Porovnání plastového scintilačního detektoru s detektorem NaI(Tl), jejich užitných a dozimetrických vlastností 1. Plastový scintilační detektor 2. NaI(Tl) detektor

Jiří VÁVRA

Bachelor's thesis

The comparison of plastic scintillation detector with detector NaI(Tl), their utility and dosimetric properties. 1. The plastic scintillator detector 2. NaI(Tl) detector

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá ionizujícím zářením, především pak jeho detekcí neboli měřením a to dvěma scintilačními detektory ionizujícího záření, plastovým scintilačním detektorem a detektorem jodidu sodného aktivovaného thaliem neboli NaI(Tl). V první kapitole je nejprve rozebíráno ionizující záření z obecného hlediska, např. co je to ionizující záření a radioaktivita, uvedeny a vysvětleny druhy radioaktivních přeměn, dále jsou vysvětleny interakce ionizujícího záření. Následně zobrazen průchod ionizujícího záření hmotou a v krátkosti zdroje ionizujícího záření. Poté jsou uvedeny veličiny a jednotky charakterizující pole záření v prostoru a působení záření na látku. Jelikož se ve své bakalářské práci nezabývám účinky ionizujícího záření na organismus, nejsou zde uvedeny veličiny a jednotky s tím spjaté. Po informacích týkajících se ionizujícího záření jsou obecné informace o scintilačních detektorech, jaké ideální vlastnosti by měl mít scintilační materiál, princip scintilačních detektorů. Především pak informace o uvedených detektorech a jejich vlastnosti. Cílem práce je porovnání plastového scintilačního detektoru a detektoru NaI(Tl), které jsou v dnešní době velmi často využívány. Porovnat užitné vlastnosti těchto detektorů, které se používají v dozimetrii, v průmyslu, ve zdravotnictví, aj. Porovnat účinnost, rozlišení, energetické závislosti, aj. pomocí měření s bodovými zářiči. Pro účinné porovnání byly k měření použity detektory o stejné velikosti, dále pak radionuklidové zdroje emitující ionizující záření s různými energiemi v celém rozsahu měření. Veškerá měření probíhala po dostatečně dlouhou dobu a v olověném stínění, aby nedocházelo k rušení okolním (přírodním) zářením. Ve výsledných spektrech jsou vyznačeny píky daných radionuklidů, aby byl zřetelný rozdíl v rozlišení u použitých detektorů, dále je graficky znázorněn světelný výtěžek detektorů. Provedl jsem energetickou kalibraci obou detektorů, účinnostní kalibraci pouze u detektoru NaI(Tl), u plastového detektoru nebylo možné tuto kalibraci realizovat především z důvodu špatného rozlišení tohoto detektoru a z toho vyplývající nedostatek kalibračních bodů. Tento problém měl za následek, že energetická kalibrační křivka u plastového detektoru není lineární, tudíž není úplně optimální. U detektoru NaI(Tl) jsou obě vytvořené křivky v podstatě ideální. Z naměřených spekter a jejich vyhodnocení vyplývá, že detektor NaI(Tl) má znatelně lepší rozlišovací schopnost a lepší světlený výtěžek. Proč tedy a k čemu používat plastový scintilační detektor? O tom je diskutováno v závěru bakalářské práce. I přesto, že mají plastové detektory horší spektrometrické vlastnosti, se používají velmi často. Především proto, že jsou několika násobně levnější a dají vyrábět ve velkých rozměrech a různých tvarech za přijatelnou cenu. Slouží k rychlé selekci, tedy zjištění, zda měřený objekt vyzařuje ionizující záření či nikoliv. Zatímco NaI(Tl) detektory se používají k identifikaci radionuklidů vzhledem k svému poměrně vysokému rozlišení.

Abstract:

This bachelor thesis deals with ionizing radiation, especially with its detection by another name measurement, in two scintillation detectors of ionizing radiation, a plastic scintillation detector and the detector of thallium-activated sodium iodide by another name NaI (Tl). The first description of an ionizing radiation in general terms is in the first chapter, eg. what is ionizing radiation and radioactivity, types of radioactive decay are listed and explained, further there are explained the interaction of ionizing radiation. Subsequently there are shown the passage of ionizing radiation by the material and in shortly way sources of ionizing radiation. Then there are quantities and units characterizing the radiation field in the space and the radiation exposure to the substance. As I do not deal with the effects of ionizing radiation on the organism in my bachelor thesis, there are not listed quantities and units associated with it. After information about ionizing radiation there is general information about scintillation detectors, which ideal properties should have scintillation material, the principle of scintillation detectors. In particular, there are information about mentioned detectors and their properties. The aim of the thesis is to compare the plastic scintillation detector with the detector NaI (Tl), which are used very often nowadays. Then to compare functional characteristics of these detectors, which are used in dosimetry, in industry, healthcare, and others. Then to compare efficiency, resolution, energy dependence, etc. with using the measurement of point emitters. There were used to measure the detectors of the same size for effective comparison, then radionuclide sources emitting the ionizing radiation with different energies in the entire measurement range. All measurements were made over a sufficiently long period and in the lead shielding to avoid interference from other (natural) radiation. The resulting spectras are indicated by peaks of the radionuclides to be a distinct difference in the resolution at used detectors, then there is graphically illustrated the light yield of detectors. I performed the energy calibration of both detectors, the efficiency calibration of the detector only at NaI (Tl) detector. It was not possible to implement this calibration at a plastic detector mainly due to the bad resolution of the detector and the resulting lack of calibration points. This problem has resulted that the energy calibration curve is not linear at a plastic detector; therefore, it is not entirely optimal. Both formed curves are essentially ideal at the detector NaI (Tl). It is shown from the measured spectras and their evaluation that the detector NaI (Tl) has a significantly better resolution and better light yield. So why and for what to use a plastic scintillator detector? The fact is discussed at the end of this thesis. Although plastic detectors have low spectrometric properties, they are used very often. Mainly because they are several times cheaper and they can be produced in large sizes and different shapes for a reasonable price. They are used for quick selection, thus determining whether the measured object emits ionizing radiation or not. NaI (Tl) detectors are used to identify radionuclides because of their relatively high resolution.

Keywords

Ionizující záření, scintilační detektory, plastový detektor, NaI(Tl) detektor, dozimetrie.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 8. 2014

Accessible from:: 12. 8. 2014

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jan Singer, CSc.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Health and Social Studies

Bachelor programme / field:
Protection of Inhabitants / Protection of Inhabitants Focused on Chemical, Biological, Radiological and Nuclear Noxa and Explosives