منابع و ماخذ مقاله شبیه سازی، دو قطبی

دانلود پایان نامه

عنوان صفحه

4-9-4- استفاده از نوارهای میکرو 52
4-9-5- استفاده از روش تقسیم بار 53

فصل پنجم: مقدمه ای بر نرم افزارهای بکار گرفته شده در این پایان نامه و نتایج شبیه سازی
5-1- مقدمه 55
5-2- استفاده از نرمافزار Gmsh 56
5-3- استفاده از نرمافزار Elmer 62
5-3-1- نرمافزار ElmerGrid 63
5-3-2-نرمافزار Elmer Solver 64
5-4- تولید فایل با پسوند sif. 64
5-5- استفاده از نرمافزار ++Garfield 66
5-6- وارد کردن Field Maps به نرمافزار ++Garfield: 67
5-7- پتانسیلهای وزنی و بازخوانی سیگنال 69
5-8- نتایج شبیهسازی 71

فصل ششم: ابعاد و نحوه ساخت
6-1- اجزاء آشکارساز 74
6-1-1- کاتد و خط تأخیر 74
6-1-2- صفحهی آند 76
6-1-3- فاصله دهنده 78
6-2- محفظه 79
6-2-2- پنجره ورودی 80
6-3- گاز و چگونگی ترکیب آن 80
6-3-1- نوع گاز 81
عنوان صفحه

6-3-2- تعیین درصد گازها و چگونگی ترکیب آنها 83
6-3-3- فشار گاز 84
6-4- چشمه 85

فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات 86

مراجع 96

پیوستها 98

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

فهرست جدولها

عنوان صفحه

جدول (2-1) مسیر آزاد میانگین λ، ضریب انتشار D، روان روی µ یونها در گازهای
خودشان تحت شرایط استاندارد دما و فشار 14
جدول (2-2) مقادیر تجربی پارامترهایی که در معادلات ‏(2-19)‏(2-20) ظاهر شده اند. 23

فهرست شکلها

عنوان صفحه

شکل (1-1) طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی به همراه طول موج و فرکانس مربوطه 3
شکل (1-2) شمایی از پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه 4
شکل (1-3) شمایی کلی از هندسه آشکارساز 5
شکل (1-4) ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد. 5
شکل (1-5) ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد با وجود خط تأخیر خارجی. 6
شکل (1-6) کاتد مورد استفاده در روش چند لایهای، کاتدهای صورتی کاتدهای x هستند که به صورت افقی به یکدیگر متصل شدهاند و کاتدهای سبز کاتدهای y هستند که به صورت عمودی به یکدیگر متصل شدهاند. 8
شکل (2-1) تغییرات ارتفاع پالس تولید شده توسط انواع مختلف آشکارسازها بر حسب ولتاژ اعمال شده. دو نمودار مربوط به دو انرژی مختلف تابش ورودی است 19
شکل (2-2) تغییرات ضریب تاونزند بر حسب شدت میدان الکتریکی برای یک گاز معمولی 22
شکل (3-1) شکل شمارنده تناسبی استوانهای 28
شکل (3-2) شمای مقطعی از شمارنده تناسبی استوانهای، سیم نازک مرکزی به عنوان آند و دیواره خارجی به عنوان کاتد عمل میکند. 28
شکل (3-3) رفتار شدت میدان الکتریکی شعاعی درون محفظه استوانهای 29
شکل (3-4) نشان دهنده محدوده پدیده بهمنی حول سیم آند، شعاع حدی rc و شدت میدان الکتریکی حدی Ec در شمارنده تناسبی استوانهای. در واقعیت ناحیه پدیده بهمنی به سیم آند خیلی نزدیک است. 31
عنوان صفحه

شکل (3-5) وابستگی اولین ضریب تاونزند بر حسب شدت میدان الکتریکی برای سه مخلوط گاز 80% CO2 + 20% Ne (خط صاف) و 90% CH4 + 10% Ar (خط چین) و 70% CO2 و 30% Ar (خط نقطه نقطه) 34
شکل (3-6) اثرات مثبت استفاده از خاموش کننده در شمارندههای تناسبی 35
شکل (4-1) شکل آشکارساز و خط تأخیر 41
شکل (4-2) مدار خط تاخیر 43
شکل (4-3) مدار معادل آشکارساز + خط تأخیر 44
شکل (4-4) مبدل دامنه به زمان + ذخیرهسازی دادهها + نمایش دادهها 45
شکل (4-5) نمایشی از تبعیض دامنههای سیگنال 46
شکل (4-6) پالس ورودی 47
شکل (4-7) تضعیف پالس ورودی 47
شکل (4-8) معکوس کردن پالس ورودی و ایجاد تأخیر در آن 48
شکل (4-9) ترکیب دو پالس قبلی و ایجاد پالس دو قطبی 48
شکل (4-10) شکل آشکار ساز حساس به مکان یک بعدی 49
شکل (4-11) طراحی در روش خط تأخیر 50
شکل (4-12) طراحی در روش چند لایه ای 51
شکل (4-13) طراحی استفاده از دو کاتد 52
شکل (4-14) طراحی استفاده از نوارهای میکرو 52
شکل (4-15) طراحی استفاده از روش تقسیم بار 53
شکل (5-1) فایل نوشتاری geo. برای یک شش ضلعی با طول 1cm 58
شکل (5-2) شکل دیداری شش ضلعی با طول 1cm 58
شکل (5-3) فایل .geo برای چند بار تکرار یک صفحه 59
شکل (5-4) شکل دیداری چند بار تکرار یک صفحه 59
شکل (5-5) تصویر هندسه آشکارساز با استفاده از نرمافزار Gmsh 60
عنوان صفحه

شکل (5-6) تصویر انتخاب یک حجم فیزیکی به عنوان یکی از کاتدها 61
شکل (5-7) طریقه مِشبندی فایل هندسه در ترمینال 61
شکل (5-8) شکل دیداری فایل مِشبندی شده 62
شکل (5-9) توصیف مختصری از نرمافزارهای استفاده شده. 67
شکل (5-10) پالسهای کاتدهای x و y آشکارساز شبیهسازی شده با استفاده از نرمافزار گارفیلد ++ 71
شکل (5-11) تصویر پدیده بهمنی در شبیهسازی آشکارساز با استفاده از
نرمافزار Garfield++ 72
شکل (6-1) طراحی کاتد به همراه خط تأخیر توسط نرم افزار Altium Designer 75
شکل(6-2) تصویر کاتد و خط تأخیر بعد از ساخت 76
شکل (6-3) طراحی آند توسط نرم افزار Altium Designer 77
شکل (6-4) تصویر صفحه آند بعد از ساخت و لحیم کردن سیمها 77
شکل (6-5) طراحی فاصله دهنده توسط نرم افزار Altium Designer 78
شکل (6-6) تصویر صفحه فاصله دهنده بعد از ساخت 78
شکل (6-7) طراحی محفظه با استفاده از نرم افزار SolidWorks 79
شکل (6-8) تصویر محفظه بعد از ساخت 80
شکل (6-9) بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گاز زنون بر حسب انرژی (طول موج) و ضخامت
ناحیه فعال در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبینیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود 81
شکل(6-10( بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گاز آرگون بر حسب انرژی (طول موج) و ضخامت ناحیه فعال در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبی
نیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود 82

عنوان صفحه

شکل(6-11) بازدهی تبدیل تابش ایکسِ گازهای آرگون، کریپتون، زنون بر حسب انرژی
(طول موج) و ضخامت ناحیه فعال mm6 در دما و فشار معمولی، از این نمودار تنها برای پیشبینیِ تقریبی بازده آشکارسازها استفاده میشود 82
شکل (6-12) چگونگی ترکیب گاز 83
شکل (6-13) دستگاه ترکیب کننده گاز 84
شکل (7-1) اجزاء الکترونیکی متصل به آشکارساز به صورت طرحوار 87
شکل (7-2) تصویر اجزاء الکترونیکی متصل به آشکارساز 88
شکل (7-3) تصویر پیشتقویت کننده چهارکاناله. 88
شکل (7-4) شماتیکی از کارکرد MCA. 90
شکل (7-5) طیف حاصل از جابجایی چشمه در جهت عمودی به میزان 20 میلیمتر نسبت به مکان قبلی. 91
شکل (7-6) طیف حاصل از جابجایی چشمه در جهت افقی به میزان 20 میلیمتر نسبت به مکان قبلی. 93
شکل (7-7) تصویری از حساس به مکان بودن آشکارساز نسبت به مکان چشمه. 94

مقدمه

فصل اول

مقدمه

آشکارسازی تابش ایکس کم انرژی

برای آشکارسازیِ تابش ایکس کم انرژی آشکارسازهایی اعم از شمارندههای تناسبی گازی، آشکارسازهای حالت جامد1 و آرایههای میکروکانال2 موجود هستند، ولی به دلیل مزیتهایی که در زیر ذکر شدهاست آشکارسازهای تناسبی گازی از گذشته تا کنون به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند[1]:
بازدهی بالا
پهنای باند گسترده
امکان ساخت در اندازههای بزرگ
تابش پس زمینه کم
امکان ساخت برای بدست آوردن قدرت تفکیک پذیری مکانی
امکان به دست آوردن قدرت تفکیک پذیری انرژی
آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی زیر مجموعهای از شمارندههای تناسبی گازی هستند که میتوان توسط آنها علاوه بر شمارش تعداد برهمکنشها، مکان برهمکنش را نیز به دست آورد، به همین دلیل یکی از کاربردهای آنها استفاده در شتابدهنده یا به عبارت دیگر استفاده از آنها در تصویربرداری از نمونهای که در معرض تابش قرار میگیرد است، به این صورت که نمونهای در معرض تابش قرار میگیرد و تابش پراشیده شده از نمونه توسط آشکارساز آشکار میشود و ساختار آن نمونه مشخص میشود. آشکارسازهایِ دیگری اعم از آشکارسازهای سوسوزن هم برای این هدف موجود هستند ولی در این آشکارسازها باید برای بدست آوردن نرخ سیگنال به نویز قابل قبول، انرژی ذره ورودی زیاد باشد. از طرفی هم در تصویربرداری اگر ماده هدف نازک باشد دیگر نمیتوان از انرژیهای زیاد استفاده کرد زیرا برای اینکه بتوان ساختار ماده را مشخص کرد، تابش ابتدا باید توسط نمونه جذب شود و پراکندگی یا پراش اتفاق بیافتد و سپس توسط پراش به وجود آمده به ساختار نمونه پی برده شود در حالی که اگر انرژی تابش زیاد باشد، تابش کاملاً از هدف عبور میکند. به همین دلیل انرژیهای پایین مد نظر هستند که تابش X نرم بهترین گزینه است. ‏شکل (1-1) محدوده تابشهای الکترومغناطیسی را نشان میدهد که محدوده تابش X نرم در آن مشخص است:

طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی به همراه طول موج و فرکانس مربوطه

عملکرد پراش و آشکارسازی

آشکارسازهای گازی حساس به مکان چند سیمی به دلیل عملکرد خوبی که در محدودهی انرژیهای پایین دارند مورد توجه قرار گرفته اند. عملکرد پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه در ‏شکل (1-2) مشخص است :

Sample

شمایی از پراش و آشکارسازی به صورت خلاصه

همانطور که از ‏شکل (1-2) مشخص است آشکارساز برای اینکه بتواند تمامی تابشهایی که پراشیده میشوند را آشکار کند باید زاویه فضایی زیادی را بپوشاند.

فرآیند آشکارسازی

آشکارسازی در یک و دو بعد انجام میشود، برای اینکه بتوان فرآیند آشکارسازی را درک کرد میتوان آن را مانند فرآیند یک اسکنر در نظر گرفت که در آشکارسازی یک بعدی نمونه در یک جهت مثلاً x اسکن میشود در حالی که در آشکارسازی دو بعدی نمونه یکبار در جهت x و یکبار در جهت y اسکن میشود و به همین دلیل سریعتر است.
آشکارساز یک بعدی در مرجع [2]مورد بررسی قرار گرفته است. در این پایاننامه آشکارساز حساس به مکان دو بعدی مورد بررسی قرار میگیرد. روشهای متعددی برای آشکارسازی حساس به مکان دو بعدی موجود است که عبارتاند از:
روش خط تأخیر
روش چند لایه ای
استفاده از دو کاتد
استفاده از نوارهای میکرو
استفاده از روش تقسیم بار
که در این پایان نامه روش خط تأخیر با هندسهای به ‏شکل (1-3) انتخاب شده است:

شمایی کلی از هندسه آشکارساز

به دلیل اینکه سیگنال نهایتا از کاتد گرفته میشود هر کدام از کاتدها اعم از x و y به خطوط تأخیر متصلاند که این خطوط تأخیر هر یک شامل یک خازن 82pF و یک خود القاء 20µH است. برای درک استفاده از روش خط تأخیر، در یکی از بعدها، دو مکان انجام برهمکنش در نظر گرفته میشود. ‏0و Error! Reference source not found.اگر پیکسل ستاره دار مکان انجام برهمکنش باشد و هر کدام از مولفههای خازن و خودالقا تأخیر 1 µs ایجاد کنند در ازای تشکیل دو پالس A و B داریم:

ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد.

ادامه شکل (1-4)

پس در این حالت تأخیر منفی برای دو پالس A و Bنسبت به یکدیگر بوجود میآید ولی به دلیل اینکه تأخیر منفی تعریف نشده است باید طراحی جدیدی برای از بین بردن آن ایجاد شود، به این صورت که سه تأخ
یر خارجی که هرکدام تأخیری به اندازه کل خط تأخیر متصل به پیکسلها ایجاد میکند (در اینجا 6µs)، به صورت زیر اضافه میشوند:

ایجاد سیگنال در دو مکان مختلف برای یک بعد با وجود خط تأخیر خارجی

ادامه شکل (1-5)

بنابراین در حالت جدید تأخیر منفی از بین میرود.
در ساخت این آشکارساز به جای دو کاتد از یک صفحه به عنوان کاتد x و y استفاده شده است که بالای آن سیمهای آند که به ولتاژ متصل میشوند قرار دارند و بالای آن هم پنجره ورودی قرار دارد‏شکل (1-3) بنابراین در این حالت به طراحی ویژهای نیاز است که بتواند سیگنالها را به طور مساوی روی هر دو کاتد پخش کند یا به عبارت دیگر هر دو کاتد X و کاتد Y در فاصله یکسانی از مکان پدیده بهمنی (سیمهای آند) قرار گیرند. به همین دلیل از طراحیای شبیه ‏شکل (1-6) استفاده شده است.
.

کاتد مورد استفاده در روش چند لایهای، کاتدهای صورتی کاتدهای x هستند که به صورت افقی به یکدیگر متصل شدهاند و کاتدهای سبز کاتدهای y هستند که به صورت عمودی به یکدیگر متصل شدهاند.

عملکرد درست آشکارساز

در این آشکارساز باید تمامی پیکسلها کار کنند تا عملکرد آشکارساز کاملاً درست باشد. آسانترین راهی که میتوان از درست کار کردن پیکسلها مطمئن شد این است که یک منبع قوی با اکتیویته زیاد به فاصلهی تقریباً زیادی از مانع با شکل مشخص (مثلاً K) به عنوان کولیماتور قرار گیرد و طیف حاصل مشاهده شود. در صورت درست بودنِ تمامی پیکسلها طیف حاصل باید به صورت پیوسته باشد و همان شکل را بدون وجود نقطهای نامشخص بدهد.
در این پایان نامه ابتدا آشکارسازهای گازی و سپس آشکارسازهای تناسبی که زیر مجموعهای از آشکارسازهای گازی است به ترتیب در فصلهای 2 و 3 مورد بررسی قرار گرفته شدهاند. در فصل 4 به بررسی آشکارسازهای حساس به مکان دو بعدی و الکترونیک وابسته پرداخته شده است. در فصل 5 نتایج شبیهسازی آورده شده است و به دلیل اینکه نرمافزار گارفیلد++ نرمافزارای بسیار کاربردی برای آشکارسازهای گازی است و همچنین با استفاده از نرمافزارهای کمکی Gmsh و Elmer میتوان هندسهی بسیاری از آشکارسازها را تعریف کرد و به دلیل اینکه تا به حال هیچ مرجعی برای نحوهی اجرای این نرمافزارها موجود نیست به نحوی اجرای این نرمافزارها به همراه شکل پرداخته شده است. در فصل 6 به ابعاد و نحوه ساختِ اجزاء آشکارساز پرداخته و در نهایت در فصل 7 به بررسی نتایج و همچنین پیشنهادهایی برای کارهای آتی پرداخته شده است.

فصل دوم

آشکارسازهای گازی

آشکارسازهای گازی

مقدمه

تابش با عبور از گاز میتواند باعث یونیزه شدن مولکولهای گاز شود، اگر انرژی تابش، بیشتر از انرژی پتانسیل یونیزاسیون مولکولهای گاز باشد، میتوان جفتهای بار تولید شده توسط تابش را بوسیله میدان الکتریکی خارجی در جهت مخالف وادار به حرکت کرد. نتیجهی این فرآیند تولید پالس الکتریکی است که میتوان آن را توسط دستگاه های اندازهگیری مرتبط اندازه گرفت. این فرآیند مبنای کارکرد آشکارسازهای گازی است.
یک آشکارسازگازی نوعی، شامل

Leave a Reply