Detekcja sygnałów biomedycznych i jądrowych

Celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych detektorów promieniowania jonizującego, w szczególności tych, które znajdują zastosowanie w medycznej aparaturze diagnostycznej, w technikach medycyny nuklearnej i wykorzystywanych dla potrzeb medycznych technik analitycznych. Prezentowane są także rozwiązania układów elektronicznych współpracujących z detektorami, specyficzne dla tzw. elektroniki jądrowej. W zakresie detekcji sygnałów biomedycznych, przedmiot ogranicza się tylko do jednego aspektu: odbioru sygnałów elektrycznych generowanych w ciele człowieka.


Treść wykładu

• Wprowadzenie - źródła promieniowania jonizującego i oddziaływanie promieniowania z materią (2h)


• Statystyka pomiarów - poissonowski ciąg zdarzeń losowych, rozkład czasu miedzy zdarzeniami i rozkład liczby zliczeń (1h)


• Ogólny model detektora promieniowania jonizującego - tryb prądowy i impulsowy, widmo energetyczne, statystyka generowania ładunku (współczynnik Fano), energetyczna zdolność rozdzielcza, wydajność detektora, czas martwy (2h)


• Detektory gazowe - jonizacja gazu, zjawiska związane z procesem migracji i zbierania jonów (2h)


• Komory jonizacyjne - komora prądowa, dozymetria z wykorzystaniem komory prądowej, komora impulsowa, odpowiedź impulsowa komory i jej zdolność rozdzielcza (2h)


• Liczniki proporcjonalne - wzmacniacze powielające (licznik proporcjonalny, fotodioda lawinowa, fotopowielacz), konstrukcje liczników, wypełnienia gazowe,wzmocnienie gazowe i jego statystyka, odpowiedź impulsowa licznika proporcjonalnego (2h)


• Liczniki Geigera-Mullera - mechanizm gaszenia, wypełnienia gazowe, zastosowania (1h)


• Detektory półprzewodnikowe - wybrane właściwości półprzewodników, materiały o wysokiej czystości i samoistne, półprzewodniki ciężkie i o dużej przerwie zabronionej, prąd wsteczny, efekt pułapkowania, napięcie robocze detektora (2h)


• Zastosowania detektorów półprzewodnikowych - spektrometria promieniowania alfa (elektronika współpracująca i zdolność rozdzielcza), spektrometria miękkiego promieniowania X (detektory Si(Li), chłodzenie detektorów i przedwzmacniaczy, rozwiązania konstrukcyjne), spektrometria twardego promieniowania X i gamma (detektory HpGe i Ge(Li), wydajność całkowitej absorpcji) (3h)


• Detektory scyntylacyjne - mechanizm scyntylacji, scyntylatory organiczne i nieorganiczne, przesuwniki widma, wydajność scyntylacji, odpowiedź czasowa, ciężkie scyntylatory nieorganiczne (2h)


• Odbiór sygnału świetlnego ze scyntylatora - tryb prądowy i impulsowy, fotodiody, diody MPPC (SiPM), fotopowielacze (2h)


• Fotopowielacze - konstrukcja, wydajność fotokatody, statystyka powielania, materiały na fotokatodę i dynody, zasilanie fotopowielaczy (2h)


• Scyntylacyjne detektory twardego promieniowania X i gamma - struktura widma energetycznego, czynniki wpływające na zdolność rozdzielczą (1h)


• Odbiór sygnałów elektromedycznych - niejednorodność obwodu pomiarowego w sensie mechanizmów przewodzenia prądu, elektroda pomiarowa i jej jakość (impedancja, różnica potencjałów kontaktowych, efekt polaryzacji), rodzaje i konstrukcje elektrod (2h)


• Wzmacniacze sygnałów biologicznych - zakłócenia od sieci energetycznej, drogi przenikania zakłóceń, wymagane parametry (impedancje wejściowe dla sygnałów różnicowych i synfazowych, odporność na składową stałą na wejściu), elektroda odniesienia i jej impedancja, struktura wzmacniacza pomiarowego (4h)


Zakres laboratorium

• Promieniowanie X


• Detektory dozymetryczne


• Tor spektrometryczny


• Detektory pozycyjne


• Detektory półprzewodnikowe


• Detektory scyntylacyjne


• Przedwzmacniacz


• Pomiar skażeń promieniotwórczych

Aby zaliczyć przedmiot należy uzyskać ponad 50% punktów możliwych do zdobycia. Punktacja: 1/3 punktów za Laboratorium, 2/3 punktów za egzamin pisemny.