Radyasyon Dedektör Teknolojileri ve Uygulamaları

İyonlaştırıcı radyasyonun tespiti ve ölçülmesi nükleer teknoloji alanında oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle, Enstitümüz bünyesinde bulunan Malzeme Araştırmaları Laboratuvarları, Radyasyon Algılama Sistemleri Laboratuvarı ve Nükleer Elektronik Laboratuvarları alt yapısı kullanılarak radyasyon dedektörlerinin üretimi, tasarımı ve ürün özelliklerinin geliştirilmesi konularında interdisipliner araştırma geliştirme faaliyetleri sürdürülmektedir.

Bu kapsamda yapılan çalışmalar aşağıda listelenen başlıklar altında gruplandırılabilir.

  • Sintilasyon Dedektörleri
  • Gaz Tabanlı Dedektörler
  • Diğer Çalışmalar

Sintilasyon Dedektörleri

Sintilatörler, nükleer teknoloji alanında iyonlaştırıcı radyasyonun algılanmasında kullanılan, radyasyon enerjisi ile uyarıldığında ışık yayan şeffaf malzemelerdir. Sintilatörler, inorganik ve organik sintilatörler olmak üzere ikiye ayrılmaktadırlar. Bu malzemelerin sahip oldukları avantaj ve dezavantajlar aşağıda verilen tabloda özetlenmektedir.

ORGANİK SİNTİLATÖRLER

İNORGANİK SİNTİLATÖRLER

AVANTAJLARI

DEZAVANTAJLARI

AVANTAJLARI

DEZAVANTAJLARI

Hızlı yanıt süresi

Düşük ışık verimi

Yüksek ışık verimi ve doğrusallık

Göreceli olarak yavaş yanıt süresi

İstenilen boyutlarda üretilebilir olması, kolayca işlenebilir, biçimlendirilebilir olması

Çok fazla radyasyon hasarına uğraması

Yüksek yoğunluk ve yüksek etkin atom numarası (Zeff)

Tek kristaller için kristal büyütme işlemlerinin zor ve karmaşık olması

Düşük maliyet

Düşük yoğunluk, düşük etkin atom numarası (Zeff)

Yüksek enerji çözünürlüğü

Yüksek Maliyet

 

Sintilasyon dedektörleri ise sintilatör malzemesi ve bu malzemenin hemen arkasında bulunan ve sintilatör malzemenin yaydığı ışığı elektrik sinyaline dönüştüren fotoçoklayıcıdan meydana gelir. Sintilasyon dedektörleri günümüzde bilgisayarlı tomografi (CT) ve pozitron emisyon tomografisi (PET) gibi tıbbi görüntüleme cihazlarında, güvenlik taramalarında (hava alanları ve sınır güvenlik kapıları gibi ulusal güvenlik gerektiren alanlarda), yeni enerji kaynakları ve madenlerin tespit edilmesinde, astrofizikte, parçacık ve yüksek enerji fiziği ile hızlandırıcı deneylerinde kullanılmaktadır.

Inorganik Sintilasyon Dedektörleri:

İnorganik sintilatör malzemeler genel olarak sahip oldukları yüksek yoğunluk ve etkin atom numarası değerlerine ek olarak üstün optik özellikleri (yüksek ışık verimi, yüksek enerji çözünürlüğü, kısa ölü zaman vb.) sebebiyle son yıllarda büyük ilgi görmektedirler.

Enstitümüz bünyesinde inorganik sintilatörler konusunda sürdürülen çalışmalar, iyonlaştırıcı radyasyonun tespitine ve tanımlanmasına olanak sağlayan, üretim yöntemleri tek kristal malzemelere kıyasla daha kolay ve daha az maliyetli olan yeni nesil polikristal seramik sintilatörler üzerine yoğunlaşmıştır. Yapılan çalışmalar, Kimyasal Proses ve Malzeme Üretim Laboratuvar alt yapılarını kullanarak ıslak kimyasal yöntemler ile seramik sintilatör tozlarının sentezlenmesi ve karakterizasyonu, sentezlenen seramik tozların toz metalürjisi süreçleri ile radyasyon dedektörlerinde kullanılacak nihai ürün haline getirilmeleri ve üretilen malzemenin kalite kontrol süreçleri ile sahip oldukları optik ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesine yönelik araştırma geliştirme çalışmalarını kapsamaktadır.

Üretimi yapılan şeffaf polikristal seramik sintilatör malzemelerin radyasyon altında oluşturdukları pırıltıları silikon fotoçoklayıcı fotodiyotlar ile algılayabilen elektronik devre tasarımı, test ve kalibrasyon çalışmaları ile yazılım ve mobil cihazlara entegrasyonu kapsamında aplikasyon geliştirilmesi konularında çalışmalar yapılmaktadır.

 

 

 Geliştirilen aplikasyon ve prototip dedektörün ekran görüntüleri 2


Geliştirilen aplikasyon ve prototip dedektörün ekran görüntüleri

                                                                                                                  Geliştirilen aplikasyon ve prototip dedektörün ekran görüntüleri 1

Ayrıca, gama radyasyonunun enerjisi ile orantılı tepki verebilen sintilatör malzemelerin araştırma geliştirme çalışmaları ile bu sintilatör malzemelerin özelliklerine uygun spektrum analizörünün geliştirilmesi konusunda Ar-Ge çalışmalarına devam edilmektedir.

Organik Sintilasyon Dedektörleri:

Uzun yıllardan beri nükleer ve yüksek enerji fiziği alanlarında radyasyon dedeksiyonu amacıyla kullanılmakta olan plastik sintilatörler uygun maliyete sahip olmalarının yanı sıra gama ışınlarına göstermiş oldukları duyarlılık ve büyük hacimlerde üretilebilmeleri sayesinde önemli avantajlara sahiptirler. Ticari plastik sintilatörler polimer matris ve matris içerisinde oluşan ışıldamaları farklı dalga boyuna dönüştüren birincil ve ikincil floresan katkı maddeleri olmak üzere üç bileşenden oluşmaktadır. Plastik sintilatör yapımında kullanılan ana plastik malzemeler polistiren (PS), poliviniltoluen (PVT) ve akriliktir.

Ülkemizde radyasyon hareketlerini takip etmek, kontrol dışı radyoaktif maddeleri tespit etmek için Gümrük Kapılarına (Kara, Hava, Deniz) kurulmuş olan ve ihtiyaç dahilinde kurulmaya devam eden Radyasyon İzleme Sistemlerinde (RIS) polistiren plastik sintilatörler kullanılmaktadır.

Enstitümüz bünyesinde mevcut olan Kimyasal Proses ve Polimer Döküm Laboratuvarları alt yapısı kullanılarak hem Radyasyon İzleme Sistemlerinde kullanılan plastik sintilatör malzemelerin yerli imkanlarla üretilmesine yönelik araştırma geliştirme faaliyetleri hem de nötron dedektörü olarak kullanılması planlanan plastik sintilatör malzemelerinin üretilmesi konusunda çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmalara paralel olarak, nötron dedektörü çalışmaları kapsamında Atım Şekli Ayırma konusunda devre ve yazılım geliştirilmesi konusunda çalışılmaktadır.

                                                                                             Enstitümüzde üretilen farklı geometri ve boyutlara sahip PS sintilatör malzemeleri.

Enstitümüzde üretilen farklı geometri ve boyutlara sahip PS sintilatör malzemeleri.

Gaz Tabanlı Dedektör Sistemleri:

Ankara Yerleşkemizde bulunan Radyasyon Algılama Sistemleri Laboratuvarında gaz tabanlı dedektör sistemlerinin tasarımları ve prototiplerinin araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütülmektedir. Öncelikli olarak Gama radyasyonu ölçebilen Geiger Müller (GM) tüpünün ve dedektör sisteminin geliştirilmesi planlanmaktadır. Bu çalışmadaki temel amaç; Kurumumuzda üretilen ve GM tüpü kullanılan monitörlerin tüplerinin tamamen yerli imkânlarla üretilmesinin önünü açmaktır. Bilindiği üzere GM tüpü; tasarımı ve içerisinde kullanılan gaz, yapılan değişiklikler ile alfa, beta, gama ve X-ışınlarını tespit edilebilir.  Ayrıca, bu tip tüpler nötronların ölçümüne yönelik adapte edilebilme özelliğine de sahiptirler.

Prototip Geiger Müller (GM) Tüpü ve Çeşitleri 1  Prototip Geiger Müller (GM) Tüpü ve Çeşitleri 2 

Prototip Geiger-Müller (GM) Tüpü ve Çeşitleri

 GM Gaz Doldurma Sistemi 1 GM Gaz Doldurma Sistemi 2  GM Gaz Doldurma Sistemi 3 

 GM Gaz Doldurma Sistemi

 

İstanbul Yerleşkemizde bulunan laboratuvarlarımızda Radyasyon Algıçları Prototipi Geliştirme çalışmaları adı altında ülkemizde hali hazırda sınırlı sayıda olan radyasyon dedeksiyon sistemleri üretim yelpazesini genişletmek ve farklı radyasyon ölçer sistemlerin üretilebilirliğini ortaya koymak adına Ülkemizde üretimi yapılmayan farklı türdeki radyasyon ölçer dedektörlerin (iyon odalı dedektör, nötron dedektörü, orantılı sayaç gibi) prototiplerini geliştirme ve ihtiyaç halinde seri üretimi noktasında ön çalışmalar yapılmaktadır.

 

İyon Odalı Detektör Prototipi Tasarım Denemeleri Detektör Odası Tasarımı Laboratuvar Denemeleri
       

Diğer Çalışmalar:

Yukarıda bahsedilen konulara ek olarak CMOS kamera sensörü ve fotodiyotlar ile radyasyon tespiti konularında da çalışmalar yapılmaktadır. Ayrıca lazer yardımıyla uzaktan radyasyon tespiti konusunda da Ar-Ge çalışmaları planlanmaktadır.

CMOS kamera sensörü ile radyasyon tespiti:

Cep telefonu gibi mobil cihazlar üzerinde bulunan CMOS kamera sensörlerinin gama/beta radyasyonuna verdikleri tepkiler üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan testlerde CMOS kamera sensörlerinin radyasyona vermiş olduğu tepkiler net olarak gözlemlenmiştir. Geliştirilecek bir mobil uygulama ile özellikle belirli bir aktivite üzerinde olan gama radyasyonun tespiti üzerinde çalışılmaktadır.

Fotodiyotlar ile radyasyon tespiti:

Bazı fotodiyot çeşitlerinin uygun ters besleme koşulları altında gama/beta radyasyonuna verdikleri tepkiler incelenmiş, bu çerçevede sadece fotodiyot kullanılarak radyasyon tespit edebilen elektronik devre ve mobil uygulama geliştirilmiştir. Geliştirilen devrenin NÜKEN/ISDL laboratuvarlarında testleri yapılmış ve kalibrasyon eğrisi çıkarılmıştır.