Metody měření a vyhodnocení ionizujícího záření

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření

Anotace:

Přednáška se zaměřuje na zpracování signálu ze detektorů ionizujícího záření a dále akvizici a zpracování dat. Zabývá se mimo jiné energetickou spektrometrií, časovou spektrometrií, koincidenčními měřeními, tvarovou diskriminací částic či dekonvolucí spekter. Součástí předmětu je dvanáct laboratorních cvičení, jež studentům umožní probíranou látku procvičit prakticky a naučit studenty základům práce s elektronickými moduly určenými pro zpracování signálu z detektorů ionizujícího záření, převážně standardu NIM. Studenti si rovněž osvojí práci s osciloskopem. Absolventi předmětu budou schopni navrhnout, zapojit a nastavit jednoduchý obvod složený z modulů standardu NIM se zadaným účelem a provádět diagnostiku obdobných obvodů.

Požadavky:

Znalosti o detekorech ionizujícího záření a mít orientační přehled o elektronice.

Osnova přednášek:

1. Blokové zapojení základních systémů. Prvky impulzové elektroniky, signál z detektoru, impedance, C-R a R-C obvod

2. Způsoby navázání různých typů detektorů IZ na vyhodnocovací zařízení, přívod vysokého napětí a odběr signálu z GM počítačů a scintilačních detektorů jediným koaxiálním kabelem. Současný odběr časové a amplitudové informace ze scintilačních a polovodičových detektorů.

3. Předzesilovače napěťové a nábojové, problematika šumu, způsoby vybíjení integrační kapacity. Blokové schéma, odvození signálu „reset“. Nábojové zesílení a jeho závislost na změnách kapacity detektoru a zesílení zesilovače bez zpětné vazby. Příklady zapojení.

4. Spektroskopické zesilovače. Zesílení, nelinearita, amplitudová přetížitelnost. Způsoby tvarování signálu. Funkce obvodů P/Z cancelation, PUR, base line restorer, jejich správné nastavení. Hradlovaný integrátor.

5. Tvarová, časová a amplitudová meření. Rozlišení podle tvaru impulzu. Odvození referenčního času, určení koincidence, antikoincidence, časového posunu. Měření četnosti, ztráty při počítání impulzů. Amplitudové diskriminátory, AD převodníky.

6. Mnohokanálové analyzátory, princip, blokové zapojení. Režimy „PHA“ a „MCS“. Registrace mrtvé doby, stabilizace spektra. DSP.

7. Metody zpracování a vyhodnocování spekter. přenosová funkce, dekonvoluce, stripping, numerická analýza spektra.

8. Zdroje nízkých a vysokých napětí pro jadernou instrumentaci, požadavky na ně a způsoby řešení, ochranné obvody. Měření malých stejnosměrných proudů a nábojů, elektrometry. Ochrana polovodičových detektorů při nedostatečném chlazení.

9. Modulární systémy instrumentace NIM, CAMAC, VME. Standardizace analogových a digitálních signálů. Řízení jednotlivých modulů a přenos dat.

Osnova cvičení:

1. Blokové zapojení základních systémů. Prvky impulzové elektroniky, signál z detektoru, impedance, C-R a R-C obvod

2. Způsoby navázání různých typů detektorů IZ na vyhodnocovací zařízení, přívod vysokého napětí a odběr signálu z GM počítačů a scintilačních detektorů jediným koaxiálním kabelem. Současný odběr časové a amplitudové informace ze scintilačních a polovodičových detektorů.

3. Předzesilovače napěťové a nábojové, problematika šumu, způsoby vybíjení integrační kapacity. Blokové schéma, odvození signálu „reset“. Nábojové zesílení a jeho závislost na změnách kapacity detektoru a zesílení zesilovače bez zpětné vazby. Příklady zapojení.

4. Spektroskopické zesilovače. Zesílení, nelinearita, amplitudová přetížitelnost. Způsoby tvarování signálu. Funkce obvodů P/Z cancelation, PUR, base line restorer, jejich správné nastavení. Hradlovaný integrátor.

5. Tvarová, časová a amplitudová meření. Rozlišení podle tvaru impulzu. Odvození referenčního času, určení koincidence, antikoincidence, časového posunu. Měření četnosti, ztráty při počítání impulzů. Amplitudové diskriminátory, AD převodníky.

6. Mnohokanálové analyzátory, princip, blokové zapojení. Režimy „PHA“ a „MCS“. Registrace mrtvé doby, stabilizace spektra. DSP.

7. Metody zpracování a vyhodnocování spekter. přenosová funkce, dekonvoluce, stripping, numerická analýza spektra.

8. Zdroje nízkých a vysokých napětí pro jadernou instrumentaci, požadavky na ně a způsoby řešení, ochranné obvody. Měření malých stejnosměrných proudů a nábojů, elektrometry. Ochrana polovodičových detektorů při nedostatečném chlazení.

9. Modulární systémy instrumentace NIM, CAMAC, VME. Standardizace analogových a digitálních signálů. Řízení jednotlivých modulů a přenos dat.

Cíle studia:

Znalosti:

Přehled o metodách zpracování signálů z detektorů ionizujícího záření a jejich využití pro spektroskopii.

Schopnosti:

Umět kvalifikovaně pracovat se spekroskopickou elektronikou a vyhodnocovat naměřená data.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Gerndt J., Průša P., Detektory ionizujícího záření, 2. přepracované vydání. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2011

[2] Ahmed S.N., Physics & Engineering of Radiation Detection, Elsevier, 2nd edition, 2015

Doporučená literatura:

[3] Knoll G.F., Radiation Detection and Measurement, 4th Edition, Wiley, 2012

[4] Iniewski, K., Electronics for Radiation Detectors, CSC Press, 2010

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Aplikovaná fyzika ionizujícího záření (PS)