ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.02.2019
Просмотров: 5813
Скачиваний: 1
161
компенсированной плотностью примесей, имеющий только
собственную проводимость (область с i-проводимостью) и высокое
удельное сопротивление (ρ=25
10
4
Ом см при комнатной
температуре).
Литиево–дрейфовые детекторы изготовляют планарные и
коаксиальные.
Диффузионно–дрейфовые детекторы отличаются от детекторов
поверхностно–барьерных и диффузионных. Они обладают хорошей
стабильностью в работе, имеют высокую чувствительность.
Планарные литиево–дрейфовые можно изготовить с большой
счетной площадью и получить толщину чувствительного слоя до
десятков миллиметров. Они имеют однородное электрическое поле
U/d в обедненной области, ширина этой области d и, следовательно,
емкость С не зависят от приложенного напряжения. Для (р–п) –
переходов
U
C
1
, а для (p–i–n) – переходов C
f(U)
const. В (р–n)–
детекторах обратный ток растет с увеличением напряжения, а в (р–i–
n)– детекторах изменяется незначительно, но по абсолютной
величине выше, чем в (р–п)– детекторах. Для (p–n)–детекторов
обратный ток в основном определяется токами утечки, а для (р–i–п)–
детекторов – током от неосновных носителей, генерируемых в
обедненной области.
Полупроводниковыми детекторами в сочетании с усилителями с
низким уровнем шумов можно измерять плотности потоков тяжелых
частиц, электронов и γ–излучения
Для регистрации β– и γ–излучений обычно используют
кремниевые детекторы диффузионного и диффузионно-дрейфового
типа. По сравнению с поверхностно–барьерными они имеют
следующие преимущества: более широкий чувствительный слой,
меньшее напряжение питания и более слабую зависимость
амплитуды импульсов от последнего, отсутствие контактных шумов.
При соответствующей градуировке их можно использовать в
качестве дозиметров.
Полупроводниковые детекторы обладают такими ценными
качествами, как высокое энергетическое разрешение, достаточно
хорошая эффективность регистрации излучения, линейность
характеристик в широкой области энергий для различных видов
ионизирующего излучения, компактность, простота в изготовлении и
обращении. Кроме того, они не требуют высоковольтных источников
162
питания. Кремниевые детекторы нечувствительны к магнитным
полям.
Литиево–дрейфовые германиевые детекторы изготовляют с
большим чувствительным объемом, достигающим 100 см
3
.
Детекторы этого типа используют в спектрометрии γ-излучения, где
они успешно конкурируют со сцинтилляционными спектрометрами,
так как отличаются высоким разрешением и чувствительностью.
Литиево-дрейфовые германиевые детекторы хранят и эксплуатируют
при температуре жидкого азота. Детекторы помещают в специальные
криогенные вакуумные камеры–криостаты, в которых поддерживают
давление порядка 10
-2
Па. Криостаты сочленяют с сосудами Дьюара,
содержащими жидкий азот. Измерения проводят при температуре
Т~77°К.
Гамма–спектрометры с германиево–литиевыми детекторами
находят все более широкое применение в ядерной энергетике, так
как с их помощью по изменению интенсивности γ-линий можно,
например, следить за выгоранием твэлов и содержанием
радиоактивных веществ в теплоносителе. Непрерывное наблюдение
и автоматический контроль за работой ядерного реактора
обеспечивают его бесперебойную работу и радиационную
безопасность обслуживающего персонала.
163
12 Спектрометрия излучений
12.1
Основные виды спектрометров и их характеристики
12.2
Энергетические спектрометры
12.3
Методы построения спектрометров
12.4
Спектрометры с линейным энергетическо–амплитудным
преобразованием
12.1 Основные виды спектрометров и их
характеристики
К спектрометрам ионизирующих излучений относят приборы,
определяющие распределение частиц или квантов излучения по
одному или нескольким параметрам, например по энергиям частиц
или квантов, виду излучения (масса частиц и их заряд), а также по
характеристикам движения частиц или квантов в пространстве
(угловая направленность, траектория и т. п.). Соответственно
спектрометры разделяют на следующие подгруппы:
для измерения распределения излучений по энергиям
(энергетические спектрометры);
для измерения распределения излучений по массам (массовые
спектрометры частиц); для измерения распределения излучений по
зарядам (зарядовые спектрометры частиц);
для измерения пространственно-временных характеристик
распределения излучений (угловые спектрометры и др.).
В некоторых случаях производят измерение не по одному, а по
нескольким параметрам; спектрометры для таких измерений носят
название многопараметровых.
С помощью спектрометрических приборов определяют спектр, т.
е. совокупность значений, которые может принимать данная
физическая величина (энергия, заряд, масса и пр.). Результаты
измерений представляются в виде энергетических, массовых,
угловых и других распределений – зависимости относительного
числа частиц или квантов в потоке или испускаемых источником
излучения от величины параметра. В зависимости от возможных
значений параметра спектральные распределения разделяют на
дискретные и сплошные (непрерывные). Дискретные распределения
характеризуются несколькими отдельными значениями параметра
(энергии, массы, заряда). Если полное число зарегистрированных
164
частиц или квантов равно N
0
,
то доля частиц или квантов с
параметром A
i
,- выражается функцией f(Ai)=Ni/No, причем:
1
1
i
i
A
f
(12.1)
Следовательно, распределение нормировано на полное число
частиц или квантов N
0
. В сплошном распределении имеются частицы
или кванты с любым значением параметра А. Из полного числа
частиц или квантов N
0
можно выделить число частиц dNi с
параметром, заключенным в узком интервале значений–от A
i
до
Ai+dA.
Доля
частиц,
обладающих
значением
параметра,
заключенном в единичном интервале величин:
dA
A
dN
N
A
f
0
1
(12.2)
Причем:
1
0
dA
A
f
(12.3)
Функцию f(A) называют дифференциальным распределением
(рисунок 12.1, а). Помимо дифференциального иногда используют
интегральное распределение F(A) (рисунок 12.1,б), соответствующее
доле частиц или квантов со значением параметра, превосходящим A
i
,
т. е.:
A
dA
A
f
A
F
(12.4)
Как правило, для экспериментального определения спектрального
распределения весь измеряемый диапазон параметра делят на
некоторое количество интервалов – каналов. Затем измеряют число
частиц или квантов, регистрируемых прибором в каждом канале за
определенное время, и на основании результатов измерения строят
гистограмму, в которой по горизонтальной оси отложено значение
параметра, а по вертикальной оси–относительное число частиц или
квантов, приходящихся на каждый канал (рисунок 12.1, в).
Экспериментальное измеренное распределение φ(А) только
приближенно
отображает
действительное
спектральное
распределение f(A), что обусловлено статистическими флуктуациями
коэффициентов преобразования и конечным значением интервала
параметра А (т. е. тем, что гладкое спектральное распределение
аппроксимируется ступенчатым распределением – гистограммой).
165
А
1
А
2
А
3
А
4
А
5
а)
б)
в)
Рисунок 12.1 – Непрерывное дифференциальное (а), интегральное (б)
и дифференциальное в виде гистограммы (в) спектральное
распределение
Наиболее важные характеристики любого спектрометра помимо
его назначения, т. е. вида измеряемого излучения, параметра, по
которому измеряется распределение, и диапазона изменения этого
параметра – это точность определения спектрального распределения
и
погрешность
в
вычислении
величины
параметра,
соответствующего определенным участкам (пикам) в распределении.
Эти характеристики связаны, в свою очередь, с такими параметрами
спектрометра, как число каналов, эффективность, линейность,
относительное разрешение (разрешающая способность).
Из-за особенностей взаимодействия некоторых видов излучения с
веществом детектора и флуктуацией коэффициента преобразования
монохроматической группе частиц или квантов соответствует