Új típusú, félvezető alapú fotoelektron-sokszorozók vizsgálata
Napjainkban az elektronikus eszközök legtöbb fajtájának felépítésében fontos szerepet játszanak a félvezető alapú fotoelektron-sokszorozók (SiPM - Silicon Photomultiplier), melyek több területen is részben kiszorították helyükről a hagyományos fotoelektron-sokszorozó csöveket (PMT - Photomultiplier Tube) és a lavina fotodiódákat (APD - Avalanche Photodiode). Ezen területek közé tartozik a nagyenergiás fizikai alkalmazások és az asztrofizika mellett az orvosi képalkotás is. [1]
A SiPM-ek egyik legnagyobb előnye a hagyományos PMT-kel szemben, hogy ezek a detektorok felépítésük, illetve működési elvük következtében nem érzékenyek a külső mágneses térre. Emellett a félvezető alapú fotoelektron-sokszorozók erősítése elérheti a 10^5 - 10^6 értéket is, ami egy nagyságrendbe esik a hagyományos PMT-k erősítésével, és ez lényegesen kisebb előfeszítések, 20 - 30 V, esetén is megvalósítható. Ennek következtében az alkalmazásukhoz nem szükséges sem külső erősítő, mint az APD-k esetén, sem nagyfeszültségű tápegység, mint a PMT-k esetén, melyek számottevően korlátozzák ezek felhasználhatóságát. Ezenkívül a SiPM-ek kis mérete és relatíve alacsony csatornánkénti ára nagymértékben elősegíti széles körben való alkalmazhatóságukat.
Munkám során tanulmányoztam a félvezető alapú fotoelektron-sokszorozókat, mind az irodalom, mind mérések segítségével. Megismertem felépítésüket, működési elvüket és legfontosabb jellemző paramétereiket. Vizsgálataim során egy Hamamatsu által gyártott C11206-0404FB(X) típusú, S11830-3344MF cikkszámú analóg többpixeles félvezető alapú fotonszámlálót használtam. Méréseim célja először az adott Hamamatsu félvezető alapú fotoelektron-sokszorozó aktív és passzív jellemzőinek feltérképezése volt. A passzív jellemzők közül a detektor reflexióját vizsgáltam a hullámhossz, illetve a beesési szög függvényében. Az aktív jellemzők közül meghatároztam a pixelek dinamikus tartományát, a pixelek közötti optikai áthallás mértékét, illetve a detektor pixeleinek egyformaságát. Eredményeim alapján megállapítható, hogy gerjesztés hatására a detektor válaszjele az elméleti várakozásoknak megfelelően kis intenzitás esetén lineárisan arányos a gerjesztés mértékével, nagyobb intenzitások esetén azonban telítődő jelleget mutat. További méréseim során gamma illetve UV fotonal gerjesztett LYSO szcintillációs kristályból kilépő lumineszcens fény detektálását végeztem. Az irodalom alapján [2] a LYSO kristály optikai és gamma gerjesztésre adott spektrális válasza megegyezik, ezért vizsgáltam a kétféle gerjesztés ekvivalenciáját. Méréseim során a rendszer több paraméterét is változtattam, így vizsgálatokat végeztem különböző méretű kristálytűkkel, illetve különböző sugárforrásokkal is.
Irodalom:
[1] A. Nassalski, M. Moszynski, A. Syntfeld-Kazuch, T. Szczesniak, L. Swiderski, D. Wolski, T. Batsch, and J. Baszak, „Multi Pixel Photon Counters (MPPC ) as an Alternative to APD in PET Applications”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 57, No. 3, (2010)
[2] R. Mao, L. Zhang, Ren-Yuan Zhu „Emission Spectra of LSO and LYSO Crystals excited by UV Light, X-Ray and γ-ray”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 55, No. 3, (2008)
szerző
-
Fülep Csilla
fizikus
nappali
konzulens
-
Dr. Lőrincz Emőke
címzetes egyetemi tanár, (külső)
