Katkılı polistiren film sintilatör ile yüklü parçacık tayini
Charged particle detection by doped polystyrene film scintillator
Yazar: EZGİ AZ
Danışman: DOÇ. DR. KENAN KOÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tezde, film yüklü parçacık sintilasyon detektörünün üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Çözeltiden döküm yöntemi kullanılarak; 2,5-Difeniloksazol (PPO) katkılı Polistiren (PS) matris kloroform ile çözündürülerek, 100μm kalınlıkta bir film elde edilmiştir. Bir UV-Vis spektrometresi ve floresans ölçüm düzeneği ile 200-1100nm dalga boyu aralığında geçirgenlik ve lüminesans ölçümleri ile filmin optik karakterizasyonu yapılmıştır. Detektör numunesi, 340nm'nin altında gözlenen güçlü bir absorblama bölgesine sahiptir ve 400-450nm bölgesindeki geniş tepe ile floresans emisyonu vermiştir. Kaydedilen emisyon spektrumu, film sintilatörü ile birleştirilecek olan foto çoğaltıcı tüpün (PMT) kuantum verimlilik bölgesi ile eşleşmektedir. Filmin durma gücü ORTEC-Alpha Duo Si-yüzey engelli yüklü parçacık ölçüm sistemi ile incelenmiştir. Beta ve alfa zayıflatma ölçümleri için sırasıyla Sr90 / Y90 ve Th230 standart kalibrasyon kaynakları kullanılmıştır. Tüm alfa parçacıkları detektör malzemesi tarafından durdurulmuş ve beklendiği gibi zayıflatılmış bir beta spektrumu ölçülmüştür. Tasarlanan film detektörünün sintilasyon ölçümleri, detektör malzemesi ORTEC 556 yüksek gerilim güç kaynağına bağlı Hamamatsu R9880u-110 PMT ile birleştirilerek gerçekleştirilmiştir. Çıkış sinyalleri PSI-DRS4 FPGA tabanlı osiloskop ile sayısallaştırılmış ve bir PC ile kaydedilmiştir. Toplanan verilerin çevrimdışı zaman ve genlik analizi ROOT yazılımı ile yapılmıştır. Üretilen film sintilatör detektörü, beta ve alfa parçacıkları için yeterli sinyal-gürültü oranı ile sırasıyla 40ns ve 32ns sönüm zaman değerlerine, 841.3ps ve 984ps çıkış zaman değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the production and characterization of film charged particle scintillation detector has been accomplished. Direct casting method is used to obtain a 100μm film by doping 2,5-Diphenyloxazole (PPO) in Polystyrene (PS) matrix dissolved by chloroform. The optical characterization of the film was made by transmittance and luminescence measurements in 200-1100nm wavelength range by a UV-Vis spectrometer and a fluorescence measurement setup. The detector sample has a strong absorption region that is observed below 340 nm and yield fluorescence emission with the broad peak at 400-450 nm region. The recorded emission spectrum is matching with the quantum efficiency region of the photomultiplier tube (PMT) that will be coupled with the film scintillator. The stopping power of the film is studied with an ORTEC-Alpha Duo Si-surface barrier charged particle detection system. For beta and alpha attenuation measurements, Sr90/Y90 and Th230 standard calibration sources are used respectively. As all the alpha particles blocked by the detector material, a diminished beta spectrum is acquired as expected. The scintillation response of the designed film detector is handled by coupling detector material to Hamamatsu R9880u-110 PMT powered by an ORTEC 556 high voltage power supply. The output signals are digitalized by a PSI-DRS4 FPGA based digital oscilloscope and recorded via a PC. The offline time and amplitude analysis of the collected data are done by ROOT framework software. The produced film scintillator detector has rise time values of 841.3ps and 984ps with accompanying fall time values 40ns and 32ns for beta and alpha particles respectively with an adequate signal to noise ratio.