Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Ширина запирающего слоя, зависящая от приложенного напряжения, и площадь электродов определяют рабочий объем детектора и его емкость. В счетчике с р—n-переходом потенциал изменяется параболически, и емкость детектора равна
Cn = eNpS/2VE, (1.11)
где Mp — концентрация акцепторов в p-области; S — площадь контакта; E — напряжение смещения.
Протекающий через детектор ток состоит из электронного I3 ш дырочного /д компонентов; / = /э+/д (рис. 1.5,а). Характер изменения этих компонентов связан с линейным распределением напряженности электрического поля внутри перехода. Суммарным током I определяется форма выходного напряжения Ubbix при
^BbIX = 00 •
В детекторах типа р—п рабочее напряжение выбирается от нескольких десятков до нескольких сот вольт. При этом толщина запирающего слоя не превышает 1 мм, а емкость составляет от 10 пФ до нескольких сотен. Детекторы с малой протяженностью рабочей области пригодны для регистрации сильно ионизирующих короткопробежных частиц. Для регистрации слабо ионизирующих длиннопробежных частиц и у-излучения необходимы детекторы с большой протяженностью рабочей области.
Детекторы р — і — п-типа. В детекторах р — і— n-типа между р- и n-областями создается слой, обедненный носителями зарядов— слой і (рис. 1.5,6). Для этого в область с умеренной концентрацией примеси вводят ионы лития, которые компенсируют акцепторы. Обедненный слой находится между объемными п- и (р-зарядами, и его протяженность мало зависит от приложенного напряжения. Напряженность поля в этом слое практически постоянная, и возникающие в любой его точке под воздействием ионизирующей частицы носители заряда быстро собираются. Время собирания электронов T3 и дырок Тж определяется выражениями
і 'Г I
+ Г" ?:=:
-і
п L ±« P
P M і
її
I
о ч і
di
в)
Рис. 1.5. Схема включения и характеристики полупроводниковых детекторов р—п (а) и р—і—п (б) типов
где JUl9 и [Лд—подвижности электронов и дырок. Протекающие в течение T9 и Тд электронный и дырочный токи равны
Z3 = Q-^; 7„ = <г-??. (1.13)
Формы компонентов /э и /д тока, протекающего через детектор, а также выходного напряжения Ubmx для полного собирания приведены на рис. 1.5,6. Нетрудно увидеть, что процессы, происходящие в детекторе р — і — я-типа, аналогичны процессам в импульсной ионизационной камере.
Емкость детекторов р — і — п-типа значительно меньше, чем детекторов р — я-типа при той же площади сечения и для сечения 5 см2 составляет 10 пФ. Длительность импульсов тока определяется подвижностью электронов [х9 и дырок (ід, которая в свок> очередь зависит от приложенного напряжения и рабочей температуры детектора. При комнатной температуре |ш9>іід, а при охлаждении до 100 К |ш9=[Хд. Подвижности носителей в твердом теле различаются меньше, чем в газе. Поэтому при формировании выходного сигнала в полупроводниковых детекторах используют, как правило, оба компонента тока. В зависимости от размеров рабочей области время собирания составляет IO-6—IO"9 с. Время собирания носителей, а следовательно, и скорость нарастания выходного
14
ішпульса зависят от того, по какой траектории частица прошла в рабочей области детектора. На форму сигнала полупроводникового детектора влияет и вид излучения, поэтому по форме сигнала мож-шо различать составляющие исследуемого излучения.
1.1.4. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЕТЧИКИ И СЧЕТЧИКИ
ЧЕРЕНКОВА
Работа сцинтилляционных счетчиков основана на регистрации м измерении 'вспышек света, возникающих в результате прохождения ионизирующей частицы через некоторые вещества, называемые сцинтилляторами. Кванты света возникают при переходах возбужденных молекул или атомов в основное состояние, при рекомбинации электрических зарядов и в других процессах. Сцинтилляторами могут быть твердые, жидкие и газообразные вещества. Время высвечивания сцинтилляторов Tc сравнительно мало. Так, у широко применяемых неорганических сцинтилляторов оно равно: 7^0 = 0,3-10-6 с для NaI(Tl) и Гс = 0,7-10”6 с для CsI(Tl). Меньшее время высвечивания имеют органические сцинтилляторы; для стильбена Гс = 7-10_9с, для терфенила 7^ = 2,4-IO-9 с. При этом время нарастания световой вспышки у некоторых неорганических веществ составляет доли наносекунд. Время высвечивания благородных газов также лежит в наносекундной области.
Интенсивность световых вспышек, как правило, очень мала, и для их регистрации применяют фотоэлектронные умножители (ФЭУ) с большим коэффициентом усиления либо фотодиоды, сигналы которых усиливаются линейным усилителем. Приведенный на рис. 1.6,а сцинтилляционный счетчик состоит из двух основных частей: сцинтиллятора и ФЭУ.
Чувствительность сцинтилляционного счетчика можно характеризовать энергией, необходимой для создания одного фотоэлектрона. Она значительно ниже, чем у полупроводниковых и газоразрядных детекторов, и составляет для неорганических сцинтилляторов около 0,7 кэВ1; для органических сцинтилляторов энергия примерно в 3 раза больше. Сцинтилляционные детекторы находят
Рис. 1.6. Сцинтилляционный счетчик (а); импульс сцинтилляции и импульс тока ФЭУ (б):
