Farklı tip HPGe dedektörlerin deneysel ve Monte Carlo yöntemleri ile karakterizasyonu
Characterization of different types of HPGe detectors with experimental and Monte Carlo methods
Yazar: ESRA UYAR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA HİCABİ BÖLÜKDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dedektörler = Detectors ; Germanyum = Germanium ; Kalibrasyon = Calibration ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Nükleer fizik = Nuclear physics ; Radyasyon dedektörü = Radiation detector

Özet:
Dedektör karakterizasyonu, dedektörün geometrik parametrelerinin deneysel veya Monte Carlo (MC) yöntemi ile belirlenmesi işlemidir. MC ile karakterizasyon için üretici tarafından sağlanan kristal ve iç boşluğunun uzunlukları ve çapları, dedektörün ön kenarının yarıçapı, kristal ile uç kabı arasındaki mesafe, ölü tabaka kalınlığı gibi parametrelerin doğru modellenmesi gereklidir. Bu tez çalışmasında üç adet p-tipi, bir adet n-tipi HPGe dedektör, kaynak geometrisi (noktasal ve hacimsel) ve dedektör parametrelerinin dedektör verimi üzerine etkisi, deneysel ve Monte Carlo yöntemleri ile incelenerek karakterize edilmiştir. Ayrıca yuvarlatılmış/keskin ön kenar geometrisi, kontak pim etkisi ve ölü tabaka kalınlık etkisi dört dedektörde de incelenmiştir. PHITS-MC simülasyon programının gama spektrometrik çalışmalarda güvenilir bir şekilde kullanılabileceği, amaca yönelik GESPECOR ve DETEFF programları ve deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. Düşük enerjilerde dedektör kristalinin yuvarlatılmış kenarının verim üzerinde %23'e kadar, yüksek enerjilerde ise bakır kontak pimin %4'e kadar hataya sebep olabileceği ve ölü tabaka kalınlığının tamamen dedektöre özgü arttığı görülmüştür. MC ile karakterizasyon çalışması yapılırken yuvarlatılmış kenar ve bakır kontak pimin modellemeye dahil edilmesi ve güncel ölü tabaka kalınlığının belirlenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Radyoaktivite analizlerinde en sık kullanılan silindir kap geometrisi de PHITS'te modellenmiştir. Böylece, maliyetli ve zaman alıcı olan deneysel karakterizasyon yerine MC yöntemi ile doğru bir şekilde karakterize edilen dedektör ile referans kaynaklara ihtiyaç duymadan her türlü geometrideki numunenin verim değerleri ve aktivite konsantrasyonlarının belirlenebileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Detector characterization is the process of precise determination of the detector geometric parameters by experimental or Monte Carlo method. For characterization with MC, parameters such as the length and diameter of the crystal and the inner-cavity, the radius of the front edge, the distance between crystal and end cap, the dead layer (DL) thickness, must be modeled. In this thesis, three p-type and one n-type HPGe detector were characterized by investigating the effects of source geometry and detector parameters on efficiency by experimental and MC methods. Rounded/sharp front edge geometry, copper contact pin (CCP) and DL thickness effect were investigated. It has been shown by the specific-purpose GESPECOR and DETEFF programs and experimental studies that the PHITS-MC simulation program can be used reliably in gamma spectrometric studies. The rounded edge can cause an error of up to 23% at low energies, and the CCP can cause an error of up to 4% at high energies on the efficiency; DL increases specific to the detector. While characterizing studies with MC, it was concluded that the rounded edge and CCP should be included in the modeling and the current DL should be determined. The cylindrical container, frequently used in radioactivity analysis, was also modeled in PHITS. Thus, instead of experimental characterization, it has been shown that the efficiency values and activity concentrations of the sample in any geometry can be determined without the need for reference sources with the detector characterized by the MC method.