Master's Thesis

Testing of the response of new scintillation materials on own prototype of detection system

Final Thesis 28.9 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Cajzl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vendula Vrtalová

Reviewer: prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the assembly and experimental testing of a scintillation detection unit. The introduction is devoted to the general principles of scintillation detectors and their individual components, such as scintillation materials, photomultiplier tubes including their power supply, and output signal processing. In the following section, the realization of the complete detection unit, including the assembly and commissioning of a custom-designed active voltage divider, is discussed in detail. The third part of this thesis is focused on the experimental testing of the detector equipped with an inorganic spectrometric CeBr3 crystal, and subsequently with a plastic scintillator for simple pulse counting. In both configurations, the response linearity is compared and the functional limits of both active and passive voltage dividers are investigated over a wide range of kerma rates using a gamma irradiator. The obtained results have proven the advantages of the active voltage divider, both in terms of precise spectrometry and pulse detection in very high-intensity radiation fields.

Keywords:

Scintillation detector, photomultiplier tube, active voltage divider, gamma spectrometry, linearity, CeBr3, plastic scintillator.

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s výsledky své diplomové práce. Oponent práce prof. Katovský přečetl posudky vedoucího i oponenta. Následnou rozpravu zahájil prof. Katovský položením otázek oponenta. Doplňující otázky položil doktor Fišera, na kterého návazali doktor Foral a doktor Radil. Student pohotově odpovídal na předložené dotazy.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Nuclear Power Engineering (MPC-JAE)

Composition of Committee

prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (předseda)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Zácha, Ph.D. (člen)
Ing. Ota Fišera, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vendula Vrtalová

Student Ing. Jakub Cajzl vypracoval práci na téma Testování odezvy nových scintilačních materiálů na vlastním prototypu detekčního systému. Práce byla vypracována ve spolupráci s firmou VF, a.s.

V první části práce student zpracoval teorii detekce ionizujícího záření pomocí scintilačních detektorů při použití organických i anorganických scintilačních materiálů. Na 27 stranách student podrobně popisuje výhody a nevýhody jednotlivých řešení, způsoby zapojení detekční jednotky a metody zpracování signálu. Teoretická část práce je velmi kvalitně sepsána a mohla by sloužit jako výukový materiál například pro program Jaderná energetika.

Ve druhé části je popsán způsob realizace detekční jednotky, kde stěžejní pro práci je popis studentem navrženého a sestaveného aktivního děliče včetně příslušného schématu. Volba jednotlivých součástek je v textu dobře odůvodněná.

Poslední část práce je věnována experimentálnímu testování studentem sestavené detekční jednotky při použití jak anorganického, tak i organického scintilátoru a následnému porovnání s měřením pomocí pasivního děliče, který byl dodán firmou VF.

Text je psán čtivě, strukturovaně a jednotlivé části na sebe logicky navazují, použité formulace jsou vhodně volené. Student se v práci odkazuje na 32 zdrojů, z nichž většinu tvoří odborné publikace psané v anglickém jazyce. Co se týče grafického zpracování, pro tvorbu práce bylo využito prostředí LaTeX, použité obrázky mají dostatečnou kvalitu.

Student během tvorby práce postupoval samostatně a pravidelně konzultoval postup. Práci na základě výše uvedených faktů doporučuji k obhajobě a hodnotím ji 100 body, tedy jako výbornou (A).

Hodnocení vedoucího z firmy VF, a.s., RNDr. Aleše Jančáře, Ph.D.:

Diplomant prokázal schopnost analytického i syntetického myšlení zejména při návrhu a konstrukci detektoru ionizujícího záření, osazeného jak aktivním, tak pasivním děličem. Typologie desky plošných spojů obou variant děličů, odpovídá zavedeným standardům, stejně jako způsob oživení elektronické části. 

Pro experimentální měření byly použity dva typy scintilačních detektorů pro potřeby spektrometrického i nespektrometrického měření. V případě spektrometrického měření diplomant správně provedl energetickou kalibraci a stanovil parametry jako FWHM, poloha píku a odezva v píku totální absorpce. Na základě měření linearity stanovil mrtvou dobu a provedl korekci impulsů. Správně konstatoval, že u spektrometrických detektorů nemá korekce na mrtvou dobu významný vliv z pohledu ztracených impulsů.

Zajímavější v tomto kontextu bylo měření s nespektrometrickým scintilačním detektorem, kde můžeme jít do vyšší odezvy, a to až trojnásobné oproti spektrometrickým scintilátorům. Zde student prokázal, jak velký vliv má mrtvá doba a graficky znázornil vliv korekce na odezvu detektoru. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Student Jakub Cajzl vypracoval diplomovou práci týkající se scintilačních detektorů. Pracoval ve spolupráci s firmou VF, a.s. Cílem práce studenta bylo sestavit detekční jednotku, studovat její parametry a variace.

Student téma zpracoval velmi efektivně, až úsporně. Text práce je napsán na 61 stranách, přičemž obsahuje 45 obrázků a 10 tabulek. První část práce popisuje detailní funkci detekční trasy se scintilačním detektorem. Přehledně popisuje jednotlivé komponenty, jejich funkci, varianty i nastavení. Tato část práce je jistě přínosná a využitelná jako studijní materiál pro další studenty i pro práci jaderné skupiny.

V rámci vlastní práce student sestavil aktivní dělič napětí, kombinoval jej s měřicí trasou se scintilačním detektorem a provedl sadu měření. Z práce není jasné, že student aktivní dělič navrhl nebo zda postupoval podle návrhu konzultanta nebo podle návrhu z literatury. Předpokládám tedy, že se jedná o návrh studenta. Je škoda, že této části student nevěnuje více pozornosti a nepopisuje ji detailněji. Student realizoval zapojení sestavy s novým typem děliče i s klasickým pasivním děličem, provedl kalibrace a citlivostní měření. Věnoval se detailním měřením např. polohy foto-píku či parametrů mrtvé doby. Srovnal řešení s aktivním a pasivním děličem.

Práce je psána úsporným efektivním stylem, je stručná, nicméně výstižná a přesná. Jednotlivé činnosti jsou provedeny pečlivě a výsledky přehledně vyneseny v grafech. Odborný jazyk je na dobré úrovni, slohově i gramaticky je práce bezproblémová. Trošku mě tahá za uši používání slova plastický scintilátor, ale lze si na to zvyknout. Našel jsem jinak pouze 2 překlepy. Studenta, bohužel, evidentně zradil slovník jeho verze editoru pro Tex na dělení slov, proto se objevuje několik kuriózně chybných rozdělení. Typografická kvalita je ale jinak ukázková, jak vysázení práce, tak důsledné používání norem a korektních formátů. Je škoda, že si student nedal více práce s důsledným vypsáním všech použitých zkratek do seznamu. Poměrně překvapivé je pro mě také uvedení chemických symbolů v seznamu, ale budiž, je to svým způsobem názorné. Jsou zde pouze dvě nejasnosti, a to dvojí uvedení antimonidu cesného pro dvě různé sloučeniny a matoucí označení některých sloučenin zkratkou, která však není v seznamu uvedena.

Pan Jakub Cajzl vypracoval sice stručnou, ale přínosnou a kvalitně zpracovanou diplomovou práci, v jejímž rámci splnil všechny vytyčené cíle. Doporučuji proto jeho práci k obhajobě a navrhuji hodnocení A, 90 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Z jakého důvodu jsou detektory LaBr3(Ce) kontaminovány Ac-227?
  2. V práci neuvádíte nejistoty Vašich měření. Chápu, že budou s ohledem na vysoké četnosti nízké, ale i tak mě zajímá, jakých relativních hodnot dosahují?
  3. Je možné dělič využít bez úprav i pro jiné typy anorganických krystalů?
  4. Vysvětlete, prosím, proč používáte veličinu kermový nikoliv dávkový příkon?
  5. Bude závislost mrtvé doby (graf 3.8.) na dávkovém příkonu závislá také na konkrétním zdroji záření gama?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová