Yarim o‘tkazgichli detektorlar

Yarimoʻtkazgichli detektor — bu Ionlashtiruvchi nurlanishni aniqlash uchun zaryadlangan zarralar yoki fotonlarning taʼsirini oʻlchash uchun foydalanadigan qurilma. Uning materiali odatda kremniy yoki germaniy boʻlishi mumkin.

Yarimoʻtkazgichli detektorlar radiatsiya himoyasi, gamma va rentgen spektrometriyasi va zarracha detektorlari sifatida keng qoʻllanishi mumkin.

Aniqlash mexanizmi

Yarimoʻtkazgichli detektorlarda ionlashtiruvchi nurlanish 2 ta elektrod oʻrtasida joylashgan yarim oʻtkazgich materialidagi zaryad tashuvchilar soni bilan oʻlchanadi. Ionlashtiruvchi nurlanish erkin elektronlar va kovaklarni hosil qiladi. Elektron-kovak juftlari soni yarimoʻtkazgich nurlanish energiyasiga proporsionaldir. Natijada, bir qator elektronlar valentlik diapazonidan oʻtkazuvchanlik diapazoniga oʻtkaziladi va valentlik diapazonida teng miqdordagi teshiklar hosil boʻladi. Elektr maydoni taʼsiri natijasida elektronlar elektrodlarga boradi, natijada ular Shokli-Ramo teoremasi tomonidan tasvirlanganidek, tashqi zanjirda oʻlchanadigan impulsga olib keladi. Kovaklar teskari yoʻnalishda harakatlanadi va ularni ham oʻlchash mumkin. Elektron-kovak juftligini yaratish uchun zarur boʻlgan energiya miqdori maʼlum va tushayotgan nurlanish energiyasidan mustaqil boʻlgani sababli, elektron kovak juftlari sonini oʻlchash tushayotgan nurlanish energiyasini aniqlashga imkon beradi.^[1]

Elektron-kovak juftlarini ishlab chiqarish uchun zarur boʻlgan energiya gaz detektorida juftlashgan ionlarni ishlab chiqarish uchun kerak boʻlgan energiyaga nisbatan juda past. Shunday qilib, yarimoʻtkazgichli detektorlarda impuls balandligining statistik oʻzgarishi kichikroq va energiya aniqligi yuqori.^[2] Gazli ionlanish detektorlari bilan solishtirganda, yarimoʻtkazgichli detektorning zichligi juda yuqori va yuqori energiyali zaryadlangan zarralar nisbatan kichik oʻlchamdagi yarimoʻtkazgichda oʻz energiyasini berishi mumkin.

Detektor turlari

Silikon detektorlari

Mikroskopdagi PHENIX detektorining Forward Silicon Vertex Detector (FVTX) sensori silikon chiziqlar oraligʻi 75 mikronni koʻrsatadi.^[3]

Koʻpgina kremniy detektorlari printsipial jihatdan tor (odatda kengligi taxminan 100 mikrometr) silikon chiziqlarni doping orqali diodlarga aylantirish orqali ishlaydi, ular keyinchalik teskari yoʻnaltiriladi . Zaryadlangan zarralar bu chiziqlar orqali oʻtayotganda, ular aniqlanadi va oʻlchanadigan kichik ionlanish oqimlarini keltirib chiqaradi. Bu detektorlarni zarracha tezlatgichdagi toʻqnashuv nuqtasi atrofida joylashtirish minglab zarrachalar qanday yoʻllarni bosib oʻtishini aniq tasavvur qilish imkonini beradi. Silikon detektorlari zaryadlangan zarrachalarni kuzatishda bulut kameralari yoki sim kameralari kabi eski texnologiyalarga qaraganda ancha yuqori piksellar soniga ega. Kamchiligi shundaki, kremniy detektorlari ushbu eski texnologiyalarga qaraganda ancha qimmat va oqish oqimlarini (shovqin manbai) kamaytirish uchun murakkab sovutishni talab qiladi. Ular, shuningdek, vaqt oʻtishi bilan radiatsiya degradatsiyasiga duchor boʻlishadi, ammo bu Lazar effekti tufayli sezilarli darajada kamayishi mumkin.

Olmos detektorlari

Olmos detektorlari kremniy detektorlari bilan juda koʻp oʻxshashliklarga ega, ammo muhim afzalliklarga ega boʻlishi kutilmoqda, xususan, yuqori radiatsiya qattiqligi va juda past drift oqimlari. Ular neytronlarni aniqlash uchun ham mos keladi. lLekin, hozirgi vaqtda ular ancha qimmat va ishlab chiqarish qiyinroq.

Ushbu maqola Wikitaʼlim loyihasi asosida OʻzMU Fizika fakulteti talabasi Fatxullayeva Bahora tomonidan amalga oshirildi.

Germaniy detektorlari

Yuqori toza germaniy detektori (suyuq azot devaridan uzilgan)

Germaniy detektorlari asosan yadro fizikasida gamma-spektroskopiya, shuningdek rentgen spektroskopiyasi uchun ishlatiladi. Kremniy detektorlari bir necha millimetrdan qalin boʻla olmasa-da, germaniy, sezgir qalinligi santimetrga ega boʻlishi mumkin va shuning uchun bir necha MeV gacha boʻlgan gamma nurlari uchun umumiy yutilish detektori sifatida ishlatilishi mumkin. Ushbu detektorlar yuqori toza germaniy detektorlari (HPGe) yoki gipersof germaniy detektorlari deb ham ataladi. Hozirgi tozalash texnikasi takomillashtirilgunga qadar, germaniy kristallarini spektroskopiya detektorlari sifatida foydalanish uchun etarli darajada tozalik bilan ishlab chiqarish mumkin emas edi. Kristallardagi nopokliklar elektronlar va teshiklarni ushlab, detektorlarning ish faoliyatini buzadi. Natijada, elektronlar va teshiklar kontaktlarga yetib borishi va signal ishlab chiqarishi mumkin boʻlgan ichki hududni yaratish uchun germaniy kristallari litiy ionlari (Ge (Li)) bilan qoʻshildi.

Germaniy detektorlari birinchi marta ishlab chiqilganda, faqat juda kichik kristallar mavjud edi. shuning uchun samaradorlik past edi va germaniy detektorining samaradorligi hali ham koʻpincha „standart“ 3 ″ x 3″ NaI(Tl) sintilatsiya detektoriga nisbatan koʻrsatilgan. Oʻshandan beri kristall oʻstirish texnikasi takomillashib, keng tarqalgan NaI kristallari kabi yoki undan kattaroq detektorlarni ishlab chiqarish imkonini berdi, garchi bunday detektorlarning narxi 100 000 evrodan (113 000 AQSh dollari) oshadi.

Germaniy detektorlarining asosiy kamchiliklari shundaki, ular spektroskopik maʼlumotlarni olish uchun suyuq azot haroratigacha sovutilishi kerak. Yuqori haroratlarda elektronlar kristalldagi tarmoqli boʻshligʻini osongina kesib oʻtishlari va oʻtkazuvchanlik zonasiga etib borishlari mumkin, bu yerda ular elektr maydoniga erkin javob berishadi va spektrometr sifatida foydali boʻlish uchun juda koʻp elektr shovqinlarini ishlab chiqaradilar. Suyuq azot haroratiga (77K) sovutish valentlik elektronlarining termal qoʻzgʻalishlarini kamaytiradi, shuning uchun faqat gamma nurlarining oʻzaro taʼsiri elektronga tarmoqli boʻshligʻini kesib oʻtish va oʻtkazuvchanlik zonasiga erishish uchun zarur boʻlgan energiyani berishi mumkin. Suyuq azot bilan sovutish noqulay, chunki detektorni ishlatishdan oldin ish haroratiga qadar sovutish uchun soatlab vaqt kerak boʻladi va foydalanish vaqtida qizib ketishiga yoʻl qoʻyib boʻlmaydi. Ge (Li) kristallarining isishiga hech qachon yoʻl qoʻyib boʻlmaydi, chunki litiy kristalldan tashqariga chiqib, detektorni buzadi. HPG detektorlari foydalanilmayotganda xona haroratigacha qizdirilishi mumkin.

Kadmiy tellurid va kadmiy rux tellurid detektorlari

Kadmiy tellurid (CdTe) va kadmiy rux tellurid (CZT) detektorlari rentgen spektroskopiyasi va gamma spektroskopiyasida foydalanish uchun ishlab chiqarilgan. Ushbu materiallarning yuqori zichligi ular anʼanaviy kremniyga asoslangan detektorlar aniqlay olmaydigan 20 keV dan ortiq energiya bilan rentgen va gamma-nurlarini samarali ravishda susaytirishi mumkinligini anglatadi. Ushbu materiallarning keng tarmoqli oraligʻi, shuningdek, ular yuqori qarshilikka ega va germaniy asosidagi detektordan farqli oʻlaroq, xona haroratida yoki unga yaqin (~ 295K) ishlay olishlarini anglatadi. Ushbu detektor materiallari tasvirlash va yuqori aniqlikdagi spektroskopiya uchun turli elektrod tuzilmalariga ega sensorlar ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Biroq, kadmiy rux tellured detektorlari odatda germaniy detektorlarining foydalanish chegarasiga mos kelmaydi, bu farqning bir qismi elektrodga zaif musbat zaryad tashuvchisi bilan bogʻliq. Ushbu taʼsirni yumshatishga qaratilgan saʼy-harakatlar tashuvchilarning ikkala qutblarini yigʻish zaruratini inkor etish uchun yangi elektrodlarni ishlab chiqishni oʻz ichiga oladi.^[4]^[5]

Germaniy detektorlari uchun avtomatik namunani oʻzgartirish

HPGe arzon, ochiq manbali avtomatik namuna oluvchi bilan avtomatlashtirilgan.

HPGe detektorlaridan foydalanadigan gamma-spektrometrlar koʻpincha atrof-muhit namunalarida past darajadagi gamma chiqaradigan radionuklidlarni oʻlchash uchun ishlatiladi, bu past fon muhitini talab qiladi, odatda namuna va detektorni „qoʻrgʻoshin qal’asi“ deb nomlanuvchi qoʻrgʻoshin qalqoni bilan oʻrash orqali erishiladi. Qalqonni ochish qiyinligi va namunalarni koʻchirishning murakkabligi tufayli, bu avtomatlashtirish anʼanaviy ravishda qimmatga tushdi, ammo yaqinda arzonroq avtonamunalar joriy etildi.^[6]

Foydalanilgan adabiyotlar

↑ Knoll, G.F.. Radiation Detection and Measurement, 3rd, Wiley, 1999 — 365-bet. ISBN 978-0-471-07338-3.
↑ Knoll, p119
↑ Kapustinsky, Jon S. (17 November 2010). „Sensors/FPHX Readout Chip WBS 1.4.1/1.4.2“ (PDF). Qaraldi: 7 August 2017. {{cite magazine}}: Cite magazine requires |magazine= (yordam)
↑ Luke, P. N. (1994-11-01). „Unipolar charge sensing with coplanar electrodes -- Application to semiconductor detectors“. doi:10.2172/34411. OSTI 34411. {{cite magazine}}: Cite magazine requires |magazine= (yordam)
↑ J. S. Kapustinsky, Nucl. Instrum. Methods A 617 (2010) 546 — 548.
↑ Carvalho, Matheus (2018). „Auto-HPGe, an autosampler for gamma-ray spectroscopy using high-purity germanium (HPGe) detectors and heavy shields“. HardwareX. 4-jild. e00040-bet. doi:10.1016/j.ohx.2018.e00040.

[1] Knoll, G.F.. Radiation Detection and Measurement, 3rd, Wiley, 1999 — 365-bet. ISBN 978-0-471-07338-3.

[2] Knoll, p119

[3] Kapustinsky, Jon S. (17 November 2010). „Sensors/FPHX Readout Chip WBS 1.4.1/1.4.2“ (PDF). Qaraldi: 7 August 2017. {{cite magazine}}: Cite magazine requires |magazine= (yordam)

[4] Luke, P. N. (1994-11-01). „Unipolar charge sensing with coplanar electrodes -- Application to semiconductor detectors“. doi:10.2172/34411. OSTI 34411. {{cite magazine}}: Cite magazine requires |magazine= (yordam)

[5] J. S. Kapustinsky, Nucl. Instrum. Methods A 617 (2010) 546 — 548.

[6] Carvalho, Matheus (2018). „Auto-HPGe, an autosampler for gamma-ray spectroscopy using high-purity germanium (HPGe) detectors and heavy shields“. HardwareX. 4-jild. e00040-bet. doi:10.1016/j.ohx.2018.e00040.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]