Radyasyon enerji aralığı 1 mev – 1 gev için geant4 ile plastik sintilatör algıcın benzetimi

Abstract

Parçacıkların ve radyasyonun tespitinin gerçekleşebilmesi için bunların madde ile etkileşime girmesi gerekmektedir. Etkileşimlerin algılanması ve anlamlı bir çıktıya dönüşmesi algıçlar ile sağlanmaktadır. Tepki süresinin kısa, enerjiye hassas, ucuz ve güvenilir olması nedeni ile sintilasyon algıçları hem hızlandırıcı hem de hızlandırıcı dışı deneylerinde oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Bu algıçlarda yüklü bir parçacığın plastik sintilatör üzerine düşmesi sonucu oluşan sintilasyon ışığı ile parçacık ya da radyasyon tespiti söz konusudur. Bu tez çalışmasında, parçacık madde etkileşimleri, sintilatörlerin genel özellikleri ve parçacık fiziği deneylerinde kullanımı, ayrıntılı olarak da plastik sintilatörlerin uzay araştırmalarındaki kullanım alanları gözden geçirilmiştir. Plastik sintilatörün kullanıldığı yerde algıcın diğer bileşenleri ile birlikte çalışmasının benzetimi için Geant4 programı kullanılmıştır. Benzetim için kurulumda, öncelikle plastik sintilatör ve fotoçoğaltıcının büyüklük oranı değişiminin algılamaya etkisi incelenmiştir. Sintilatörde ışık toplama verimliliğini arttırmak için yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri olan plastik etrafına yansıtıcı kaplama kullanımının etkileri de araştırılmıştır. Bununla birlikte kaplamadaki enerji kaybı, sintilatörde depolanan enerji ve sintilatörde depolanan foton sayısı gibi parametreler analiz edilmiştir. Sonuç olarak, kaplamanın plastik sintilatörlerde ışığı içeride hapsetmesi ve plastik sintilatör hacmi ne kadar büyükse içerideki yansımaların ışığı güçlendirmesi verimi büyük ölçüde etkilediği gözlenmiştir.

In order to detect particles and radiation, it is required that they interact with the material. The detection of the interactions and their conversion to a meaningful output is provided with the detector. Because of the short response time, sensitive to energy used, cheap and reliable, the scintillation detectors have a wide range of applications in both accelerator and non-accelerator experiments. Particle or radiation can be detected with scintillation light generated by a charged particle hitting the plastic scintillator. In this thesis study, interactions of particles with matter, general properties of scintillators, use of scintillators in particle physics experiments, and particularly plastic scintillators use in space research have been reviewed. The Geant4 program has been used to simulate the interoperability of the detector with other components where plastic scintillator is used. In the setup for simulation, the effect of the change in the size ratio of the plastic scintillator and the photo-multiplier on the detection has been investigated. The effects of using a reflective coating around plastic, one of the commonly used methods to increase the light collection efficiency in the scintillator, have also been searched. Besides, the parameters such as the energy loss in the coating, the energy stored in the scintillator, number of photon stored in the scintillator have been analyzed. As a result, it was observed that as the plastic scintillator volume increased, the reflections in the interior strengthened the light and the coating trapped the light in the plastic scintillators greatly affected the light efficiency.