Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Детектори іонізуючих випромінювань, дозиметричні і радіометричні прилади

Предмет: 
Тип роботи: 
Методичні вказівки
К-сть сторінок: 
59
Мова: 
Українська
Оцінка: 

має високий світловий вихід. Монокристали йодистого натрію досить легко вирощувати, вони мають високу прозорість для власного випромінювання. Але він гігроскопічний, тому завжди повинен бути захищеним від вологи. Домішка повільних компонент висвічування у NaJ (Tl) мала.

Кристали йодистого літію являють великий інтерес тому, що вони є високоефективними детекторами повільних нейтронів. При захопленні нейтрона ядром   відбувається реакція (4.57) при якій утворюються високоіонізуючі частинки: альфа-частинка і ядро  .
Скляні сцинтилятори, активовані церієм, які мають до 11% літію зі збагаченням по   до 95% – дуже ефективні детектори нейтронів низьких енергій. Світловихід складає 15% світловиходу NaJ (Tl). Спектр фотонів люмінесценції має максимум на довжині хвилі 350-400нм, час висвічування 0,15мкс.
Багато органічних сполук мають властивості люмінесценції. Серед них особливе місце займає група ароматичних вуглеводів. Органічні сцинтилятори виготовляють у вигляді монокристалів (стільбен, антрацен, толан і ін.), а також рідких і твердих розчинів ароматичних сполук у розчинниках. На відміну від неорганічних сцинтиляторів висвічування в них фотонів зв’язано з електронними переходами в збуджених молекулах. Тому люмінесценція їх не зв’язана з агрегатним станом. Для органічних сцинтиляторів характерний дуже малий час висвічування ( ), який наближається до часу життя окремої молекули в збудженому стані. Органічні кристали мають конверсійну ефективність 2 – 4% і дві компоненти висвічування: швидку й повільну. Швидка компонента має час висвічування 6-30нс і повільна 400нс.
Рідкі сцинтилятори дещо уступають твердим по світловиходу, але їх можна використовувати у великих об’ємах. В них можна розчиняти речовини, які мають у своєму складі радіоактивні нукліди. Введення сполук, у складі яких є бор і кадмій, робить їх високоефективними детекторами для реєстрації нейтронів. Рідкий сцинтилятор складається з активатора й розчинника. Активатор і розчинник повинні бути підібрані таким чином, щоб перший збуджений рівень розчинника був вищим першого збудженого рівня активатора. Тоді є можливість передачі збудження від молекул розчинника молекулам активатора. Після проходження зарядженої частинки в основному збуджуються молекули розчинника, оскільки їх багато. В результаті радіаційних або нерадіаційних переходів енергія збудження передається молекулам активатора, які випускають фотони в результаті радіаційних переходів.
Рідкі органічні сцинтилятори мають конверсійну ефективність порядку 1-2%, час висвічування порядку кількох нс.
 
§3. Напівпровідникові детектори
 
Напівпровідникові детектори (НПД) широко застосовуються в більшості областей експериментальної ядерної фізики, суттєво потіснивши традиційні детектори, такі як іонізаційні й сцинтиляційні. НПД мають великі переваги перед іонізаційними газовими детекторами (камерами):
a) набагато кращу енергетичну роздільну здатність;
b) на 2-3 порядки більшу масу речовини в чутливому об’ємі, що особливо важливо при реєстрації фотонів і заряджених частинок високих енергій.
Матеріал напівпровідника, який використовується в детекторі, повинен задовольняти ряду вимог. По-перше, він повинен мати великий питомий опір і відповідно малу провідність. Тільки на фоні малої загальної провідності робочого тіла детектора можна помітити ту малу провідність, яка виникає внаслідок іонізації напівпровідника іонізуючою частинкою. За оцінкою питомий опір повинен задовольняти умові  . Матеріали з таким питомим опором (і навіть більшим) існують – це діелектрики. Але матеріал тіла детектора повинен задовольняти й іншим вимогам:
1) мати мале значення середньої енергії, яка затрачається на утворення однієї пари носіїв;
2) відсутність рекомбінації й захоплення носіїв;
3) мати велику й близьку за величиною рухливість електронів і дірок.
У природі не існує матеріалу, який достатньо добре задовольняв усім вимогам. Діелектрики мають великий питомий опір (до  ), порівняно мале значення енергії, що затрачається на утворення пари носіїв. Але для них суттєве значення має захоплення носіїв і утворення об’ємного заряду. Краще всього задовольняють вказаним вище вимогами напівпровідникові матеріали – кремній і германій, хоч і їх питомий опір набагато менший ніж повинен бути.
Найбільший питомий опір кремнію, який виробляється в промислових масштабах, дорівнює  . Питомий опір германію значно менший цього значення. Цей опір набагато менший, ніж за оцінкою  . Тому виникає проблема збільшення питомого опору. Низький питомий опір виникає тому, що в напівпровідник проникають неконтрольовані домішки, які створюють в забороненій зоні напівпровідника енергетичні рівні, які відрізняються невеликою енергією від границь зони. Ці домішки в наслідок теплового збудження накидають у валентну зону й зону провідності відповідні носії струму. Зниження питомого опору можна досягти зменшенням концентрації домішок. Але досягти великого зниження питомого опору цим способом не вдається.
Збільшення опору напівпровідника, який використовується в робочому тілі детектора, можна досягти шляхом встроювання в кристал напівпровідника р-n – переходу, який виникає на межі напівпровідників з типом провідності р (основні носії дірки) і n (основні носії електрони). Береться кристал кремнію або германію одного типу провідності (наприклад, р) і з одного кінця кристалу вводиться шляхом дифузії домішка, яка в частині кристалу змінює тип провідності. Носії струму дифундують із р-області в n-область і навпаки. В результаті цього на межі областей виникає електричне поле, яке витягає носії струму з р-n – переходу: дірки в р-область, електрони в n-область. р-n – перехід збіднюється носіями струму й опір його зростає. Цей ефект можна підсилити, якщо до р-n – переходу прикласти зворотну різницю потенціалів, яка розширює область р-n – переходу. Вона може стати настільки широкою, що займає майже весь кристал.
Підвищення опору
Фото Капча