İyonize radyasyon kaynağı yön tayini
Ionizing radiation source direction finding
Yazar: BURAK ÇUHADAROĞLU
Danışman: PROF. DR. HAKKI GÖKHAN İLK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Düşük gürültülü yükselteç = Low noise amplifier ; FPGA = FPGA ; Geiger yöntemi = Geiger metodu ; Radyasyon = Radiation ; Radyasyon dedektörü = Radiation detector

Özet:
Bu çalışma iyonize edici kaynakların tespitini ve cihazın pozisyonuna göre iyonize edici kaynağın yönünü bulan bir dedektör sisteminin ortaya konulması, tasarlanması, yazılımının hazırlanması, cihazın üretilmesi, test ve karakterizasyon aşamalarını içermektedir. Radyasyon yönü bulma sisteminde algılayıcı olarak dörderli diziler şeklinde paralel bağlanmış BPW34 model PIN diyotlar kullanılmıştır. Bu diziler silindirik yapıda tasarlanmış ve döküm tekniği ile imal edilmiş kurşun bir bloğun sekiz farklı yöndeki sensör yuvalarına yerleştirilerek, iyonize ışımaları yönlü şekilde algılamaları sağlanmıştır. Dedektör sistemi, prob mekanizması ve metal şase, Geiger-Müller prensibi ile çalışan sekiz adet gama sayıcı devresi ve bunların LNA kartları, gama sayıcı, algoritmalar ve sinyal işleme blokları ile test yazılımın çalıştığı, tek çipte çalışmaya imkan veren paralel işlem özelliğine sahip FPGA yongası, VHDL yazılımı, yüksek voltaj kartı, invertör kartı ve 12V batarya bileşenlerinden oluşmaktadır. Sistem ayarlanabilir dedektör bias voltajına ve her kanal için ayarlanabilir taban çizgisi düzeltici ve diskriminatör seviyelerine sahiptir. Ölçüm sonuçları cihazın ön kapağında bulunan HMI dokunmatik ekranda tasarlanan ara yüz sayesinde, her kanalın cpm veya cps değeri ve kaynağın pozisyonunun açı değeri verilmektedir. Açı değeri 360 derecelik bir skalada ibre ile de gösterilmektedir. Gama kaynağı ile yapılan testlerde, kaynak yönü ±22.5° aralığında, %99.22 başarım oranıyla ölçülmüştür. Dedektör, düşük ve yüksek enerjili doğal gama radyasyon kaynaklarıyla (9.761 μCi aktiviteli  ve 59.54 keV enerjili 241Am kaynağı,  3.7 MBq aktiviteli  ve 661.6 keV enerjili 137Cs  kaynağı ve  1 μCi aktiviteli 1173 ve 1332 keV enerjiye sahip 60Co kaynağı) test edilmiştir.  Bu tasarım düşük maliyetli, güç sarfiyatlı ve hacimli, el çantası büyüklüğünde, sahada kullanıma uygun hafiflikte, düşük gürültülü bir cihazdır.

Abstract:
This work includes introduction, design, software, device production, testing and characterization stages of a detector system determining the ionizing radiation sources and direction with respect to the device position. In radiation direction finding system, BPW34 model PIN diodes connected parallel in the form of quadrilateral arrays placed in the sensor slots in eight different directions of a lead block designed in a cylindrical structure and manufactured with the casting technique, allowing them a directional radiation sensing. Detector system consists of a probe mechanism, metal chassis, a high voltage board, an inverter board, 12V battery, eight gamma counter circuits working with the Geiger-Müller principle and their LNA cards, FPGA chip with parallel processing feature, that allows VHDL software of gamma counters, algorithms, the test software, signal processing blocks to work in a single chip. The system has adjustable baseline restorer and discriminator levels for each channel and adjustable detector bias voltage. The cpm or cps value of each channel, source position angle is given on an HMI screen. The angle value is also indicated by a pointer on a 360-degree scale. In the tests performed with gamma sources, the source direction was measured in the range of ±22.5°, with a 99.22 % success. The detector system was tested with low and high energy natural gamma radiation sources (9.761 μCi 59.54 keV 241Am, 3.7 MBq 661.6 keV 137Cs, and 1 μCi 1173 and 1332 keV 60Co). This design is a low-cost, power and volume, handbag-sized, lightweight, low-noise device suitable for field use.