VYUŽITIE IONIZUJÚCEHO ŽIARENIA

Röntgenová fluorescenčná spektrometria je jadrovo-fyzikálna metóda slúžiaca na kvantitatívnu a kvalitatívnu analýzu prvkového zloženia rôznych materiálov. Je založená na princípe röntgenovej fluorescencie, ktorá je definovaná ako emisia charakteristického žiarenia materiálom excitovaným vysokoenergetickým röntgenovým alebo gama žiarením. Výhodou metódy je jej rýchlosť, nedeštruktívnosť a žiadne, resp. minimálne nároky na úpravu vzorky, takže analýzu neznámej vzorky je možné vykonať aj v teréne. Vďaka týmto výhodám nachádza metóda röntgenovej fluorescenčnej spektrometrie široké uplatnenie v oblasti metalurgie, biológie, chémie, environmentalistiky, mineralógie, archeológie a mnohých ďalších. ÚJFI disponuje modulárnym zariadením od firmy AMPTEK, ktoré pozostáva z mini-röntgenového zdroja a zo spektrometra s Si-PIN polovodičovým detektorom. Analýza zaznamenaných röntgenofluorescenčných spektier s cieľom stanovenia presného prvkového zloženia skúmaného materiálu môže byť vykonaná rôznymi spôsobmi, či už s použitím referenčných materiálov alebo fyzikálnych modelov rôznej zložitosti. UJFI v spolupráci so študentami odboru Aplikovanej informatiky vyvíja vlastný softvérový produkt na analýzu spektier založený na metóde fundamentálnych parametrov.

Čítať viac

Laboratórium slúži na výskum a vývoj detektorov na báze perspektívnych polovodičových zlúčenín a na pedagogické účely. Pozostáva z automatizovaného meracieho zariadenia určeného na zisťovanie elektro-fyzikálnych parametrov detektorov meraním ich volt-ampérových charakteristík v rozsahu napätí 0,1 V až 1000 V a prúdov 1 fA až 20 mA.

Laboratórium je ďalej vybavené spektrometrickými trasami na zisťovanie spektrometrických vlastností polovodičových detektorov: digitálnou spektrometrickou trasou InSpector2000 a spektrometrickou trasou s PX5 digitálnym pulzným procesorom  s integrovaným zdrojom vysokého napätia a mnohokanálovým analyzátorom. Meraním alfa a gama spektier ²⁴¹Am a ¹³³Ba sa určujú spektrometrické vlastnosti polovodičových detektorov. Pre porovnávacie merania je k dispozícii CdTe polovodičový detektor. 

Laboratórium disponuje hybridným pixelovým (256´256 pixelov, a= 55mm) detektorom typu Timepix s FITPix rozhraním predstavujúcim digitálnu röntgenovú kameru tretej generácie umožňujúcu registráciu stôp ionizujúceho žiarenia ako aj röntgenové zobrazovanie. K tomu je k dispozícii olovená tieniaca komora s röntgenovou trubicou MAGNUM so striebornou anódou, maximálnym urýchľujúcim napätím 40 kV a s ohniskom 0,4 mm. Ďalším prírastkom je digitálna röntgenová kamera MiniPIX-TPX3 od firmy Advacam s pixelovým detektorom na báze Timepix3 vyčítavacieho čipu, ktorá je vyššou verziou hybridných detektorov Timepix vyvinutých Medipix kolaboráciou. Pre pedagogické účely sú k dispozícii dve Minipix EDU kamery s rôznou hrúbkou Si senzora.

Praktickým využitím polovodičového detektora je aparatúra röntgenovej fluorescenčnej analýzy – XRF kit, ktorá pozostáva zo spektrometra s citlivým polovodičovým Si-PIN detektorom a z mini-röntgenky, ktoré sú ovládané cez USB port notebookom. Zariadenie disponuje aj programom pre kvantitatívnu a kvalitatívnu analýzu röntgenofluorescenčných spektier. Doplnkovým zariadením laboratória je aj mikroskop s digitalizáciou obrazu slúžiaci na fotodokumentáciu vzoriek detektorov a osciloskopy pre sledovanie signálu z detektora.

Čítať viac

Výskum polovodičových detektorov je realizovaný v Laboratóriu polovodičových detektorov ÚJFI FEI
STU, v spolupráci s ElÚ SAV na jej pracoviskách a v medzinárodnej spolupráci s ďalšími laboratóriami
vo svete ako napr. CEA Cadarache FR, ÚTEF ČVUT, Praha, CZ. Výskum je zameraný najmä na nové
perspektívne polovodičové materiály ako SiC a GaAs a na prípravu detektorov pre aplikácie
v spektrometrii, v digitálnej rádiografii a pre zobrazovanie a vyhodnocovanie parametrov stôp častíc
v okolí urýchľovačov či vo vesmíre. Úspechom na medzinárodnej úrovni je vývoj prvého hybridného
multi-pixelového detektora (TPX3) s radiačne odolným SiC senzorom.

Výskum je realizovaný s podporou projektov ako:

• DS-FR-22-0012, SICDET, SiC Timepix Detektor, 2023-2025
• APVV-22-0382, PIRADUNEW, Perspektívne detektory ionizujúceho žiarenia pre nepokryté energetické okno neutrónov, 2023-2027
• APVV-18-0273, RADSEN Radiačne odolnejší senzor pre RTG zobrazovanie vyššej kvality, 2019-2023
• APVV-18-0243, RADET Výskum radiačne odolných polovodičových detektorov pre jadrovú energetiku. 2019-2022
• VEGA 2/0084/20, Vysokoodolné polovodičové senzory ionizujúceho žiarenia pre využitie v radiačnom prostredí, 2020 – 2023
• VEGA 2/0152/16, Detekcia ionizujúcich častíc s využitím senzorov na báze semiizolačného GaAs a 4H-SiC pre fyziky vysokých energií. 2016-2018,
• APVV-0321-11, Nové polovodičové detektory neutrónov. 2012 – 2015

Vybrané vedecké články reprezentujúce dosiahnuté výsledky:

1. From single GaAs detector to sensor for radiation imaging camera, In Applied Surface Science. Vol. 461, (2018), s. 3-9. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.06.269
2. Schottky barrier detectors based on high quality 4H-SiC semiconductor: Electrical and detection properties, In Applied Surface Science. Vol. 461, (2018), s. 276-280. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.07.008
3. Study of Schottky barrier detectors based on a high quality 4H-SiC epitaxial layer with different
   thickness, In Applied Surface Science. Vol. 536, (2021), s. 147801. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147801
4. Radiation hardness limits in gamma spectrometry of semi-insulating GaAs detectors irradiated by
   5 MeV electrons. In Journal of Instrumentation (JINST 15), 2020 JINST 15 C01024, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/15/01/C01024
5. From single silicon carbide detector to pixelated structure for radiation imaging camera. In Journal of Instrumentation (JINST 17), 2022 JINST 17 C12005, available on the internet: https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/12/C12005
   https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/17/12/C12005
6. Spectral tracking of protons by the Timepix3 detector with GaAs, CdTe and Si sensors, In Journal of Instrumentation 18. (2023) C01022, DOI 10.1088/1748-0221/18/01/C01022 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/18/01/C01022
7. High-resolution alpha-particle detector based on Schottky barrier 4H-SiC detector operated at elevated temperatures up to 500 ◦C, In Applied Surface Science 635 (2023) 157708. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157708

Čítať viac