Yüksek verimli Gama/Nötron dedektör prototipinin tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of a highly efficient Gamma/Neutron detector prototype
Yazar: GÜLER AĞGEZ
Danışman: PROF. DR. SUAT ÖZKORUCUKLU ; DR. JÜRGEN GERL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, nötron ve gama radyasyonu tespiti yapabilen, yüksek zaman çözünürlüğü ve konum hassasiyetine sahip bir dedektör prototipi geliştirme çalışmaları yapılmıştır. Günümüz teknolojisine dayanan donanım ve malzemeler kullanılarak ortaya çıkarılan bu dedektör sisteminin karakterizasyon çalışmaları tamamlanmıştır. Bu doğrultuda ilk olarak, hızlı zaman ve iyi bir konum çözünürlüğüne sahip plastik sintilasyon dedektörü kullanılması hedeflenmiştir. Bu dedektörden elde edilen konum bilgisi, plastik sintilatör malzemesi boyunca meydana gelen etkileşim noktalarının belirlenmesi prensibine dayanmaktadır. Her etkileşim noktası, sinyal okuyucu donanımında farklı genlikte bir çıkış vektörü oluşturmaktadır. Bu nedenle, dedektörün içindeki tüm etkileşim noktalarına yönelik bütün kanalların olay dağılımlarını içeren bir veri tabanına sahip olması gereklidir. Sintilasyon malzemesi boyunca etkileşim noktalarının elde edilen sinyal genliklerinin belirlenmesi için, Almanya'nın Darmstadt kentindeki GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH'nin Nükleer Spektroskopi Bölümü'nde bulunan 3D görüntüleme sistemi kullanılmıştır. Bu görüntüleme sistemi, konuma duyarlı bir fotoçoğaltıcı tüpe optik olarak bağlı bir LYSO (Lutetium Yttrium Silicate) sintilasyon kristalinden oluşmaktadır. Bu 3D görüntüleme sisteminde, Tekli Multi Anot (Individual Multi Anode Readout) (IMAR) yöntemi kullanılarak yaklaşık 1 mm uzaysal çözünürlüğe ulaşılmıştır. Ayrıca, ölçüm sisteminin geliştirilmesi amacıyla GSI Deneysel Elektronik Bölümü tarafından üretilen yeni nesil elektronik okuma kartları olan TDC tabanlı Twinpeaks-TAMEX4 kartları test edilmiş ve kullanılmıştır. Son olarak, bPlast olarak adlandırılan plastik dedektörü ve CLLBC (Cesium Lanthanum Lithium BromoChloride) sintilasyon dedektörlerinin gama ve nötron radyasyonunu ayırt etme yeteneği Uçuş Zamanı (Time-of-Flight) yöntemi kullanılarak incelenmiştir ve sonuçlar sunulmuştur.

Abstract:
In this thesis work, efforts have been made to develop a detector prototype capable of detecting neutron and gamma radiation, with high time resolution and position sensitivity. Characterization studies of this detector system, created using hardware and materials based on current technology, have been completed. In this context, firstly, the use of a plastic scintillation detector with fast timing and good spatial resolution has been targeted. The position information obtained from this detector is based on the principle of determining the interaction points occurring along the plastic scintillator material. Each interaction point creates an output vector of different amplitudes in the signal readout hardware. Therefore, it is necessary for the detector to have a database containing event distributions for all interaction points inside it. To determine the signal amplitudes obtained from the interaction points along the scintillation material, a 3D imaging system located in the GSI Nuclear Spectroscopy Department of GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt, Germany was used. This imaging system consists of an optically coupled LYSO (Lutetium Yttrium Silicate) scintillation crystal attached to a position-sensitive photomultiplier tube. In this 3D imaging system, an approximate spatial resolution of 1 mm has been achieved using the Individual Multi Anode Readout (IMAR) method. Additionally, in order to improve the measurement system, novel electronic readout cards produced by the GSI Experimental Electronics Department, named TDC-based Twinpeaks-TAMEX4 cards, have been tested and utilized. Finally, the ability of the plastic detector called bPlast and the CLLBC (Cesium Lanthanum Lithium BromoChloride) scintillation detectors to distinguish between gamma and neutron radiation has been examined using the Time-of-Flight method, and the results have been presented.