Детектори іонізуючих випромінювань, дозиметричні і радіометричні прилади

Предмет:

Тип роботи:

Методичні вказівки

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

напівпровідника можна досягти також шляхом утворення в ньому р-і-n – переходу, де і означає область власної провідності. Така структура утворюється, якщо в кристал кремнію або германію р-типу ввести за допомогою електричного поля іони літію. Літій є донором і в невеликій кількості може компенсувати діркову провідність кристалу, оскільки в області, де є літій в необхідній кількості, електрони й дірки будуть рекомбінувати, в результаті чого кількість носіїв струму зменшується, а опір кристалу зростає. Спочатку на поверхню кристалу напилюється літій, який у вигляді позитивних іонів дифузує в середину кристалу. Утворюється р-n – перехід. До р-n – переходу прикладається зворотне електричне поле, яке заганяє іони літію всередину кристалу і там утворюється компенсована область із власною провідністю.

Збільшення опору напівпровідника досягається також глибоким його охолодженням аж до температури кипіння рідкого азоту ( ). Охолодження не тільки збільшує опір напівпровідника, а і зменшує електричні шуми. Це флуктуаційні процеси, які викликаються тепловим рухом і іншими причинами. Флуктуаційні процеси заважають роботі напівпровідникового детектора, викликаючи появу імпульсів, які не зумовлені іонізуючим випромінюванням. Їх зниження дозволяє підвищити чутливість детектора до дії іонізуючого випромінювання.

§4. Газорозрядні детектори (лічильники)

Газовий лічильник найчастіше являє собою порожнисту трубку з двома електродами – анодом та катодом. Катод має форму циліндра, а анод – дротинки, що проходить по осі циліндра. Лічильник найчастіше заповнюється інертним газом, іноді азотом і воднем під тиском (біля 133гПа). Через великий опір R

лічильник підключається до джерела високої напруги (рис.3). При попаданні частинки іонізуючих випромінювань в газ відбувається іонізація газу і утворюються заряджені частинки електрони і позитивні іони. Електрони можуть вибиватись також з електродів і матеріалу стінок камери. Заряджені частинки рухаються під дією поля і створюють струм. Оскільки іонізація короткотривала, то утворюється імпульс

струму. Цей імпульс струму на опорі R викликає появу імпульсу напруги, кількість яких можна порахувати за допомогою звичайного електричного лічильника.

Газовий детектор (лічильник) може працювати в різних режимах. Для того щоб зрозуміти особливості роботи лічильника, наведемо вольт-амперну характеристику (ВАХ) при постійному рівні опромінення (рис.4). Крива 1

відповідає меншому рівню опромінення, 2-більшому. Іони і електрони, які утворюються іонізуючими частинками, зникають з робочого об’єму в результаті двох процесів: рекомбінації і нейтралізації на електродах. Електрон, який утворюється при іонізації, може рухатись самостійно, або зв’язатись з нейтральною молекулою, утворюючи негативний іон. Електричний струм утворюється лише тими електронами й іонами, які нейтралізуються на електродах.

На ділянках ВАХ 0-U1, U1-U2 спостерігається несамостійна провідність газу, коли участь в переносі струму приймають ті електрони і іони, які були утворені іонізуючою частинкою. На дільниці U1-U2 спостерігається струм насичення, величина якого не залежить від прикладеної напруги. На цій дільниці працюють іонізаційні камери, за допомогою яких визначається експозиційна доза випромінювання або її потужність. На більш далеких дільницях ВАХ, крім процесів рекомбінації й нейтралізації іонів на електродах, відбувається ударна іонізація нейтральних атомів газу.

Напруженість електричного поля між анодом і катодом

, (5.6.)

де r – віддаль від центра анода до точки спостереження, rк – радіус катода, ra – радіус анода. При зменшенні r напруженість поля зростає, вона максимальна біля самої нитки анода.

Зарядженні частинки – електрони і іони – рухаються в електричному полі і від зіткнення до зіткнення вільно проходять деякий шлях, що називається довжиною вільного пробігу. На довжині вільного пробігу електричне поле надає їм енергії

, (5.7.)

де – заряд частинки, – різниця потенціалів на довжині вільного пробігу

. (5.8.)

Якщо ( – енергія іонізації атома або молекули), то частинки газу будуть іонізуватись в результаті непружних ударів електронів і іонів в нейтральні частинки. При цьому кількість заряджених частинок в газі лавиноподібно наростає, що приводить до значного збільшення струму. Можливість ударної іонізації збільшується при збільшенні довжини вільного пробігу частинок, тобто при зменшенні тиску газу. Можливість ударної іонізації збільшується також при збільшенні напруженості поля, тобто вона буде максимальною біля самого анода.

На процес наростання кількості заряджених частинок впливають також процеси фотоіонізації й нейтралізації позитивних іонів на катоді. При ударі електронів і іонів об нейтральні атоми і молекули останні можуть перейти в збуджений стан. Переходячи в основний стан, вони випромінюють фотони, які виривають з катода фотоелектрони. Ці фотоелектрони приймають участь у створенні нових лавин. Ця лавина починає розвиватись з деяким запізненням по відношенню до основної лавини, викликаною іонізуючою частинкою. Справа в тому, що цей фотоелектрон повинен під дією поля дійти від катода до області ударної іонізації, яка знаходиться біля анода. Для типових розмірів газових лічильників цей час складає величину порядку .

При нейтралізації позитивного іона на катоді виділяється енергія іонізації. За рахунок цієї енергії з катода також