CHAPTER 4A General Properties of Radiation Detectors PDF

General Properties of Radiation Detectors Chapter 4  I. SIMPLIFIED DETECTOR MODEL Detector response to a single particle or quantum of radiation will be a current that flows for a time equal to the charge collection time. The sketch below illustrates one example for the time de...

General Properties of Radiation Detectors Chapter 4  I. SIMPLIFIED DETECTOR MODEL Detector response to a single particle or quantum of radiation will be a current that flows for a time equal to the charge collection time. The sketch below illustrates one example for the time dependence the detector current might assume, where t, represents the charge collection time..tc ‫ستكون استجابة الكاشف لجسيم وحيد أو كم مستقل من اإلشعاع عبارة عن تيار يسري لزمن مساو لزمن تجميع الشحنة‬. ‫ يمثل زمن تجميع الشحنة‬, tc ‫ حيث‬،‫يوضح الرسم أدناه مثالا واحداا لالعتماد على الزمن الذي قد يفترضه تيار الكاشف‬  MODES OF DETECTOR OPERATION A) Current Mode In the sketch below, we show a current-measuring device (an ammeter or, more practically, a picoammeter) connected across the output terminals of a radiation detector.  If we assume that the measuring device has a fixed response time T , then the recorded signal from a sequence of events will be a time-dependent current given by Because the response time T is typically long compared with the average time between individual current pulses from the detector, the effect is to average out many of the fluctuations in the intervals between individual radiation interactions and to record an average current that depends on the product of the interaction rate and the charge per interaction. In current mode, this time average of the individual current bursts serves as the basic signal that is recorded. At any instant of time, however, there is a statistical uncertainty in this signal due to the random fluctuations in the arrival time of the event. Thus, the choice of large T will minimize statistical fluctuations in the signal but will also slow the response to rapid changes in the rate or nature of the radiation interactions. The average current is given by the product of the average event rate and the charge produced per event.  ‫ إذا افترضنا أن نبطية القياس له زمن استجابة ثابت ‪ ،T‬فإن اإلشارة المسجلة لتسلسل ستكون من األحداث ستكون ا‬ ‫تيارا يعتمدا‬ ‫على الزمن تعطى كمايلي ‪-:‬‬ ‫ا‬ ‫طويال بالمقارنة مع متوسط الزمن الفاصل بين نبضتي تيار منفصلين من الكاشف‪،‬‬ ‫حيث ان زمن الستجابة ‪ T‬نمطيا يكون‬ ‫لذالك يؤخذ متوسط اعدة تراوحات في الفواصل الزمنية بين تفاعالت المستقلة لالشعاع ‪ ,‬ويسجل متوسط التيار الذي يعتمد‬ ‫على حاصل ضرب معدل التفاعل والشحنة لكل تفاعل‪.‬‬ ‫ في نموذج التيار ‪ ،‬يعمل متوسط رشقات التيار الفردية هذه المرة كإشارة أساسية يتم تسجيلها‪.‬‬ ‫ في أي لحظة من الزمن‪ ،‬هناك عدم يقين إحصائي في هذه اإلشارة بسبب التقلبات العشوائية في وقت وصول الحدث‪.‬‬ ‫ضا الستجابة للتغيرات السريعة في‬ ‫وبالتالي‪ ،‬فإن اختيار ‪T‬كبير سيقلل من التقلبات اإلحصائية في اإلشارة ولكنه سيبطئ أي ا‬ ‫معدل أو طبيعة التفاعالت اإلشعاعية‪.‬‬ ‫ يتم الحصول على متوسط التيار من خالل حاصل ضرب متوسط معدل الحدث والتكلفة المنتجة لكل حدث‪.‬‬ B. Mean Square Voltage Mode  We see that this mean square signal is directly proportional to the event rate r and, more significantly, proportional to the square of the charge Q produced in each event. C. Pulse Mode The nature of the signal pulse produced from a single event depends on the input characteristics of the circuit to which the detector is connected (usually a preamplifier). The equivalent circuit can often be represented as shown below. Here R represents the input resistance of the circuit, and C represents the equivalent capacitance of both the detector itself and the measuring circuit. If, for example, a preamplifier is attached to the detector, then R is its input resistance and C is the summed capacitance of the detector, the cable used to connect the detector to the preamplifier, and the input capacitance of the preamplifier itself. In most cases, the time-dependent voltage V(t) across the load resistance is the fundamental signal voltage on which pulse mode operation is based. Two separate extremes of operation can be identified that depend on the relative value of the time constant of the measuring circuit. From simple circuit analysis, this time constant is given by the product of R and C, or Z= RC. PULSE HEIGHT SPECTRA  The maximum pulse height observed (H5)is simply the point along the abscissa at which the distribution goes to zero. Peaks in the distribution, such as at H,, indicate pulse amplitudes about which a large number of pulses may be found. On the other hand, valleys or low points in the spectrum, such as at pulse height H3,indicate values of the pulse amplitude around which relatively few pulses occur. The physical interpretation of differential pulse height spectra always involves areas under the spectrum between two given limits of pulse height. A less common way of displaying the same information about the distribution of pulse amplitudes is through the integral pulse height distribution. Figure 4.2b shows the integral distribution for the same pulse source displayed as a differential spectrum in Fig. 4.2a. The ordinate now represents the number of pulses whose amplitude exceeds that of a given value of the abscissa H. The ordinate N must always be a monotonically decreasing function of H because fewer and fewer pulses will lie above an amplitude H that is allowed to increase from zero. Because all pulses have some finite amplitude, the value of the integral spectrum at H = 0 must be the total number of pulses observed (No)The value of the inte- gral distribution must decrease to zero at the maximum observed pulse height (H5).  ‫الحد األقصى لرتفاع النبضة المرصوده )‪)H5‬هو ببساطة النقطة على طول اإلحداثي السيني حيث يذهب التوزيع إلى الصفر‪.‬‬ ‫تشير القمم في التوزيع‪ ،‬كما هو الحال عند ‪ ،H‬إلى اتساع النبض الذي يمكن العثور على عدد كبير من النبضات حوله‪.‬ومن‬ ‫ناحية أخرى‪ ،‬تشير األودية أو النقاط المنخفضة في الطيف‪ ،‬مثل ارتفاع النبضة ‪ ،H3‬إلى قيم سعة النبضة التي تحدث حولها‬ ‫نبضات قليلة نسبياا‪.‬‬ ‫يتضمن التفسير الفيزيائي ألطياف ارتفاع النبضة التفاضلية دائ اما مناطق تحت الطيف تقع بين حدين محددين لرتفاع النبضة‪.‬‬ ‫عا لعرض نفس المعلومات حول توزيع سعات النبضة وهي من خالل توزيع ارتفاع النبضة المتكامل‪.‬‬ ‫هناك طريقة أقل شيو ا‬ ‫ويبين الشكل ‪4.2‬ب التوزيع المتكامل لنفس مصدر النبض المعروض كطيف تفاضلي في الشكل ‪4.2‬أ‪.‬‬ ‫يمثل اإلحداثي اآلن عدد النبضات التي يتجاوز اتساعها قيمة معينة لإلحداثي السيني ‪ H.‬يجب أن يكون اإلحداثي ‪N‬دائ اما دالة‬ ‫متناقصة بشكل رتيب لـ ‪H‬ألن نبضات أقل وأقل ستقع فوق السعة ‪ H‬التي يُسمح لها بالزيادة من الصفر‪.‬ألن كل النبضات لها‬ ‫بعض النهاية السعة‪ ،‬يجب أن تكون قيمة الطيف المتكامل عند ‪ H = 0‬هي العدد اإلجمالي للنبضات المرصودة (ل)‪.‬يجب أن‬ ‫تنخفض قيمة التوزيع المتكامل إلى الصفر عند أقصى ارتفاع للنبضة المرصودة (‪(H5‬‬