salandndankleertptakisntilasyonkristalli(Nal)dedektrlerininyerinialmalar beklenmekledir. ekil 7.1 : Gama kameras 40Gnmzdeyariletkendedektrlerhenzgamakameralarnyerinialmamtr.Dier grntlemesistemlerindekirezolsyoniyilemesinin(MagnetikRezonansvs) gsterdiibaarnnnkleertbbadayansmasiinaratrma-gelitirmealmalar hzladevametmektedir.DIGIRADadverilenyariletkenkamerannyapm tamamlanm,ancakhenzticarikullanmasunulmamtr.okyakngelecekte yariletkenkameralargnmzAngerKameralarnnyerinihzlaalacaktr.Bu almalar sonucunda; 99m Te iin (140 KeV) enerji rezolsyonu %1.5 olacak, SPECT grntlemederekonstriksiyonsonrasuzaysalrezolsyon1-2mm'yeinecek,uzaysal rezolsyonartndakiiyilemeberaberindekontrastartndagetirecek,yariletken kameralar mevcut kameralar gibi olmayp, muhtemelen modler tipte olacaktr. Yariletkendedektrlerinprotonvealfaparacklargibiarparacklarn dedeksiyonunda faydal olduu grlmtr. 5,3 MeV'lik alfa paracklar iin tipik bir enerji rezolsyonu, 6 volt bias'l 300 ohm-cm lik bir sayala, % 0,6 olarak bulunmutur. 3ila6mmmertebesindedeplasyonderinliinesahipolankristallerbetavegama n spektroskopisindeoldukaiyibirekildekullanlmaktadrlar.MeselaLityum srklenmibirgermanyumkristali,77Kscaklktakullanldzaman.Cs,37'nin661 keV'lik gama nlar iin ~ 6 keVlik bir rezolsyon vermektedir. Gamaspektrometrelerinde..ykseksaflktagermanyum(HpGe),lityumsrklenmi germanyum[Ge(Li)]yariletkendetektrleriveNaI(Tl)gibisintilasyondedektrleri kullanlmaAncak,herbirdedektrfarklzellikleresahipolduklarndankullanm yerlerideimektedir.zelliklededektrlerinzmegcveverimleribirbirlerinden farkldr. YariletkendedektrlerindeX-nlarkullanlarak,dijitalrntgenfilmlerindedive kemik grntlerinde ok net sonular alnmtr 41 ekil 7.2 : X-nlar ile tomografik tarama grnts Nkleertptakemikminerallerininyounluunulmededekullanmalan bulmaktadr.Belkemiiveomurgataramalarndayksekdoruluklalmler yaplmaktadr. ekil 7.3 : CdZnTe yar iletken dedektr ile kemik younluu lm 42Yariletkenlerinbirksmsilisyumyklparacklarnsaymvespektroskopisinde kullanlrken,birksmdaalfanlangibihafifiyonlarnspektroskopisinde kullanlrlar.Dierbirksmyariletkendedektrlerdefsyonrnlerigibidahaar iyonlarn dedeksiyonlarnda kullanlrlar. X-ngrntlemedeeitlidedektrlerkullanlmaktadr.Bunlarsintilasyonve yariletkendedektrleridir,HalaanjiografidekullanlanCsItipisintilasyondedektrler ileGdTetipiyariletkendedektrlerkarlatrlmtr.nceliklebudedektrler bilgisayardasimleedilmiveX-msimlasyonprogramylaincelenmive anjiografidekullanlmikifarkltpuygulamatekniiiledeneyleryaplmtr.Bu tekniktetpencealakvoltaj(60kVp)uygulanmaktavebuandatpnnnde karakteristikfiltreolaraksadecebakrlevhabulunmaktadr.Dahasonratpedaha yksekgerilimuygulanmas(120kVp)esnasndatpnnefiltreolarakisebakr+ alminyumlevhalarkonulmutur.Buradanalmanfarklspektrumlardeerlendirilerek grnt oluturulmaktadr. Bu deneyler tpe uygulanan voltajlarn deiik deerleri iin vetpnnnekonulankarakteristikfiltrelerineitlideerleriiinbirokkez tekrarlanmtr.BtnbudeneylerinsonucuhalenkullanlmaktaolanCsldedektrne gre,CdTeyariletkendedektrlerdesinyalgrltoran(SNR)yaklak10katdaha byfckmaktadr.Busonularabaklarakgelecektefiinigrntlemedezellikle dk enerjilerde CdTe tipi yariletken dedektrlerin yaygn kullanlaca sylenebilir. 7.2Yariletken Dedektrlerin stnlkleri Yariletken dedektrlerin dier radyasyon dedektrierine gre baz avantajlar unlardr: 1.Bunlar hacimce daha kktrler, 2.Daha hzldrlar, 3.Gelenenerjiileorantlbiryksekenerjirezolsyonu(Ayrmagc)verecek ekildedizaynedilebilirler.Busayalarnbykbirdezavantajlarokdk dedeksiyon etkinliine sahip olmalardr. Yariletkendedektrlerininokiyienerjiayrmagckarakteristiklerivardr.Puls yksekliiileenerjiarasndasondereceiyibirlineerbantgsterirler,tepkileriok 43abuktur,uygunboyutlarveincepencerelerivardr,evredekimanyetikalanlarakar duyarszdrlar. zel ekillerde de olsa yapmlar kolaydr ve deiken parack enerjileri iinduyarllklarvardr.Bununlaberaber,yariletkendedektrlerininbazlarnnksa mrlolmas,almakarakteristiklerinindevreartlaniledeimesi,nispeten uzunyolluparacklardurduramamalarvenkleerradyasyonhasargibibaz mahzurlu ynleri vardr. Son yllarda yariletkenler zerinde yaplan aratrmalar olduka dikkat ekici sonular vermitir. Germanyum ve silikon kristallerin, olduka saf elde edilebilmeleri ve bir iyon iftimeydanagetirmekiin3,5eVgibiokdkbirdeerdeenerjiyeihtiyatan olmalar(gazliyonodalarndabudeer30-35eVdur)yariletkendedektrleridier dedektrleregredahaavantajlklmtr.Ayrcaodascaklndaokmiktarda elektronvedeikihtivaedebilmelerivebylecepolarizasyontesirleriniazaltmalar sebebiyle birok aratrmay zerine ekmitir. HpGe ve Ge(Li) detektrlerinin enerji zme gc, Nal(Tl) sintilasyon detektrlerinden 30 kat daha iyidir. Buna karlk, detektrlerin hacmine bal olarak, Nal(Tl) sintilasyon detektrleri yariletken detektrlere gre 5 - 10 kat daha yksek saym verimine sahiptir. Yariletkendedektrlernkleertptagamandedeksiyonuvegrntlenmesiiin sintilatrdedektrlerealternatiftir.Ennemliavantajlar,okiyienerjirezolsyonuna ve ok yksek uzaysal rezolsyona sahip olmalardr. Gnmzdeeniyirezolsyonunasahipolanyariletkendedektrmateryaliokdk scaklktaileyengermanyumdur.DieryariletkenlerdenHg,CdTeveCdZnTeoda scaklnda (15-25 oCde) ilerler. NaT(Tl)sintilasyonkristalleriileyariletkendedektrlerinfizikselperformanslar kyaslandnda u sonular gzlenmektedir 44Tablo7.1:Nal(Tl)sintilasyondedektrileyariletkendedektrnnfiziksel performans karlatrmas Nal(Tl) SintilasyonYariletkenler ~ 30 eVMa bir pulsrer.- 3-6 eV'da bir puls retir. Enerji direki yoldan salanr. %13 k dnm verir. Enerjirezolsyonudirekiolarak salanr % 100 ik dnm verir. Zayf enerji rezolsyonuna sahiptir.ok iyi enerji rezolsyonuna sahiptir. KendiiindeCompicmSalmas yapar. Compon salmasn en aza indirir. -20 saymda l zamana girer.l zaman problemi yok, enerji cevab lineerdir 7.3Gama Inlar ve Yariletken Dedektrleri Bir gama n yariletken dedektr materyaline arptnda enerjisini brakarak kendisi yokolur,arptatomdanenerjiyktbirelektron(fotoelektron)koparr.Bylece yariletkendeiyonizasyonlaikieittanrykmeydanagetirilmiolur.Bunlarnegatif yklelektronlarvepozitifyklhollerdir.Buztyklerinpozitifvenegatif elektrotlaradoruhzlaekilmesinisalamakiindedektreynlendirici(bias)voltaj uygulanr. Bu sayede negatif ykl elektronlar pozitif elektroda, pozitif ykl holler ise negatif ykl elektroda doru ekilirler. Yariletken zerine den her gama n iin bu olaytekrarlanr.Busayedeyariletkeniindegamandorudanelektroniksinyal haline dnm olur. Gamanlarnn(dedeksiyonunda,Nal(Tl)gibisintilasyondedektrleriileGe(Li)ve HPGe yariletken dedektrleri kullanlmaktadr. Gelengamannnenerjisinebalolarak,dedektrdeneldeedilenelektrikdarbeleri, bir seri elektronik modlden geirilerek ok Kanall Analizrde (MCA) enerji dalml gamaspektrumuolarakgzlenir.Dedektrvedierelektronikmodllerinuygun kombinasyonu bir gama spektrometresi olarak adlandrlr. 45Birgamaspektrometresinegeleny-nlan.dedektriindekigermanyumkristaliile etkileerek(X-mlaniinSi),birelektrondeikiftiolutururvekristaliindebir elektrikakmmeydanagetirirler.Germanyumkristaldebirelektrondeikifti oluturmakiingereklienerji2,96eV'lar.Oluanelektronlarvedeikler,kristale uygulananyeterliderecedebirgerilimlemeydanagelenelektrikalanetkisiyle(F=q.E) hareketederler.Elektrikalannzorladyndehareketedensonrakatodaulaan elektrik yk, bir diren zerinden geirilerek, bir sinyale dntrlm olur. Siyaller,birnykselte,lineerykselteveelektriksinyalinisaylabilirniceliklere dntrenbirADC(AnalogtoDigitalConverter)elektronikmodlvastasylauygun adresleme dzeninde ok kanall analizrn hafzasna kaydedilir. rnein verdii gama spektrumu, analizr ekrannda gzlenebilir veya bir bilgisayara aktarlabilir. ok kanall analizr,spektrumanalizininkolaycayaplabilmesineimknverenelektronikbir sistemdir. Gamaspektrometresistemiileeitlimaddelerinradyoaktifolupolmad,radyoaktif iseaktivitesininekadarolduuhesaplanr.Hava,su,toprak,bitkiselvehayvansal gdalargibiokeitlimateryallereuygulandgibi,nkleersilahtestleri,nkleer kazalar ve nkleer santrallerden yaylan radyonkleidlerin tespitinde de kullanlr. 468SONU eitlimaddelerinradyoaktifolupolmad,radyoaktifiseaktivitesininnekadar olduunuradyasyonlerlerleyanidedektrlerizeleriz.Radyasyonilegndelik yaammzda artk ska etkileim halinde olduumuz asrmzda radyasyonun tespiti ve lmdebirokadarnemkazanmtr.evresineradyasyonyayanveartk hayatmzda yer etmi elektronik aralarn (televizyon, bilgisayar gibi) hzla oalmas, alternatif enerji olarak nkleer enerji kullanmnn yaygnlamas ve lkelerin savunma sanayisindeyerinialannkleersilahlarradyasyontespitaralarnn(dedektrler) nemini artrmtr. ilkatombombasnnatlmasndanbugnekadaryeryznde,radyasyonveradyoaktif maddelerinkullanlndabykbirartmeydanagelmitir.Butrmaddeleryalnz laboratuarlardabilimselaratrmakonusuolmaklakalmamendstri,tp,tarm, savunma,sanayiveveterinerlikalanlarndaokgenibirekildekullanlmaya balanmtr. 26Nian1986emobilnkleerkazasndansonraradyoaktiviteveradyoaktifkirlilik ok daha fazla gndemimize oturmutur. zellikle havada ve yiyeceklerdeki radyasyon ozamanlardayeterlidzeydelaletininolmamassebebiyletamolaraktespit edilememitir.Buolaydansonragamaspektrometresistemiileevremizdeki maddelerin radyoaktifliini daha rahatlkla lebilmekteyiz. Dierdedektrlerekarnyaniletkendedektrlerindahaiyienerjirezolsyonuna (ayrma gc) sahip olmas, daha az enerji ile puls retmesi ve compton salmasn en azaindirmeksuretiylelmverimininartmassebebiylesonyllardatercihedilen dedektrler arasna girmitir. Teknolojininhzlailerlemesiilebirliklegnmznkleertbbnda;gama kameralarnda, madde (kemik, di ve omurga taramalar) younluklarnn lmnde ve X-nlarnngrntlenmesindezellikleyariletkendedektrleriyaygnolarak kullanlmaktadr. 47 Ayrcaendstridekontrolsistemlerinde,evreselradyasyonuyanlarnda,nkleer korumalarda,havaalanlarndagvenlikmaksatlbagajvepaketdenetlemelerindede kullanlmaktadr. Sonuolarak,nemigngetikeartandedektrlerdenvezellikleyaniletken dedektrlerdenhalatamolarakyararlanldsylenemesedenkleertpalannda, gamaveXnlanndedeksiyonundaveendstridenemlimesafeleralnd grlmektedir. 48499KAYNAKLAR Yeniay, F., "ekirdek Fizii", Cilt I, stanbul. Semiz.M.,"NkleerRadyasyonDedektrleri",YksekLisansTezi,NideFen Bilimleri Enstits. Demir, M., "Nkleer Tp Fizii" stanbul niversitesi Cerrahpaa Tp Fak. stanbul. Trkiye Atom Enerjisi ve Kurumu Web Sitesi, ( www.taek.com.tr.) Yaram, B., "Nkleer Fizik", Cilt I, stanbul Fen Fakltesi. Bor, D., "Nkleer Tp Fiziine Giri". Arya, A.P., "ekirdek Fiziinin Esaslar". Bor,D.,"RadyasyonDeteksiyonvelmYntemleri"Ankaraniversitesi Mhendislik Fakltesi Fizik Mhendislii "NkleerFizieGiriveRadyasyonDedektrleri",NAEMElektronikBlmKurs Notlar. Gksel, S.A., "Radyasyonlarn Biyolojik Etkileri ve Radyasyon Korunmas", NAEM, stanbul.
