Yeni tip gama dedektörleri ve iz sürme tekniği
New type of gamma detectors and tracking technique
Yazar: SEMİH BAYKAL
Danışman: PROF.DR. AYŞE ATAÇ NYBERG
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gama spektroskopisi = Gamma spectroscopy

Özet:
Bu tezde yapım asaması hala sürmekte olan yeni tip gama ısını iz sürme dedektör küresi AGATA' nın veideal bir Ge küresinin performansları, Geant4 simülasyon ve MGT ileri yönde gama ısını iz sürmebilgisayar programları kullanılarak incelenmistir. Ayrıca, AGATA dedektörlerinin kapsüllenmis ve 2mmgenisligindeki cryostatlar içerisine 3' lü kümeler halinde yerlestirilmis oldugu gerçekçi bir dedektörsisteminin performansı da incelenmis ve kapsüllerin ile cryostat kabının dedektör performansına etkisibelirlenmistir. Bu çalısmada vakum altında tutulan ve 180 tane HpGe hexagonal yapıdaki çok bölümlü(her bir dedektör 36 bölümlü) dedektörlerden olusan, iç yarıçapı 235 mm dıs yarıçapı 329 mmboyutundaki AGATA küresi ve AGATA küresiyle aynı boyutlarda olan ideal Ge kabugu, GEANT4simülasyon programı içinde kullanılmıstır. Kürenin merkezine, enerjisi sırasıyla 1MeV, 3MeV olan vegelen ardısık gamma sayısı (multiplicity) m=1 ve m= 30 olan gama ısını kaynakları konularak, dedektörölçümleri simüle edilmis, sonra ileri yönde iz sürme teknigi ile AGATA küresinin performansınıbelirleyecek olan peak to total ratio (P/T), foto pik verimi ( pe e ), full width at half maximum (FWHM),enerji çözünürlügü (R) degerleri belirlenmistir. Bulunan degerler, AGATA teknik önerisinde belirtilendegerler ile uyum içindedir.MGT programı ile iz sürme islemi yapılması sonucunda, iz sürme sürecinden önceki degerlere kıyasla,P/T oranında %46'lık (m=1) ve %33' lük (m=30), foto pik veriminde ise %28'lik (m=1), %10' luk(m=30) bir artıs söz konusudur. Bunun yanında, FWHM (2,2keV) ve R (%0,2) degerlerinde, iz sürmeöncesi ve sonrasında bir degisiklik gözlenmemistir. AGATA dedektörleri için, iz sürme isleminden sonra1MeV' lik gamma enerjileri ve m=1 kosulu için P/T oranı %70, pe e degeri %50 civarında elde edilirken,m=30 kosulu için P/T %55, pe e %32 olarak bulunmustur. Bu degerler, bugüne kadar kullanılan dedektörküreleri, örnegin EUROBALL degerleri ile kıyaslandıgında, AGATA' nın çok üstün oldugunugöstermektedir. Bu sonuç, iz sürme teknigi ve çok bölümlü dedektörlerin basarısıdır. AGATA küresinecryostat ve alüminyum kapsüllerin ilavesinden sonra P/T ve pe e degerlerinde bir azalma gözlenmis,1MeV'lik gamalar için, m=1 kosulunda P/T %58, pe e %44 olarak ölçülmüstür.Anahtar Kelimeler: Geant4, mgt, ileri yönde gama ısını iz sürmesi, peak to total ratio (P/T), foto pikverimi ( pe e ), full width at half maximum (FWHM), enerji çözünürlügü (R), multiplicity

Abstract:
In this thesis, performances of a newly developing gamma-ray detector array AGATA and an ideal Geshell were investigated by using the GEANT4 simulation code and the MGT gamma ray forward trackingcode. Performance of AGATA detector was also investigated when detectors were encapsulatedand located, three by three, in a cryostat. In this study, AGATA sphere had an inner radius of 235mm andouter radius 329mm. 180 HpGe hexagonal detectors, each 36 fold segmented, were kept in vacuum. Anideal Ge shell that had the same dimensions with AGATA was also studied by using the GEANT4simulation program. The gamma ray source was located in the center of sphere and gamma raymeasurements for energies of 1MeV, 3MeV and multiplicities of m=1, m=30 were simulated. Afterthat, forward tracking method was applied and several values like peak to total ratio (P/T), photo peakeffiency ( pe e ), full width at half maximum (FWHM) and energy resolution (R), which are important indetermining the performance of AGATA were measured. These values are in agrement with thepreviously estimated values in AGATA Technical Proposal.The results which were obtained after the tracking procedure with the MGT code were compared to theresults before tracking. An increase of %46 (m=1) and an increase of %33 (m=30) were observed inthe P/T ratios for 1 MeV gamma-rays. Photo peak efficiency was increased by %28 (m=1) and %10(m=30). FWHM (2,2 keV) and R (%0,2) values were not changed by the tracking procedure. For 1 MeVgamma-rays, AGATA detectors gave P/T = %70 and pe e = %50 for m=1 and P/T = %55 and pe e = %32for m=30. As compared to the similar results for an earlier detector array, like EUROBALL, AGATA isfound to be superior. This is the success of the tracking technique and the segmented detectors. Afterincluding the Al capsules and the cryostat, an decrease in the P/T and pe e values were observed. For1MeV gamma-rays, P/T was found to be %58 and pe e was %44 (m=1).Key Words: Geant4, mgt, gamma ray forward tracking, peak to total ratio (P/T), photo peak efficiency( pe e ), full width at half maximum (FWHM), energy resolution (R), multiplicity(m)