Dedektörler

Temelde radyasyonun varlığını anlamak için kullanılan cihazlardır. Bazı dedektör tipleriyle radyasyonun varlığının yanında enerji bilgisi ve zamana bağlı sayım da alınabilmektedir. Dedektörler, radyasyonun içlerinde sebep olduğu iyonlaştırma ve uyarma mekanizmalarının elektrik sinyallerine çevrilmesi prensibiyle çalışırlar. En sık kullanılan dedektör tipleri şunlardır :

  • Gaz dolu dedektörler
  • İyon odası
  • Orantılı Sayaç
  • Geiger-Müller
  • Sintilasyon dedektörleri
  • Yarı iletken dedektörleri
  • Nötron dedektörleri

Gaz Dolu Dedektörler

Gaz-dolu dedektörlerin çalışma prensibi, iyonlaştırıcı radyasyonun gaz ortam içinde oluşturduğu iyonlaşmaların ölçülmesine dayanır. İyonlaştırıcı radyasyonun gaz ortam içinde oluşturduğu iyonlar, elektrik olarak yüklü parçacıklardır. Negatif yüklü parçacıklar serbest elektron, pozitif yüklü parçacıklar da elektron kaybetmiş gaz molekülleridir. Gaz-dolu dedektör ise, hem gaz dolu ortama hem de ortamdaki gaz moleküllerinin radyasyon ile etkileşme sonucu oluşan pozitif ve negatif elektrotlara sahip bir sistemdir. Pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki gerilim farkı sürekli korunur. Radyasyon ile etkileşme sonucu oluşan pozitif ve negatif yüklü iyonlar, dedektör içinde zıt yönlere gidecektir. Pozitif iyonlar katoda, negatif iyonlar da anoda hareket eder. Negatif yüklü iyonların hareketi bir elektrik akımı oluşturur ve bu akım hassas aygıtlar aracılığı ile saptanabilir. Bu elektrik akımı kullanıalrak radyasyon algılanır. Gaz-dolu dedektörler, pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki uygulanan gerilim farkına göre çeşitlere ayrılır. [34]

             

 

Gaz Dolu Dedektörlerin Çalışma Prensibi

 

İyon Odası

İyon odası, basitçe gaz-dolu kutu, radyasyonun geçebileceği bir pencere, merkezi bir tel, gösterge ve güç kaynağından oluşan bir dedektördür. Güç kaynağı, merkezi telin sürekli olarak pozitif elektrik yüklü kalmasını sağlayarak telin negatif elektrot olarak kalmasını sağlar. İyon odasında tele uygulanan gerilim diğer gaz-dolu dedektörlerde uygulanan gerilimden düşüktür. İyon odası, doz hızı ölçümü yapmak için sağlık sektöründe, ışınlanma düzeyinin ölçülmesi için radyasyon alan dedektörü olarak ve cep dozimetresi olarak kullanılır.

Orantılı Sayaçlar

Orantılı Sayaç

Orantılı sayaçlar, yapı olarak iyon odasına benzer. Orantılı sayaçlar ve iyon odası arasındaki en önemli fark orantılı sayaçlarda daha yüksek gerilim uygulanmasıdır. Bu yüksek gerilimden dolayı radyasyonun oluşturduğu elektrik akımı, ayrı bir radyasyon sayımı olarak değerlendirilecek kadar yükseltilir. Orantılı sayaçlar radyasyonun enerjisi ile ilgili bilgiye ulaşmamızı sağlar. Orantılı sayaçlarda, dedektör içi ilk iyonlaşma ve elde edilen elektrik akımı orantılıdır. Örnek vermek gerekirse, farklı enerjilere sahip radyasyon kaynaklarının oluşturdukları iyonlaşma sonucu oluşan elektrik akımı da farklı olacak ve bu enerjinin ayırt edilmesini sağlayacaktır

Geiger-Müller Dedektörleri

Geiger-Müller dedektörleri, yüksek gerilim ile çalışan iyon odalarıdır. Uygulanan yüksek gerilimden dolayı Geiger-Müller dedektörleri radyasyonun enerjisinden bağımsız olarak bir sinyal üretir. Geiger-Müller dedektörleri en yaygın kullanılan gaz-dolu dedektördür. Geiger-Müller dedektörleri radyasyonun ve radyoaktif kirlenmenin tespit edilebilmesi amacıyla kullanılır.         

Sintilasyon Dedektörleri

Sintilasyon dedektörleri, radyasyonun madde ile etkileşmesi sonucu açığa çıkan görünür ışığın radyasyon algılamasında kullanıldığı dedektör sistemleridir. Sintilasyon dedektörleri, diğer radyasyon dedektörlerinden farklı olarak bir kristal, fotokatot ve dinotlar içerir. Sintilasyon dedektörlerinde kristalin hemen yanında fotokatot bulunur. Kristal malzemesinin gama radyasyonu ile etkileşmesi sonucu ışık yayımlanır ve bu ışık fotokatota çarparak elektron salımına sebep olur. Bu elektronlar fotoelektron olarak adlandırılır. Fotoelektronlar gerilim ile yönlendirilerek dedektör tüpü içinde dinotlara çarpar. Dinotlar, herbiri bir öncekinden daha fazla pozitif yüke sahip metal elektrotlardır. Dinotlara çarpan her elektron, daha fazla elektronun salımına sebep olur ve elektron yığını artarak tüpün sonunda bulunan anot üzerinde toplanır. Elektronların bu hareketi elektrik akımını oluşturur ve bu akım hassas aygıtlar ile saptanarak radyasyonun enerjisi ile ilgili bilgiye ulaşılır. Sintilasyon dedektörleri alan takibi ve radyoaktif kirlenme uygulamalarında kullanılırlar. Sudaki radyasyon seviyesini belirlemede ve medikal görüntülemede de kullanılabilirler. Nükleer tesislerin tamamında güvenlik amaçlı kullanılmaktadır.  

Yarı İletken Dedektörleri

Yarı iletken dedektörler, gaz-dolu dedektörler ile benzer şekilde çalışan ancak bu dedektörlerde gaz yerine katı madde kullanılan dedektörlerdir. Gaz moleküllerinde olduğu gibi, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisiyle katı maddelerin atomlarındaki elektronlar da yer değiştirebilir. Yarı iletken dedektörlerde, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisi ile dedektörün yapısında bulunan kristal yapıda boşluklar oluşur. Bu durum, gaz dolu dedektörlerde iyonlaştırı radyasyon etkisiyle pozitif yüklü gaz moleküllerinin oluşmasına benzer. Yarı iletken bölgede, uygulanan gerilim yardımı ile elektronlar ve boşluklar hareket eder. Yüklü parçacıklar dedektörün anot ve katot uçlarına hareket eder. Elektronların hareketi bir elektrik akımıdır ve bu akım hassas aygıtlar ile saptanarak radyasyon bilgisi oluşturulur.        

Nötron Dedektörleri

Nötronlar doğaları gereği iyonlaşmaya ya da uyarmaya sebep olmazlar ve atomların elektronları ile etkileşmezler. Tespit edilmeleri zor olan nötronlar doğrudan ölçülemezler. Nötronların tespit edilebilmeleri için atom çekirdeği ile etkileşmeleri gereklidir. Nötronların ortamla etkileşmesi sonucu açığa çıkan ikincil radyasyonun ölçülmesi ile nötronlarla ilgili bilgi elde edilmiş olur. Örnek vermek gerekirse 10B çekirdeği nötron ile etkileşmesi sonucu açığa çıkan Li ve alfa parçacıklarının sistemde sebep oldukları iyonlaşma sonucu nötronlar algılanır.
Bazı nötron dedektörleri şunlardır:

  •  BForantılı sayaçları
  •  Helyum orantılı sayaçlar
  •  Gaz çarpışma orantılı sayaçları
  •  Kabarcık dedektörleri

Nötron dedektörleri tiplerine göre farklılık göstermekle birlikte verimleri direkt olarak donanımları ve yazılımlarıyla ilişkilidir.