Dimenzió #23

Valahol kinn az űrben...

(csillagászat, spektroszkópia, meteorészlelés)

              2.3. CCD-K, RÉSZECSKEDETEKTOROK ÉS EGYÉB MŰSZEREK

      2.3.1. CCD-k

   A  CCD  (charge  coupled  device;  töltéscsatolt  eszköz)  lényegében egy
félvezető  tárolóeszköz  (memória),  felépítését  tekintve  pedig  pontszerű
fénydetektorokból  (pixelekből)  álló  mátrix.  A  pixelekben  fény hatására
töltés  halmozódik  fel  (a  rájuk eső fény mennyiségével arányosan), majd a
töltések  "kiolvasása"  (azaz mennyiségük meghatározása) után előállítható a
megfelelő  fényintenzitás.  Színes  képek  készítéséhez nem kell feltétlenül
"színes  CCD"-t  alkalmazni  (ami  jóval  drágább),  a  probléma  megoldható
színszűrők  segítségével  is  (ún.  színrebontás).  Ez esetben többször kell
exponálni,   és   a   kapott   egyszínű  képekből  digitális  képfeldolgozás
segítségével állítható elő a valódi színes kép.

   Az  űreszközökön  általában  kétfajta  CCD-kamerát  alkalmaznak: egy nagy
látószögűt és egy kis látószögűt (hosszabb fókusztávolságút).

          
          
2.3.2. Részecskedetektorok ▪ Proporcionális számlálók (Almár-Both-Horváth, 1996) A röntgencsillagászat alapdetektora, a proporcionális számláló lényegében egy meghatározott gázzal töltött kamra, melyben centrálisan elhelyezett anód segítségével erős elektromos teret tartanak fenn. A számláló fém vagy műanyag ablakán beeső röntgenfoton elektronlavinát vált ki, és a kimeneten mért impulzus amplitúdója arányos a beeső foton energiájával. A detektor hatásfoka a töltőgáztól és az ablak áteresztési együtthatójától függ. A számlálókat általában nemesgázzal (Ar, Xe) töltik. Az erősítési faktor 10^3 - 10^4 lehet, a színképi felbontóképesség 1 nm-nél 0,4 nm körüli; a szögfelbontás igen gyenge. A proporcionális számlálók szögfelbontását modulációs kollimátorral vagy kódolt maszkkal (korszerűbb módszer) lehet javítani. A kódolt maszkos módszer a gamma-csillagászatban is alkalmazható, nagy látómezőt és jó szögfelbontást biztosít. A maszk egy-két méterrel a detektor elé kerül, és pontforrás esetén az árnyék a detektoron reprodukálja a maszk ábráját. Bonyolultabb forrásszerkezet esetén az eredmény több képeloszlás eredője. Mivel az árnyék függ a forrásirány és a detektor tengelyirány szögétől, a detektor által mért jelekből a forrás iránya meghatározható. ▪ Szikrakamra (Almár-Both-Horváth, 1996) Nagyobb energiákon, 20 MeV fölött (akár 10^5 MeV-ig) szikrakamra alkalmazható detektorként.
A neontöltésű szikrakamrában minden gamma- fotonból elektron-pozitron pár keletkezik, majd ennek hatására a feszültség alatt lévő rácsok között a részecskék nyoma mentén szikra képződik. A szikranyom - például több oldalon elhelyezett Vidikon kamerákkal - leképezhető, és utólag rekonstruálható. A két nyom szögfelezője a gamma-kvantum belépési iránya. Egy tipikus szikrakamra 500 cm2 felületű és 50 MeV-nál 20-30% hatásfokkal működik. ▪ Szcintillációs számlálók (Almár-Both-Horváth, 1996) Nagyobb energiák esetén a berendezések már nem a nagyszámú töltött részecske fluxusát, mint áramot mérik, hanem minden egyes részecskét külön regisztrálnak. A szcintillációs számlálókban a nagyenergiájú részecske becsapódása felvillanást idéz elő az átlátszó félvezetőben (cézium-jodid, nátrium-jodid), amit elektronsokszorozóval érzékelnek. A felvillanások számát mérik. ▪ Cserenkov-számláló (Csikainé, 1993) Radioaktív sugárzások anyaggal való kölcsönhatásainak kísérleti vizsgálata során tapasztalták, hogy nagy aktivitású sugárforrások környezete (meghatározott anyagokban és körülmények között) látható fényt sugároz ki. A jelenség részleteit Cserenkov vizsgálta az 1930-as években. Ennek során megállapította, hogy gyors elektronok és g-sugárzás hatására nagyon tiszta folyadékokban jön létre a Cserenkov-fénykisugárzás. A fényemisszió mechanizmusának elméleti alapjait Frank és Tamm dolgozták ki. Bebizonyították, hogy valamely közegben egyenletes sebességgel mozgó elektron fényt sugároz ki, ha sebessége nagyobb, mint a fény terjedési sebessége a közegben. Frank és Tamm elmélete szerint a dielektrikumban mozgó nagyenergiájú töltött részecske polarizálja a molekulákat a pályája mentén. A polarizált molekulák fényemisszióval jutnak vissza alapállapotba. A Cserenkov-sugárzás a haladási irány körüli a nyílásszögű kúp palástja mentén lép ki. A kúp nyílásszögét - adott közeg esetén - a részecskesebesség, ill. energia határozza meg. A sebesség növekedésével a nyílásszög csökken. A kisugárzott fotonok száma az elektronok sebességétől, a közeg törésmutatójától, és a megtett út hosszától függ. A fenti elv alapján működő Cserenkov-számláló igen jó lehetőséget biztosít a nagyenergiájú részecskék energiájának mérésére. A mérés a kúpszög pontos meghatározására korlátozódik. ▪ Ködkamrák (Csikainé, 1993) Ha egy gáz és gőzkeveréket tartalmazó térben túltelített állapot jön létre, és oda idegen testek jutnak be, akkor ezeken megindul a párakicsapódás. Ilyen "ködmagvakként" szolgálnak azok az ionok, amelyeket a gáztéren áthaladó ionizáló részecske a pályája mentén kelt. A cseppek 0,1 s alatt szabad szemmel is látható méretűre nőnek, és ezáltal láthatóvá válik a részecske pályája. A nyomvonalak vastagsága a specifikus energialeadástól, azaz a pálya mentén keltett ionsűrűségtől függ, ezért alfa-részecskék esetén lényegesen vastagabb, mint elektronoknál. A gamma-részecskék specifikus energialeadása olyan kicsi, hogy nem alakul ki összefüggő nyomvonal. Kétfajta kamratípust (expanziós ködkamra, más néven Wilson-kamra; ill. diffúziós ködkamra) fejlesztettek ki, amelyek a túltelítettség létrehozásának módjában térnek el egymástól. 2.3.3. Egyéb műszerek ˙˙˙ ▪ Fotoelektron-sokszorozó (PM-cső) (Csikainé, 1993) A fotoelektron-sokszorozó (photomultiplier) feladata, hogy a szcintillátorban keltett fényáramot elektronok áramává alakítsa és felerősítse. Alapvetően három részből áll: fotokatód, fókuszáló elektronoptika, és elektronsokszorozó. A fényáram hatására a fotokatódból elektronok lépnek ki
kinetikus energiával. Ebben h * v a belépő foton energiája; W a kilépési munka, amely a fotokatód anyagára jellemző állandó, és eV nagyságrendű. ˙˙˙ A fotokatód másik jellemző paramétere a kvantumhatásfok, amely alatt a kilépő elektronok átlagos számát értjük egy fotonra vonatkoztatva. További fontos jellemzője a fotokatódnak a spektrális érzékenység. Csak olyan anyagok alkalmazhatók fotokatódként, amelyek a 400-500 nm hullámhossz- tartományban a legérzékenyebbek, mert ebbe a tartományba esik a szcintillátorok emissziós spektrumának maximuma. ▪ Vidikon kamera (Almár-Both-Horváth, 1996) Képfelvevő cső, amely a fény hatására ellenállását változtató felületet tartalmaz, erre vetíti az optikai rendszer a képet. A felpárologtatott antimon-trioxid félvezető réteg csak a megvilágított helyeken válik vezetővé. A fény beesési irányából ezt a felületet átlátszó vezetőréteg, a jel-lemez határolja, amelyen az optikai képnek megfelelő töltéskép keletkezik. A katód felőli oldalon a megvilágítás erősségének megfelelő elektronhiány, vagyis pozitív töltés (pozitív kép) marad, amelyet a letapogató elektronsugár a kép minden végigpásztázásakor újra negatív potenciálra tölt fel. ▪ Fabry-Perot interferométer (Almár-Both-Horváth, 1996) A Fabry-Perot interferométer olyan fényfelbontó eszköz, amelyet két sík, üveg- vagy kvarclap által határolt plánparalel levegőréteg alkot. Minden egyes belépő sugár több kilépő sugárra bomlik, s ezeket egy lencse gyújtópontjában egyesítve, interferenciájuk nagymértékben erősítheti egymást. A berendezéssel igen nagy felbontóképesség érhető el. ˙ ▪ Fotopolariméter (Almár-Both-Horváth, 1996) A polariméter olyan műszer, amelynek segítségével meghatározható az égitest adott pontjáról érkező fény polarizáltságának mértéke. Például a Pioneer-10 és -11 szondákon elhelyezett leképező fotopolariméter egyidejűleg két színben (kék tartomány: 390-490 nm között, illetve vörös tartomány: 580-700 nm között) végez polarimetriai és radiometriai méréseket. Optikai eleme egy 25,4 mm-es Makszutov-távcső. A fényt egy Wollaston prizma (kvarcból vagy mészpátból készült kettős prizma, amelyben a két prizma optikai tengelye merőleges egymásra) két, egymásra merőleges síkban polarizált nyalábra bontja. A fókuszsíkba szűrőkereket helyeztek el szűrőkkel és kalibrációs forrásokkal. Egy 45º-os dikromatikus tükör a kék fényt visszaveri, a vöröset pedig átengedi. Végül olyan csatornás sokszorozó (Channeltron) detektorok regisztrálták az intenzitást, amelyekben nagy elektromos potenciálgradiens segítségével minden nagyenergiájú részecske becsapódása lavinaszerű elektronáramot hoz létre. Az impulzus magassága a részecske energiájával arányos.
Google
 
Web iqdepo.hu
    © Copyright 1996-2021
    iqdepo / intelligence quotient designing power - digitális kultúrmisszió 1996 óta
    All rights reserved. Minden jog fenntartva.