Orantılı sayaçlarda temel elektron transport parametrelerinden birinci townsend katsayısının kuru havada ölçümü
Measurement of the first townsend coefficient in dry air, a fundamental electron transport parameter for proportional counters
Yazar: TAMER YALÇIN
Danışman: PROF. DR. EROL KAM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gama radyasyonu = Gamma radiation ; Yüklü parçacıklar = Charged particles

Özet:
Kuru havaya (%79 N2, %21 O2) ait birinci Townsend katsayıları kararlı hal Townsend düzeneği (SST) kullanılarak 3 mbar basınç altında 263-1056 Td indirgenmiş elektrik alan aralığında, 2 mbar basınç altında 377-1056 Td indirgenmiş elektrik alan aralığında iki farklı veri seti için ölçülmüştür. Böylece kuru hava için literatürde 300 Td'ye kadar olan ölçüm aralığı 1056 Td'ye kadar yükseltilmiştir. 300 Td üzerindeki ölçüm değerlerinin Magboltz 2 benzetim sonuçları ile her iki veri seti için de uyumlu olduğu görülmüştür. Sınırlı sayıdaki literatür sonuçları ile çakışmanın olduğu tek ortak elektrik alan bölgesi olan 263-300 Td arasındaki sonuçlar kendi içinde tutarlılık göstermekle birlikte literatürdeki diğer grupların sonuçlarından ve Magboltz 2 benzetim sonuçlarından yüksek değerlere sahip olduğu görülmüştür. Bu çalışma ve diğer grup çalışmaları basınçlarına göre kıyaslandığında elektrik alan arttıkça sonuçlar arasındaki yüzdelik farkların dolayısıyla basınca bağımlılığın azaldığı gözlenmiştir. Görsel bir test olan Korff parametrelendirmesi yapılarak bu çalışmada elde edilen sonuçların Korff parametrelendirmesi ile literatür sonuçlarına kıyasla daha uyumlu olduğu gözlenmiştir. 3 mbar veri seti için  10 kata kadar, 2 mbar veri seti için 100 kata kadar orantılı çoğaltmalar görülmüştür. Deney sonuçları her iki veri seti için kıyaslandığında basınca bağımlılık gözlenmezken birinci Townsend katsayılarının beklendiği gibi sadece indirgenmiş elektrik alanın fonksiyonu olduğu görülmüştür. Townsend'in klasik formülünün geçerli olduğu elektron bağlanmasının ihmal edilebilir olduğu aralıklar için hesaplamalar yapılmış ve sonuçlar bildirilmiştir. Elektron bağlanmasının ihmal edilebilir olduğu aralıklar her iki veri seti için Magboltz 2 benzetimleri yardımıyla bulunmuştur. Deneysel hatalar hesaplanmış ve tüm veri noktaları için deneysel hataların % 17'den az olduğu görülmüştür.

Abstract:
The first Townsend coefficients for dry air (79% N2, 21%O2) were measured for two different data sets for the reduced electric field range 263-1056 Td under 3 mbar pressure and 377-1056 Td under 2 mbar pressure using a steady state Townsend setup (SST). Thus, the measurement range up to 300 Td in the literature for dry air was increased up to 1056 Td. Values above 300 Td were found to be in agreement with Magboltz 2 simulation results for both data sets. The results between 263-300 Td, which is the only common electric field region where there is overlap with the limited number of literature results, show consistency within itself and are higher than the results of other groups in the literature and Magboltz 2 simulation results. When this study and other group studies were compared according to their pressures, it was observed that the percentage differences between the results decreased as the electric field increased, thus the pressure dependence decreased. Korff parameterization, which is a visual test, was performed and it was observed that the results obtained in this study were more compatible with Korff parameterization compared to the literature results. For the 3 mbar data set, proportional multiplications of around 10 times and for the 2 mbar data set, proportional multiplications of around 100 times were observed. When the experimental results are compared for both data sets, no pressure dependence is observed, while the first Townsend coefficients are only a function of the reduced electric field as expected. Calculations have been performed for ranges where electron bonding is negligible, where Townsend's classical formula is valid, and the results are reported. The ranges where electron binding is negligible were found with the help of Magboltz 2 simulations for both data sets. Experimental errors were calculated and found to be less than 17% for all data points.