Badanie mo˙zliwosci zastosowania matryc CMOS oraz CCD w celu

Badanie mo˙zliwosci zastosowania matryc CMOS oraz CCD w celu

Badanie możliwości zastosowania matryc CMOS oraz
CCD w celu detekcji, dozymetrii oraz mapowania
wiazki
˛ promieniowania alfa, beta, gamma,
rentgenowskiego oraz protonów
Michał Gumiela1 , Rafał Kozik2
1 Liceum
Ogólnokształcace
˛ im. Marii Skłodowskiej-Curie w Andrychowie,
Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
2 Akademia
17 października 2012
Streszczenie
Praca przedstawia wyniki badań wpływu promieniowania jonizujacego
˛
na tanie, komercyjne, kolorowe matryce CMOS i CCD b˛edace
˛ elementem kamer internetowych i aparatów fotograficznych. Zostały w niej opisane reakcje matryc na pi˛eć rodzajów promieniowania: alfa, beta, gamma, rentgenowskiego i protonowego. Zostały także przedstawione
możliwości praktycznego wykorzystania matryc przy wykonywaniu pomiarów przestrzennego rozkładu nat˛eżenia wiazek
˛ promieniowania X i w dozymetrii promieniowania gamma.
Praca zawiera także analiz˛e rozdzielczości przestrzennej i czasowej badanych układów oraz
zniszczeń matryc spowodowanych długotrwałym naświetlaniem promieniowaniem jonizujacym.
˛
1
Spis treści
1
Wprowadzenie
3
2
Przeglad
˛ literatury i wcześniejsze prace
3
3
Matryce CMOS i CCD
3.1 Budowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Parametry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Szumy i defekty matryc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
4
5
4
Badanie reakcji matryc na promieniowanie jonizujace
˛
4.1 Odpowiedź matryc na promieniowanie alfa . . . . .
4.2 Odpowiedź matryc na promieniowanie beta . . . . .
4.3 Odpowiedź matryc na promieniowanie gamma . . .
4.3.1 Dozymetria promieniowania gamma . . . . .
4.3.2 Osobisty alarm w telefonie komórkowym . .
4.4 Obrazowanie wiazki
˛ promieniowania rentenowskiego
4.5 Detekcja protonów . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
7
9
10
11
12
13
18
5
Podsumowanie
20
6
Bibliografia
20
2
1
Wprowadzenie
Istnieje wiele rodzajów detektorów promieniowania jonizujacego
˛
różniacych
˛
si˛e zasada˛
działania, budowa,˛ zakresami pomiarowymi, a przede wszystkim reakcja˛ na różne rodzaje promieniowania. W dozymetrii najcz˛eściej używane sa˛ liczniki Geigera-Müllera, które sa˛ w stanie
wykryć czastki
˛
alfa, beta oraz kwanty gamma, jednakże nie potrafia˛ określić ich energii. W
spektrometrii znajduja˛ natomiast zastosowanie detektory scyntylacyje lub półprzewodnikowe,
pozwalajace
˛ mierzyć widmo energetyczne rejestrowanego promieniowania. Stosunkowo nowym rodzajem detektorów sa˛ matryce CMOS oraz CCD pokryte scyntylatorem, służace
˛ głównie do rejestracji wiazek
˛
promieniowania rentgenowskiego [1, 2]. Wykorzystywane obecnie
rozwiazania
˛
sa˛ drogie i w wi˛ekszości wypadków oferuja˛ niewielka˛ przestrzenna˛ zdolność rozdzielcza.˛
Zach˛eta˛ do badań nad możliwościa˛ wykorzystania komercyjnych, a przez to tanich matryc
CMOS i CCD do bezpośredniego wykrywania i obrazowania wiazek
˛ różnych typów promieniowania jonizujacego,
˛
było znalezione zdj˛ecie przedstawiajace
˛ zniszczona˛ Elektrowni˛e Jadrow
˛
a˛
Fukushima (rys. 1). Na przedstawionym zbliżeniu widać białe punkty, rozmieszczone na całej jego powierzchni. Prawdopodobnie sa˛ to ślady po czastkach
˛
promieniowania jonizujacego,
˛
które uderzyły w matryc˛e.
Rys. 1: Zdj˛ecie wykonane aparatem Sony DSC-P32 [3]
Główne cele pracy to:
• Zbadanie reakcji matryc CMOS i CCD na różne rodzaje promieniowania jonizujacego
˛
• Sprawdzenie czy tanie, komercyjne matryce moga˛ być wykorzystane do pomiaru nat˛eżenia oraz obrazowania wiazek
˛
promieniowania
2
Przeglad
˛ literatury i wcześniejsze prace
Pomimo tego, że od 10 lat układy CMOS i CCD znajduja˛ zastosowanie w dozymetrii i w
detekcji promieniowania jonizujacego,
˛
literatura dotyczaca
˛ możliwości wykorzystania tanich,
3
komercyjnych matryc jest uboga. W pracy [4] pokazana została możliwość wykorzystania komercyjnych, czarno-białych kamer w celu detekcji i spektroskopii promieniowania X. Wykazana została liniowa zależność jasności pikseli od energii promieniowania rentegnowskiego, na
które była wystawiona kamera. W pracach [5] i [6] zostało przedstawione zagadnienie wytrzymałości komercyjnych matryc CMOS na wysokie dawki promieniowania gamma, dochodzace
˛
do 1 kGy. Również w pracy [5] pokazano mniejsza˛ odporność matryc CMOS na promieniowanie beta. W pracy [7] przedstawiono wyniki badań nad wytrzymałościa˛ matryc CCD na
promieniowanie rentgenowskie. Wszystkie opracowania powstały po roku 2000, a praca [4] pochodzi z roku bieżacego,
˛
co oznacza, że badania nad matrycami w celu detekcji promieniowania
sa˛ aktualne. Widać wyraźny brak prac traktujacych
˛
o detekcji promieniowania beta, protonów
i czastek
˛
alfa, a także odporności matryc na protony oraz promieniowanie alfa.
3
Matryce CMOS i CCD
3.1
Budowa
Matryca jest krzemowym układem elektronicznym umożliwiajacym
˛
pomiar nat˛eżenia światła. Składa si˛e ona z pikseli (ang. pixels - picture elements), które układem przypominaja˛ siatk˛e.
Zarówno matryca CCD jak i matryca CMOS wykorzystuja˛ to samo zjawisko fizyczne - efekt
fotoelektryczny wewn˛etrzny, polegajacy
˛ na generowaniu nośników ładunku elektrycznego poprzez padajace
˛ na piksel fotony. Podobny proces zachodzić może podczas uderzenia w piksel
kwantu promieniowania jonizujacego.
˛
W układach CCD wygenerowane nośniki ładunku sa˛
przemieszczane poza obszar matrycy, gdzie nast˛epuje odczyt sygnału za pomoca˛ przetwornika
analogowo-cyfrowego wspólnego dla wszystkich pikseli. Powoduje to straty ładunku i dodatkowe szumy. Wady tej pozbawione sa˛ układy CMOS, w których przetworniki analogowocyfrowe umieszczone sa˛ bezpośrednio w obszarze piksela. Zła˛ strona˛ takiego rozwiazania
˛
jest
różna czułość każdego z milionów przetworników. Odczyt z matryc CCD nast˛epuje w sposób
szeregowy, natomiast matryce CMOS umożliwiaja˛ bezpośredni dost˛ep do każdego piksela, co
sprawia, że sa˛ szybsze od matryc CCD.
Aby uzyskać kolorowy obraz poszczególne komórki pokrywa si˛e filtrem mozaikowym koloru.
W użytym sprz˛ecie został wykorzystany wzór Bayera (rys. 2). Kolor zielony wyst˛epuje dwa
razy cz˛eściej, aby czułość matrycy przypominała charakterystyk˛e ludzkiego oka. Algorytm
zawarty w oprogramowaniu kamery wyznacza kolor pojedynczego punktu obrazu na podstawie nat˛eżenia światła padajacego
˛
na grup˛e sasiednich
˛
pikseli. Taka obróbka danych utrudnia
uzyskanie informacji o ładunku wygenerowanym w każdym pikselu.
Rys. 2: Filtr Bayera pokrywajacy
˛ fragment matrycy CMOS widoczny pod mikroskopem
optycznym.
3.2
Parametry
W badaniach wykorzystane zostały 3 typy matryc pochodzace
˛ z nast˛epujacych
˛
urzadzeń:
˛
Creative Live! Cam IM Pro (kamera internetowa), Onyx firmy Titanum (kamera internetowa),
4
oraz Medion MD 86146 (aparat fotograficzny). Możliwość wykorzystania telefonu komórkowego jako osobistego alarmu została zbadana dla modelu KU250 firmy LG. Niestety producenci matryc udost˛epniaja˛ jedynie podstawowe parametry matryc. Zostały one przedstawione
w tabeli 1.
Tabela 1: Podstawowe parametry wykorzystanych matryc
model
Creative Live! Cam IM Pro
Tytanum Onyx
typ matrycy
CMOS
CCD
liczba pikseli
640x480
320x240
wymiary powierzchni
światłoczułej [mm2 ]
2,30x1,73
1,27x1,08
2
rozmiar piksela [µm ]
3,6x3,6
4x4
cz˛estotliwość
próbkowania [Hz]
30
30
sposób zapisu
USB
USB
cena
20 zł
15 zł
Medion MD 86146
CCD
2864x2152
6,40x4,80
2,24x2,24
0,2
karta pami˛eci SD
80zł
wyglad
˛ matrycy
Aby za pomoca˛ przedstawionych układów zarejestrować promieniowanie jonizujace,
˛ należy pozbyć si˛e sygnału pochodzacego
˛
od światła widzialnego. W przypadku przenikliwego
promieniowania gamma wystarczy w tym celu zakleić optyk˛e kamery lub aparatu czarna˛ taśma˛
klejac
˛ a.˛ Aby móc badać promieniowanie mniej przenikliwe (alfa, beta, protony) konieczny
jest demontaż optyki oraz usuni˛ecie warstwy szkła bezpośrednio naklejonego na matryc˛e, a nast˛epnie zaciemnienie całego układu. Operacja usuni˛ecia szkła bezpośrednio zabezpieczajacego
˛
matryc˛e jest trudna i możliwa jest do wykonania tylko dla niektórych układów. Warto również
zaznaczyć, że przygotowanie aparatu do badań jest znacznie trudniejsze niż kamery. Wymagane jest bowiem usuni˛ecie całego mechanizmu obiektywu oraz układów lampy błyskowej.
Główna˛ zaleta˛ kamer internetowych jest możliwość odczytu obrazu w czasie rzeczywistym,
co umożliwia jego natychmiastowa˛ obróbk˛e. Natomisat głównymi zaletami matryc z aparatów
jest duży obszar powierzchni światłoczułej oraz wysoka rozdzielczość. Dzi˛eki tym parametrom
możliwe jest mapowanie stosunkowo dużych wiazek
˛
z wysoka˛ dokładnościa.˛ Słaba˛ strona˛ aparatu jest długi czas potrzebny do wykonania zdj˛ecia. Matryca z aparatu może zatem znaleźć
zastosowanie wsz˛edzie tam, gdzie nie jest wymagana analiza danych w czasie rzeczywistym, a
kluczowym parametrem jest dokładność wykonanego pomiaru. W niniejszej pracy obraz uzyskany z przygotowanej i zaciemnionej w wyżej opisany sposób matrycy nazywać b˛edziemy
klatka˛ ciemna.˛
3.3
Szumy i defekty matryc
Szum ciemny
Głównym źródłem zakłóceń na obrazie był tzw. szum ciemny. Jego przyczyna˛ jest losowa,
termiczna generacja nośników ładunku, do której dochodzi nawet wtedy, gdy na detektor nie
padaja˛ żadne fotony. Powstajacy
˛ w ten sposób prad
˛ ciemny każdego piksela jest zależny od
współczynnika pradu
˛ ciemnego, który z kolei zależy wykładniczo od temperatury. Prad
˛ ciemny
5
wzrasta również liniowo wraz z czasem ekspozycji. Niejednorodność szumu ciemnego w przypadku matryc z kamer internetowych była niewielka ze wzgl˛edu na stosunkowo krótki czas
ekspozycji pojedynczej klatki oraz duża˛ kompresj˛e uśredniajac
˛ a˛ szum. W przypadku matrycy
CDD z aparatu fotograficznego, aby pozbyć si˛e szumu ciemnego, konieczne było zastosowane
chłodzenia do temperatury 273 K.
Gorace
˛ piksele
Gorace
˛ piksele (ang. badpixels) charakteryzuja˛ si˛e wyjatkowo
˛
dużym współczynnikiem
pradu
˛ ciemnego w porównaniu do otaczajacych
˛
je pikseli. Matryca CCD pochodzaca
˛ z aparatu
fotograficznego posiadała szczególnie duża˛ liczb˛e goracych
˛
pikseli. Około 1 promil wszystkich
pikseli wykazywał taka˛ wad˛e. Niezb˛edne było zatem wzi˛ecie ich pod uwag˛e podczas pomiarów
oraz późniejszej obróbki danych. Brak korekty mógł spowodować pomylenie goracych
˛
pikseli
ze śladami pozostawionymi przez czastki
˛
promieniowania jonizujacego.
˛
Pierwsza˛ zastosowana˛
metoda˛ eliminacji tego problemu było mapowanie miejsc i cz˛estotliwości wyst˛epowania gora˛
cych punktów na matrycy. Druga˛ metoda˛ było obniżenie temperatury matrycy, co okazało si˛e
znacznie efektywniejsze. Obniżenie temperatury do około 273 K pozwoliło na znaczne ograniczenie wpływu badpikseli na pomiary. Rys. 3 przedstawia jasność badpikseli w temperaturze
313 K (a) oraz 273 K (b) przy czasie naświetlania 1,4 s.
Rys. 3: Porównanie goracych
˛
pikseli w różnych temperaturach matrycy: (a) 313 K (b) 273 K.
Widoczna jest znaczna poprawa jakości obrazu w niższej temperaturze.
Blooming
Studnia potencjału każdego piksela matrycy ma pewna˛ określona˛ pojemność. Gdy w wyniku uderzenia w matryc˛e czastki
˛
promieniowania zostanie wygenerowany ładunek, który nie
zmieści si˛e do studni potencjału jednego piksela, a jego nadmiar nie zostanie odprowadzony
dostatecznie szybko, dyfunduje on do sasiednich
˛
obszarów (rys. 4). W efekcie bloomingu ślad
interakcji czaski
˛ promieniowania z matryca˛ jest obserwowany na wi˛ekszej liczbie pikseli.
Rys. 4: Schematyczne przedstawienie zjawiska bloomingu.
6
4
Badanie reakcji matryc na promieniowanie jonizujace
˛
Badanie reakcji matryc CMOS/CCD na promieniowanie jonizujace
˛ polegało na rejestrowaniu i analizie klatek ciemnych uzyskanych za pomoca˛ sensora wystawionego na działanie
promieniowania alfa, beta, gamma, X lub protonów. Doświadczenia prowadzone były w Zakładzie Fizyki i Inżynierii Materiałowej, Laboratorium Dozymetrii Indywidualnej i Środowiskowej oraz Laboratorium Wzorcowania Przyrzadów
˛
Dozymetrycznych Instytutu Fizyki Jadrowej
˛
im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Zarejestrowane dane
były analizowane oprogramowaniem napisanym w j˛ezyku C++ z wykorzystaniem biblioteki
OpenCV.
4.1
Odpowiedź matryc na promieniowanie alfa
Na działanie czastek
˛
alfa została wystawiona matryca pochodzaca
˛ z kamery Tytanum Onyx.
Ze wzgl˛edu na niewielka˛ przenikliwość czastek
˛
alfa konieczne było usuni˛ecie zabezpieczajacej
˛
warstwy szkła o grubości około 440 µm przyklejonego do matrycy. Również z tego powodu
zaciemniony został cały układ pomiarowy, a nie sama matryca.
Pierwsze badania przeprowadzono z użyciem punktowego źródła 241 Am o aktywności 33 kBq.
Emituje ono czastki
˛
alfa o energii 5,5 MeV. Czastki
˛
alfa rejestrowane były przez kamer˛e jako
białe kropki o średnicy 5-7 pikseli. Tak duże ślady spowodowane były depozycja˛ znacznie
wi˛ekszej energii niż ta, do której została zaprojektowana matryca, co powodowało wyst˛epowanie efektu bloomingu. Obraz przechwytywany był z cz˛estotliwościa˛ 30 klatek na sekund˛e,
jednak efektywnie można było przechwycić tylko 6 różnych klatek w ciagu
˛ sekundy. Spowodowane było to duża˛ ilościa˛ wygenerowanego ładunku, który nie mógł być szybko odprowadzony
przez matryc˛e. W przypadku badanej matrycy czas ten był dłuższy od przerwy pomi˛edzy kolejnym odczytem danych i wynosił 5 cykli odświeżania matrycy, czyli 1/6 s, co można uznać
za czas martwy badanego układu. Dla porównania detektory Geigera-Müllera posiadaja˛ czas
martwy rz˛edu 10−4 s. Na rysunku 5 pokazano 15 kolejnych klatek zebranych w ciagu
˛ 0,5 sekundy. Wyraźnie widać, że pierwsze 5 klatek prezentuje ten sam obraz ze wzgl˛edu na opisany
wyżej efekt. Na nast˛epnych pi˛eciu klatkach widoczny jest zanikajacy
˛ pierwotny obraz oraz pojawiajacy
˛ si˛e nowy, b˛edacy
˛ rezultatem uderzenia w matryc˛e kolejnych czastek
˛
alfa. Na klatkach
11-15 ponownie widoczna jest zmiana sygnału przechwytywanego z matrycy.
Rys. 5: 15 kolejnych klatek zebranych w ciagu
˛ 0,5 sekundy naświetlania matrycy Tytanium
Onyx strumieniem czastek
˛
alfa. Ślady interakcji czastek
˛
alfa z matryca˛ widoczne sa˛ jako białe
kropki.
7
Zarejestrowana przez kamer˛e liczba zliczeń na sekund˛e wynosi 47 ± 2. Rozrzut pomi˛edzy
liczba˛ zliczeń dla kolejnych klatek przedstawiono na rys. 6. Porównujac,
˛ licznik GeigeraMüllera Eko-C zarejestrował tylko (22 ± 1) zliczeń na sekund˛e. Uzyskana różnica oznacza, że
badana matryca ma około dwa razy wi˛eksza˛ czułość na badana˛ energi˛e czastek
˛
alfa. Spowodowane jest to najprawodpodobniej pochłanianiem cz˛eści promieniowania przez okienko licznika
Eko-C. Efekt ten nie wyst˛epuje w przypadku nieosłoni˛etej matrycy, co tłumaczy uzyskane wyniki.
W podobny sposób zachowywała si˛e matryca wystawiona na działanie promieniowania alfa ze
źródeł powierzchniowych: 239 Pu oraz 241 Am o aktywnościach powierzchniowych odpowiednio
Bq
Bq
4,19 cm
2 oraz 16,53 cm2 . Z powodu niskiej aktywności źródeł konieczna była rejestracja kilkuset tysi˛ecy zdj˛eć w celu uzyskania dobrej statystyki. Napisane oprogramowanie szukało zdj˛eć
zawierajacych
˛
ślady czastek.
˛
W ciagu
˛ 100 sekund zarejestrowano odpowiednio 7 ± 1 śladów
dla źródła amerykowego i 2,7 ± 0,5 śladów dla źródła 239 Pu. Wykryta liczba śladów nie jest
duża, jednak pokazuje, że matryca jest w stanie zarejestrować promieniowanie również z tak
słabych źródeł.
Rys. 6: Liczba rejestrowanych czastek
˛
w kolejnych 570 klatkach dla pomiaru z użyciem
źródła 241 Am o aktywności 33 kBq. Pozioma linia na wykresie reprezentuje uśredniona˛ liczb˛e
śladów czastek
˛
alfa.
Wytrzymałość matryc CCD na promieniowanie alfa
Podczas badań nad detekcja˛ promieniowania alfa zaobserwowano, że matryca ulega stopniowemu zniszczeniu, co objawia si˛e poprzez zwi˛ekszenie pradu
˛ ciemnego pikseli, w które
uderzyły czastki
˛
alfa. W celu określenia stopnia zniszczenia matrycy mierzono stosunek średniej jasności klatki ciemnej Vr do maksymalnej możliwej jasności klatki Vmax (wzór 1).
Vr
Vmax
=
∑N
i=1 Vi
Vmax
(1)
Vr - średnia jasność klatki ciemnej
Vmax - maksymalna możliwa jasność klatki
Vi - jasność i-tego piksela
N - liczba pikseli
Do eksperymentu zostało wykorzystane punktowe źródło 241 Am o aktywności 33 kBq,
które umieszczono przed matryca˛ w odległości 9 mm. Matryc˛e wystawiano na działanie cza˛
stek alfa przez 1 godzin˛e, nast˛epnie źródło usuwano i przechwytywano kilka klatek ciemnych.
8
Proces powtarzano przez 30 godzin. Ponieważ prad
˛ ciemny, a zatem jasność klatki ciemnej,
zależy mocno od temperatury, bardzo ważne było utrzymywanie stałej temperatury podczas
całego pomiaru.
Rys. 7: Stosunek średniej janości klatki ciemnej do maksymalnej możliwej jasności.
Zaobserwowano szybko post˛epujace
˛ niszczenie matrycy, objawiajace
˛ si˛e poprzez zwi˛ekszanie
si˛e pradu
˛ ciemnego pikseli, w które uderzyły czastki
˛
alfa (rys. 7). Zdj˛ecia przedstawione na rys.
8 pokazuja˛ stan matrycy na poczatku
˛ eksperymentu oraz po czasie (odpowiednio): 4 godzin, 8
godzin oraz 14 godzin. Wyraźnie widać post˛epujace
˛ zwi˛ekszenie si˛e liczby badpikseli.
Rys. 8: Przeglad
˛ klatek ciemnych po naświetleniu matrycy przez określony czas.
Nawet po zwi˛ekszeniu jasności klatki ciemnej o 10%, matryca bez trudu rejestruje kolejne
czastki
˛
promieniowania alfa co pokazano na rys. 9.
Rys. 9: Reakcja naświetlanej przez 31 godzin matrycy na promieniowanie alfa.
4.2
Odpowiedź matryc na promieniowanie beta
Podobnie jak dla promieniowania alfa, reakcja na promieniowanie beta została zbadana dla
matrycy z kamery Tytanum Onyx. Tak jak w poprzednim doświadczeniu niezb˛edne było usuni˛ecie warstwy szkła pokrywajacego
˛
matryc˛e oraz zaciemnienie całego układu. Odpowiedź
matrycy na promieniowanie beta badana była z użyciem źródeł powierzchniowych o niewielkiej aktywności (Tab. 2). Ponieważ widmo promieniowania beta jest ciagłe,
˛
podane wartości
9
energii sa˛ wartościami odpowiadajacymi
˛
maksimum rozkładu energii czastek.
˛
Dla każdego źródła zostało nagrane 30 minut filmu, co odpowiada 54000 klatek.
Czastka
˛
beta pobudza tylko jeden piksel, w którego obszar uderzyła (rys. 10). Zwi˛ekszona
jasność pozostalych trzech jest wynikiem kompresji wprowadzonej przez elektronik˛e kamery.
Dzi˛eki temu, że elektron pozostawił w matrycy jedynie niewielka˛ cześć swojej energii nie zaszło
zjawisko bloomingu. Czas martwy układu ograniczony jest przez cz˛estotliwość odświeżania i
w przypadku badanej matrycy wynosił 1/30 s. Na podstawie zebranego materiału wyznaczona
została średnia liczba zliczeń w ciagu
˛ 100 sekund. Uzyskany wynik został podany wraz z niepewnościa˛ pomiarowa˛ w ostatniej kolumnine tabeli nr 2.
Rys. 10: Reakcja matrycy na promieniowanie beta.
Tabela 2: Źródła powierzchniowe beta
rodzaj źródła rozpad główne energie rozpadu aktywność
14C
β−
156,48 keV
37,97 Bq/cm2
90 Sr −90 Y
β−
2,280 MeV, 546 keV
22,67 Bq/cm2
liczba śladów na 100 s
6,5 ± 1,5
3±1
Liczba śladów jest proporcjonalna do aktywności źródła. Matryca wykrywa około 10 % czastek
˛
(po uwzgl˛ednieniu powierzchni czułej na promieniowanie).
4.3
Odpowiedź matryc na promieniowanie gamma
Reakcja na promieniowanie gamma zaostała zbadana dla matryc CMOS pochodzacych z
kamery Creative Live! Cam IM Pro. Z kamery została jedynie zdemontowana optyka. Usuwanie warstwy szkła zabezpieczajacej
˛ matryc˛e nie okazało si˛e konieczne. W celu zaciemnienia
elementu światłoczułego został on zaklejony czarna˛ taśma˛ izolacyjna.˛ Do wykonania pomiarów zostało użyte źródło 137 Cs o aktywności 2,55 TBq emitujace
˛ kwanty gamma głównie o
energiach około 660 keV oraz 30 keV. Przykładowy obraz zarejestrowany przez naświetlana˛
matryc˛e przedstawia rys. 11. Miejsce uderzenia kwantu promieniowania gamma jest widoczne
jako niebieskia kropka o średnicy 5-6 pikseli (około 22 µm). Ze wgl˛edu na niewielka˛ grubość
półprzewodnika, matryca bardziej czuła jest na mniej energetyczne kwanty gamma, dla których prawdopodobieństwo interakcji jest wi˛eksze. Dla badanego układu kamera rejestrujowała
najprawdopodobniej kwanty z linii o energi około 30 keV.
10
Rys. 11: Reakcja matrycy na promieniowanie gamma
Odpowiedź matryc została zbadana dla dwóch egzemplarzy tego samego modelu. Obrazy z
nich zarejestrowane przedstawia rys. 12. Pomiar ten wykazał prawie dziesi˛ecokrotna˛ różnic˛e w
czułości pomi˛edzy różnymi egzemplarzami tego samego modelu. Pokazuje to, że czułość matryc może znaczaco
˛ odbiegać od siebie nawet w obr˛ebie jednej serii produkcyjnej. Konieczna
jest zatem kalibracja każdej matrycy z osobna.
Rys. 12: Reakcja dwóch egzemplarzy kamery Creative Live! IM Cam Pro na promieniowanie
gamma.
4.3.1
Dozymetria promieniowania gamma
Kolejnym etapem było zbadanie w jaki sposób liczba zliczeń zależy od mocy dawki promieniowania. W tym celu zostały wykonane pomiary dla 25 różnych wartości mocy dawki
mGy
promieniowania z przedziału od około 3 mGy
h do około 830 h . Dla każdego punktu pomiarowego zostało zapisanych 9000 klatek, dla których została policzona ilość zarejestrowanych
interakcji i podzielona przez czas zbierania danych. Wyniki zostały przedstawione na rys. 13.
Na osi poziomej została przedstawiona moc dawki pochłoni˛etej oraz równoważnik mocy dawki
pochłoni˛etej, a na pionowej liczba zliczeń w ciagu
˛ sekundy. Skale wykresu sa˛ logarytmiczne.
Liczba zliczeń została policzona dla różnej wartości progu dyskryminacji. Parametr ten określa
od jakiej jasności dane piksele sa˛ uznawane jako cz˛eść śladu czastki,
˛
a nie jako szum czy też
efekty kompresji. Zostały zbadane numerycznie różne progi - granica˛ najniższego jest średni
poziom szumu ciemnego, a najwyższego - jasność śladów interakcji. Do każdej z serii danych
została dopasowana funkcja liniowa postaci ax + b. Uzyskane współczynniki sa˛ zaprezentowanie w opisie wykresu. Niezerowy wyraz b należy interpretować jako gorace
˛ piksele oraz szum
temperaturowy. Najlepsze dopasowanie zostało uzyskanie dla progu 35. Dopasowana funkcja
przyjmuje nast˛epujac
˛ a˛ postać (wzór 2), a niepewność współczynników a i b wynosi odpowiednio 1,4% oraz 7,9%.
cps(D)=0,000512 ·D + 23
gdzie:
cps - zliczenia na sekund˛e (ang. counts per second)
D - moc dawki pochłoni˛etej [uGy/h]
11
Rys. 13: Reakcja kamery na różne moce dawki promieniowania.
Wytrzymałość matrycy
Podczas przeprowadzanych doświadczeń każda z dwóch badanych matryc przyj˛eła dawk˛e
około 310 mGy. Nie spowodowało to żadnej mierzalnej degradacji elementów światłoczułych.
Degradacja komercyjnych matryc CMOS jest widoczna dopiero dla dawek przewyższajacych
˛
1 kGy[2, 5].
4.3.2
Osobisty alarm w telefonie komórkowym
Obecnie niemalże w każdym telefonie komórkowym zamontowana jest matryca CMOS.
Można zatem powiedzieć, że codziennie miliony ludzi na świecie nosza˛ przy sobie potencjalny
detektor promieniowania. Wykonane przez nas pomiary miały za zadanie znaleźć najniższa˛ moc
dawki promieniowania gamma pochodzacego
˛
ze źródła 137 Cs , która jest możliwa do wykrycia
za pomoca˛ telefonu komórkowego KU250 marki LG, bez jakiejkolwiek ingerencji w jego budow˛e. Wybór źródła 137 Cs był podyktowany faktem, że jest to najcz˛eściej wprowadzany przez
człowieka do środowiska sztuczny izotop promieniotwórczy. Podobnie jak w przypadku poprzednich pomiarów obiektyw został zaciemniony za pomoca˛ czarnej taśmy izolacyjnej. Czas
potrzebny na zrobienie jednego zdj˛ecia wykorzystywanym telefonem wynosi około 1 s. Zostało przyj˛ete, że czas pomiaru wynosić b˛edzie około 1 minuty. Zatem, aby uznać, że promieniowanie zostało wykryte, na każde wykonane 40 zdj˛eć powinien zostać zaobserwowany
przynajmniej jeden ślad (został uwzgl˛edniony potrzebny czas na analiz˛e zdj˛eć przez telefon).
Przed dokonaniem pomiarów z użyciem źródła 137 Cs, zostało wykonanane około 1000 zdj˛eć
w pomieszczeniu bez źródła (promieniowanie na poziomie tła) i na żadnym z nich nie zaobserwowano śladów pochodzacych
˛
od promieniowania jonizujacego.
˛
Próba pozwoliła upewnić
si˛e, że już jeden ślad wystarczy do wst˛epnego wykrycia promieniowania. Nast˛epnie układ był
12
naświetlany promieniowaniem gamma o coraz mniejszej mocy dawki, poczawszy
˛
od 3 mGy
h aż
do znalezienia mocy dawki, która nie została zarejestrowana. Najmniejsza moc dawki zareeżeniach promieniowania nie
jestrowana przez telefon wynosiła 232 µGy
h . Przy mniejszych nat˛
zaobserwowano reakcji matrycy na serii 40 zdj˛eć. Pomiar ten wykazuje, że telefon komórkowy
wyposażony w odpowiednia˛ aplikacj˛e nadaje si˛e do wykrycia szkodliwych dla zdrowia dawek
promieniowania jonizujacego
˛
i może być wykorzystany w przypadku braku bardziej zaawansowanego sprz˛etu.
4.4
Obrazowanie wiazki
˛ promieniowania rentenowskiego
Jako źródło pormieniowania X została użyta lampa rentgenowska z katoda˛ miedziana˛ emitujaca
˛ promieniowanie o energii 8 keV b˛edaca
˛ cz˛eścia˛ dyfraktometru X’Pert PRO firmy Panalytical. Regulacja rozmiarów wiazki
˛ była mozliwa zarówno za pomoca˛ szczeliny programowalnej
jak i masek znajdujacych
˛
si˛e w torze optyki lampy. Wst˛epne pomiary pokazały, że zarówno matryce CMOS jak i CCD reaguja˛ w podobny sposób na promieniowanie rentgenowskie. Klatk˛e
ciemna˛ z matrycy CMOS z kamery Creative Live! Cam IM Pro wystawionej na działanie wiazki
˛
promieniowania rentgenowskiego przedstawia rys. 14.
Rys. 14: Odpowiedź matrycy CMOS na promieniowanie X. Wiazka
˛
promieniowania X
widoczna na środkowej cz˛eści matrycy.
Cz˛esto przy wykonywaniu pomiarów z użyciem promieniowania rentgenowskiego zachodzi
potrzeba określenia kształtu, rozmiarów i rozkładu nat˛eżenia wiazki.
˛
W tym celu powszechnie wykorzystywane sa˛ płytki luminescencyjne, dołaczane
˛
do dyfraktometru przez producenta.
Emituja˛ one światło widzialne w miejscu padania wiazki.
˛
Metoda ta jest niestety niewygodna ze
wzgl˛edu na konieczność cz˛eściowego zaciemnienia laboratorium, a sam pomiar cechuje si˛e niewielka˛ dokładnościa.˛ Przedstawione w tym podrozdziale badania miały sprawdzić czy możliwe
jest mapowanie wiazki
˛ z wi˛eksza˛ dokładnościa˛ za pomoca˛ komercyjnych matryc CMOS/CCD.
Pomiary zostały wykonane przy użyciu dwóch różnych sensorów:
Matryca CMOS z kamery Creative Live! Cam IM Pro
Do wykonania doświadczenia konieczne było usuni˛ecie jedynie optyki kamery oraz zaciemnienie matrycy za pomoca˛ czarnej izolacyjnej taśmy klejacej.
˛
Zaleta˛ kamery jest szybkie zbieranie danych (30 klatek na sekund˛e), co umożliwia w krótkim
czasie przeprowadzenie pomiaru zapewniajacego
˛
wysoka˛ dokładność rozkładu nat˛eżenia promieniowania w wiazce.
˛
Jej wada˛ jest natomiast niewielki rozmiar powierzchni światłoczułej,
13
który ogranicza rozmiar badanej wiazki.
˛
Dane z kamery były zapisywane bezpośrednio na
dysku komputera w postaci pliku avi.
Ze wzgledu na wysoka˛ energi˛e i stosunkowo mała˛ ilość interakcji oraz niewielkie nat˛eżenie wiazki,
˛
na każdy piksel pada w wi˛ekszości przypadków tylko jedna czastka
˛
powodujac,
˛ że
piksel znajduje si˛e jedynie w stanie pobudzonym (gdy wszedł w interakcj˛e z kwantem X) albo
niepobudzonym (gdy interakcji nie było). Nat˛eżenie wiazki
˛ w danym punkcie jest określane
na podstawie ilości zaobserwowanych interakcji na serii kilku tysi˛ecy klatek. Przeprowadzac
˛
wyżej opisana˛ operacj˛e dla każdego punktu obrazu, jesteśmy w stanie uzyskać dwuwumiarowa˛
map˛e wiazki
˛ promieniowania X. Otrzymane w ten sposób mapy przedstawione zostały na rysunkach 15, 16 i 17. Kolory na wykresach reprezentuja˛ odpowienie nat˛eżenie promieniowania
znormalizowane do jedności. Niepewność pomiaru nat˛eżenia jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z liczby zliczeń. Przy każdej mapie wiazki
˛ promieniowania podane jest najwi˛eksze
zliczenie wraz z niepewnościa˛ pomiarowa.˛ Analiza i łaczenie
˛
obrazów wykonywane było przez
specjalnie napisany program w jezyku C++ z wykorzystaniem biblioteki OpenCV. Próg jasności odzielajacy
˛ piksele pobudzone od niepobudzonych został dobrany doświadczalnie w taki
sposób, aby odcinał wi˛ekszość szumów przy jak najmniejszej utracie danych.
Rys. 15: Mapa nat˛eżenia prostokatnej
˛
wiazki
˛ promieniowania rentgenowskiego.
Rys. 15 przedstawia map˛e wiazki
˛ złożona˛ z 1435 zdj˛eć. Maksymalne nat˛eżenie promieniowania w danym punkcie wyniosło 998. Boczne diagramy przedstawiaja˛ profile wiazki
˛ wykonane
zarówno dla osi pionowej jaki i poziomej wzdłuż 300 piksela. Od góry i od dołu wiazka
˛
została
ograniczona przez szczelin˛e programowalna,˛ a od lewej i prawej za pomoca˛ maski. Wymiary
wiazki
˛ to szerokość (118 ± 3) pikseli na (197 ± 4) pikseli co odpowiada (0,42 ± 0,01) mm na
(0,71 ± 0,01) mm.
14
Rys. 16: Wiazka
˛
uzyskana za pomoca˛ najcieńszej maski (szerokość xx µm).
Rys. 16 przedstawia map˛e najcieńszej wiazki
˛ jaka˛ można uzyskać za pomoca˛ użytego przez
nas sprzetu. Jej szerokość to (16 ± 1) pikseli na (... ± ...) pikseli, co odpowiada (58 ± 4) µm
na (... ± ...) µm. Metoda pomiaru i obróbki danych była analogiczna do zastosowanej w przypadku rys. 14. Boczne wykresy pokazuja˛ profile wiazki
˛ wykonane dla osi pionowej wzdłóż 350
piksela, a dla poziomej wzdłuż 300 piksela. Analizujac
˛ zbocza diagramów przedstawiajacych
˛
nat˛eżenie na krawedziach wiazki
˛ widać, że szczelina programowalna zapewnia lepsze odci˛ecie
wiazki
˛ niż maska.
15
Rys. 17: Mapa nat˛eżenia pokazujaca
˛ niejednorodność wiazki.
˛
Rys. 17 przedstawia map˛e wiazki
˛ o szerokości znacznie przekraczajacej
˛ rozmiary matrycy.
Szerokość wiazki
˛ wzdłuż osi Y wynosi (197 ± 3) pikseli, co odpowiada (0,7 ± 0,01) mm.
Metoda pomiaru i analizy danych była identyczna jak w przypadku map przedstawionych na
rys. 14 i 15. Boczne wykresy przedstawiaja˛ profile wiazki
˛ wykonane zarówno dla osi Y jaki i
X wzdłuż 300 piksela.
Matryca CCD z aparatu fotograficznego
Druga˛ wykorzystywana˛ matryca˛ do doświadczeń z promieniowaniem X była matryca pochodzaca
˛ z aparatu Medion MD86146.
Rys. 18: Schemat układu pomiarowego wykorzystujacego
˛
aparat fotograficzny.
Jej zaleta˛ jest zdecydowanie wi˛eksza powierzchnia (około 30 mm2 ), co umożliwia zobrazowanie wi˛ekszych wiazek.
˛
Mocna˛ strona˛ jest też duża rozdzielczość, która w precyzyjny sposób
pozwala określić kształty i rozmiary wiazek.
˛
Główna˛ wada˛ jest natomiast długi czas zbierania
16
danych, co spowodowane jest faktem, że tanie modele aparatów automatycznie ustalaja˛ czas
naświetlania. Powoduje to, że przy zaciemnionej matrycy elektronika aparatu dobiera czas
najdłuższy wynoszacy
˛ 1,4 s. Skutkiem tego wykonanie jednego zdj˛ecia wraz z jego przetworzeniem przez elektronik˛e aparatu i zapisem na karcie pami˛eci wynosi aż około 5 s. Pogladowy
˛
schemat układu pomiarowego pokazuje rys. 18. Sterowanie aparatu odbywało si˛e poprzez
tranzystor BC543 właczony
˛
równolegle do przycisku migawki. Podczas wst˛epnych pomiarów
okazało si˛e również, że szum ciemny matrycy podczas jej normalnej pracy był nieakceptowalny.
Aby go zmniejszyć matryca została schłodzona do temperatury 273 K.
Oprócz obrazowania wiazek
˛
promieniowania X, opisany układ służył także do wykonywania
prześwietleń, które posłużyły do zbadania przestrzennej zdolności rozdzielczej matryc. Prześwietlenia polegały na położeniu bezpośrednio na matrycy obrazowanego obiektu oraz rejestrowaniu nat˛eżenia promieniowania X przechodzacego
˛
przez obiekt. Każde z prześwietleń
przedstawionych na rys. 19 i rys. 20 zostało uzyskane ze złożenia 40 zdj˛eć. Sposób analizy
zebranych danych był analogiczny jak dla matrycy z kamery internetowej.
Rys. 19 przedstawia prześwietlenie rezystora w˛eglowego. Kolory fioletowy i czarny odpowiadaja˛ małemu nat˛eżeniu promieniowania zarejestrowanego przez matryc˛e, podczas gdy kolory pomarańczowy i żółty odpowiadaja˛ dużemu nat˛eżeniu promieniowania docierajacego
˛
do
matrycy. Na rys. 18 widać wyraźna˛ różnic˛e pomi˛edzy współczynnikiem pochłaniania metalowych złaczy
˛
i w˛eglowej cz˛eści oporowej znajdujacej
˛ si˛e w środku. Kolejne prześwietlenie
(rys. 20) pokazuje układ scalony. Połaczenia
˛
pomi˛edzy wewn˛etrzna˛ struktura˛ układu, a wyprowadzeniami maja˛ grubość (22 ± 4) µm i sa˛ najcieńszym obiektem, który udało si˛e zwymiarować przy użyciu opisanego układu. Inne prześwietlenia oraz mapy wiazek
˛
uzyskane za
pomoca˛ matrycy z aparatu fotograficznego znajduja˛ si˛e na stronie internetowej pod adresem
http://student.agh.edu.pl/kozikr/praca/. Uzyskane zdj˛ecia sa˛ bardzo dobrej jakości, szczególnie
biorac
˛ pod uwag˛e bardzo niska˛ cen˛e sensora.
Rys. 19: Prześwietlenie opornika w˛eglowego.
17
Rys. 20: Prześwietlenie układu scalonego pochodzacego
˛
z rozebranej kamery internetowej.
4.5
Detekcja protonów
Reakcja na promieniowanie protonowe została zbadana dla matrycy CMOS pochodzacej
˛
z kamery Creative Live! Cam IM Pro. Ponieważ dla protonów o energii 2 MeV pik Bragga
w krzemie wyst˛epuje na gł˛ebokości około 40 µm, niezb˛edne jest bezpośrednie odsłoni˛ecie
elementu światłoczułego matrycy. Konieczny jest wi˛ec demontaż optyki kamery oraz płytki
szklanej osłaniajacej
˛ matryc˛e. Również z powodu tak nikłej przenikliwości niemożliwe było
zaciemnienie samej matrycy przed światłem widzialnym. Konieczne było zatem zaciemnienie
całego układu pomiarowego. Źródłem protonów był akcelerator Van de Graaffa dostarczajacy
˛
wiazk˛
˛ e protonów o energii 2 MeV i pradzie
˛
około 10 pA. Matryca znajdowała si˛e w powietrzu
w odległości jednego centymetra od wylotu akceleratora.
Rys. 21a przedstawia reakcj˛e matrycy na pojedyncze protony pochodzace
˛ z obszaru brzegu
wiazki.
˛
Każdy proton jest rejestrowany jako biały ślad o średnicy około 6 pikseli co odpowiada
około 200 µm. Powi˛ekszenie jednego śladu pokazane jest na rys. 22. Ze wzgl˛edu na depozycj˛e wysokiej energii wyst˛epuje zjawisko bloomingu. Ładunek generowany przez jeden proton
dyfunduje i zapełnia studnie potencjału w około 40 pikselach. Obszar czerwony obejmuje obszar pikseli pobudzonych cz˛eściowo, a pomarańczowy całkowicie. Dzi˛eki symetrycznemu rozchodzenia si˛e ładunku wokół miejsca pobudzenia matrycy możliwe jest wyznaczenie miejsca
uderzenia protonu poprzez wyznaczenie środka geometrycznego pobudzonego obszaru. Dzi˛eki
temu możliwe jest wyznaczenie miejsca trafienia z dokładnościa˛ do 5,4 µm.
18
Rys. 21: a) Reakcja matrycy CMOS na protony z rozproszeń wiazki.
˛
b) Zniszczona matryca (czarne koło) przez wiazk˛
˛ e o dużym pradzie.
˛
Rys. 22: Ślad pozostawiony przez pojedynczy proton.
W Internecie, pod adresem http://student.agh.edu.pl/ kozikr/praca/protony.html, jest dost˛epny
film prezentujacy
˛ matryc˛e wchodzac
˛ a˛ w wiazk˛
˛ e. Poczatkowo rejestrowane były rozproszone
protony z obrzeża wiazki.
˛
W miar˛e zbliżania si˛e matrycy do centrum wiazki
˛ ich ilość gwałtownie rosła. W chwili trafienia wiazk
˛ a˛ w matryc˛e doszło do niszczenia pikseli. Proces ten nie
wpływał jednak na prac˛e kamery. Odczyt z pozostałych pikseli nadal nast˛epował.
Ponieważ matryca jest wstanie wykryć pojedyncze protony, ale nie jest odporna na ich duże
nat˛eżenia, może znaleść zastosowanie w prezyzyjnym określaniu przestrzennego rozkładu słabych wiazek.
˛
Obecnie takie pomiary w Laboratorium Akceleratora Liniowego Van de Graaff
w IFJ PAN w Krakowie wykonuje si˛e kierujac
˛ wiazk˛
˛ e na kryształ kwarcu, który pełni rol˛e
scyntylatora. Światło widzialne emitowane przez kwarc jest rejestrowane przez standardowa˛
kamer˛e przemysłowa.˛ Daje to pogladowy
˛
i niedokładny obraz wiazki.
˛
Koszt prezentowanego
w nieniejszej pracy rozwiazania
˛
jest niewielki, a oferuje dużo wi˛eksza˛ dokładność określenia
pozycji wiazki
˛
wynoszac
˛ a˛ 5,4 um, łatwość obsługi i akwizycj˛e danych za pomoca˛ komputera. Układ pomiarowy wykorzystujacy
˛ t˛e technologi˛e umożliwia również uzyskanie danych o
prawdopodobieństwie trafienia danego miejsca protonami, co może znaleźć zastosowanie przy
naświetlaniu układów biologicznych pojedynczymi protonami.
19
5
Podsumowanie
Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że:
• reakcja na każdy rodzaj promieniowania jest swoista, co pozwala zidentyfikować rodzaj
promieniowania padajacego
˛
na matryc˛e na podstawie śladów zostawianych przez czastki
˛
• główna˛ zaleta˛ matryc jest wysoka rozdzielczość powierzchniowa, dzi˛eki której możliwe
jest wykonanie map rozkładu nat˛eżenia wiazek
˛
z dokładnościa˛ do 22 µm i ustalenie miejsca uderzenia czastki
˛
z dokładnościa˛ do 5,4 µm
• matryce cehuje wysoka odporność na promieniowanie X i gamma, ale niska na promieniowanie alfa i protony
• matryce moga˛ być wykorzystane w dozymetrii promieniowania gamma, ale każdy egzemplarz wymaga osobnej kalibracji
• możliwe jest wykorzystanie aparatów fotograficznych z telefonów komórkowych jako
alarmów o podwyższonym poziomie promieniowania
Tanie matryce CCD/CMOS moga˛ znaleść zastosowanie zarówno w praktyce laboratoryjnej
(przy mapowaniu wiazek
˛
promieniowania) jak i przy wykrywaniu zagrożeń radiologicznych.
Ich podstawowa˛ zaleta˛ jest niska cena za która˛ współczesna technika dostarcza wysoka˛ rozdzielczość i zadowalajac
˛ a˛ czułość.
Podzi˛ekowania
Wszystkie doświadczenia zostały wykonane w Instytucie Fizyki Jadrowej
˛
Polskiej Akademii
Nauk im. Henryka Niewodniczańskiego w Krakowie. Chcielibyśmy podzi˛ekować wszystkim pracownikom instytutu, którzy przyczynili si˛e do powstania naszej pracy, a w szczególności mgr. inż. Michałowi Krupińskiemu, prof. dr hab. inż. Marcie Wolny-Marszałek,
mgr. inż. Pawłowi Janowskiemu, mgr. inż. Annie Twardak, oraz Krajowemu Funduszowi
na rzecz Dzieci, który zapewnił nam warunki do pobytu w Instytucie.
6
Bibliografia
[1] J. G. Rocha, S. Lanceros-Mendez, Żeview on X-ray Detectors Based on Scintillators and
CMOS Technology", Recent Patents on Electrical Engineering, Vol. 4, No. 1 (2011)
[2] J. Bielecki, praca doktorska "Badanie Struktur Złożonych Metoda˛ Mikrotomografii Komputerowej", Kraków 2011
[3] http://www.tepco.co.jp/en/news/110311/images/110412_1f_tsunami_6.jpg (dost˛ep na dzień
13.10.2012)
[4] David W. Lane, "X-ray imaging and spectroscopy using low cost COTS CMOS sensors",
Nucl. Instrum. Meth. B 284 (2012) 29–32
[5] Xiang-Ti Meng, Ai-Guo Kang, Ji-Hong Li, Hai-Yun Zhang, Shi-jie Yub, Zheng You “Effects of electron and gamma-ray irradiation on CMOS analog image sensors ”, Microelectronics
Reliability, 43 (2003)
[6] Xiang-Ti Meng, Ai-Guo Kang, Ji-Hong Li, Hai-Yun Zhang, Shi-jie Yu, Zheng You, "Gammaray radiation and annealing effects on colour CMOS image sensors", Semicond. Sci. Tech., 18
(2003)
[7] Norbert Meidinger, Bernhard Schmalhofer, Lothar Struder, "Particle and X-ray damage in
pn-CCDs", Nucl. Instrum. Meth. A 439 (2000)
20