ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ (ФЭУ)
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ (ФЭУ)





ВС
ФД
УД1
УД2
УД3
УД4
С
Rн
+
Rp
У
АД
ФК
АН
P1
P2
Ф
СП
A
n1
n2
n3
 
n4

 

 


И – источник излучения;

Ф – фосфоры;

ВС – вспышка света;

ФД – фокусирующий динод (фотокатод);

УД – управляющий динод;

А – анод;

Up – рабочее напряжение;

СП – светопровод;

С – емкость;

 

Rн – нагрузочное сопротивление;

Rp – рабочее сопротивление

У – усилитель;

Р – регистратор;

АД – амплитудный дискриминатор;

ФК – формирующий каскад;

Ан – анализатор.

Вспышки света через светопровод освещают фокусирующий динод, т.е. фотокатод, на котором возникает пучок электрона (n1). Управляющие диноды имеют положительный потенциал, который создается напряжением Uр через нагрузочные сопротивления динодов. Электроны n1 ускоряются в электрическом поле ФЭУ и поступают на первый управляющий динод, на котором каждый электрон из группы n1 выбивают n2 вторичных электронов , т.е. их становится n1 * n2 и они летят на УД2 . В результате этого начальный поток электрона (n1) , достигнув анода, усиливается в К = n1 * n2 * n3 ….. nn раз, где m – кол-во динодов. Если усиление динодов одинаково, то К = nm. В современных ФЭУ m достигает 16, а величина К = 105 ÷ 108 раз.

На аноде А возникает электрический импульс, амплитуда которого пропорциональна кол-ву энергии, которое потеряли в сцинтилляторе α, β- частицы или γ-кванты.

Электрические импульсы с выхода ФЭУ идут на линейный усилитель У, амплитудный дискриминатор АД и могут быть зарегистрированы двумя способами:

- в первом способе импульсы идут через формирующий каскад ФК, после чего поступают на регистратор Р1, который измеряет суммарное число импульсов. Этот способ применяется в переносных радиометрах, измеряющих общую интенсивность γ- или β- излучения;



- во втором способе импульсы идут в многоканальный анализатор Ан который сортирует их по амплитуде, а затем они идут на регистратор Р2 . В этом способе определяется энергия излучения, автомобильных, самолетных и вертолетных приборах.

6.2.Краткие сведения о фосфорах.

Фосфоры бывают в виде неорганических и органических кристаллов, жидкости и газы. Неорганические кристаллы: Zn S (Ag); Na Y (TL); GY (TL); KY (TL); Li Y (Eu); Ca F2. Активаторы , к-ые добавляются для улучшения световыхода – это Ag; TL и Eu.

Кристаллы ZnS(Ag) малопрозрачные и поэтому применяются на высоком β- и γ – фоне тонким покрытием.

Кристаллы Na Y (TL) и Gs Y (TL) хорошо прозрачны, они могут иметь больше размеры. Они имеют большую плотность (ρ = 3,2 ÷ 4,5 г/см3), высокий атомный номер и применяются для регистрации γ- и β- излучения.

Кристаллы Ca F2 применяются для регистрации γ – излучения на высоком нейтронном фоне, т.к. сечение σ для Ca и F очень мало. (3,46 – Ca) Кристаллы LiY(Еu) применяются для регистрации ионов по α – лучам: 6Li (n γ ) 3 H.

 

Органические кристаллы - антроцан С 14 Н18, С14Н12; нафталин С10Н8 имеют малую плотность (ρ = 1,15 ÷ 1,25 г/см3) и Z. Поэтому применяются для регистрации α- и β- излучения. Малоэффективны для γ-излучения (в 10 раз эффективность уменьшается). Они содержат много водорода, поэтому применяются для измерения быстрых нейтронов.

Жидкие сцинтилляторы – растворы люминесцирующих веществ: фтолуол, ксенон с добавлением активаторов. Их можно делать любых размеров и форм, а радиоактивную пробу помещать в сцинтиллятор в виде раствора или суспензии. Это очень важно для измерения проб с малой активностью.

Газообразные сцинтилляторы – в основном чистые благородные газы Не; Аr; Kr; Xe или их смеси. Применяют для измерения воздушной среды, контроля периметра.

6.3.Особенности регистрации излучения.

Сцинтилляционные детекторы имеют высокую эффективность (для α и β = 100 % ) а для γ – квантов 25 ÷ 100 %.

Высокая эффективность, но высокий стабильный фон (темновой ток), который вызван ионизацией газа ФЭУ, выбиванием дополнительных ē с поверхности фокусирующего и управляющих динодов под действием положительных ионов. Темновой ток убирается с помощью дискриминатора АД.

 


 

Полупроводниковые детекторы.

 

Принцип работы ППД.

Основные типы ППД.

Особенности измерений ППД.

7.1.Принцип работы ППД.

Полупроводники (ПП): к ним относят твердые вещества с удельным электрическим сопротивлением ρ = 10-2 ÷ 1010 Ом. см. Это элементы III – VII гр. ПСХЭ: В; С; Si; Р; Ge, S, As и др. Наиболее подходящими яв-ся Ge, Si с примесями Р, Li и В. В твердых телах электроны располагаются в 2 зонах: валентной и в зоне проводимости. В полупроводниках промежуток между ними небольшой, и электроны могут переходить из одной зоны в другую. При переходе в зону проводимости в валентной зоне остается одна незаполненная связь, которую наз-ют дыркой. Она эквивалентна элементарному положительному заряду +электрон. Дырку может заполнить любой соседний электрон.(валентный) Так дырка передвигается от одного атома к другому, а на встречу ей движется валентный электрон.

Одновременно с образованием электрона и дырок происходит их рекомбинация. Если нет электрического поля, то имеется равновесие между концентрацией свободных электронов и дырок в ПП . Пи включении ПП в электрическую цепь, электроны в зоне проводимости двигаются к аноду. А дырки валентной зоны двигаются к катоду. Так возникает собственная проводимость (фоновый ток) ПП, которая с повышением t0 растет; т.е. удельное сопротивление уменьшается.

Под влиянием ионизирующих излучений в ПП образуются носители тока, т.е. свободные электроны и дырки, число которых во много раз больше, чем ионов в ионизационных детекторах. Во столько же раз больше и амплитуда импульса от ионизирующей частицы.

Однако , при ρ ≤ 1010 Ом*см фоновый ток полупроводников настолько высок, что он мешает регистрировать ток ионизации, межд тем удельное сопротивление его для Ge ρ = 650 Ом*см, а др. сопротивление Si ρ = 24*105 Ом*см. Значит в обычном виде ПП неприменимы в качестве детекторов ионизирующего излучения.

Iс – полезный сигнал;

Iф – фоновый, темновой ток.

Проблема увеличения Iс к Iф решили путем увеличения свободных электронов и дырок, расширением их переходной зоны, путем охлаждения ПП и др. способами:

1) При добавлении в кристаллы 4-х валентных Ge или Si атомов 5-и валентного Р (Ge и Si + P) появляется много свободных электронов и вещество наз-ся n-полупроводником.

1.2. При добавлении к Ge или Si + B или AL появляются наоборот много свободных дырок и вещество наз-ся р-полупроводник.

2) Если 2 n-и р-полупроводник приложить один к др., то на их границе часть электрона и дырок нейтрализуется, и образуется слой обедненный носителями электротока, который называется n-р-переход. Это и есть чувствительный слой.

3) Если n-п/проводник присоединить к +, то свободные электроны n-р/перехода смещается к аноду, а дырки к катоду. Толщина n-р-перехода увеличивается, а кристаллы становятся изолятором. Обедненная зона расширяется, становится высокоэффективной и чувствительной. Для Si толщина этой зоны равна ~0,1 мм, что позволяет регистрировать α-частицы и осколки деления.

4) Для регистрации α и β-излучения применяют трехслойные детекторы p-i-n-переход, где ионизация дырок и электронов у краев чувствительной зоны велика, а в средней части почти компенсирована.

Это делается путем внедрения в ПП атома Li. Толщина p-i-n-перехода может достигать 1 см и более. Особо чистый Ge может прим-ся и без Li.

5) Для увеличения удельного сопротивления ПП применяют его охлаждение с помощью жидкого азота при T ~ 770 К. Применяют для германиевых ПП. Но детекторы из чистого германия могут работать и без охлаждения.

7.2.Основные типы детекторов.

Имеются несколько типов ППД, но наибольшее значение получили поверхностно барьерные детекторы (ПБД) и дрейфовые детекторы (ДД).

ПБД – применяют для регистрации тяжелых заряженных частиц (α, ρ, осколки деления). Они состоят из плоского кристалла Si (n –типа) и тонкой пленки этого же материала (ρ – типа). Чувствительный слой имеет толщину 0,5 мм и S ~ 1 см2. Для электрического контакта на кристаллы и пленку наносят слой толщиной 3*10-5 мм золота.

 

ē
дырки
p-
Up
+
n-
C
на усилитель
обедненный слой (чувств. зона)
+
-
R

 

 


Иногда ПБД делают из 4 слоев: Au – p – n – Au. Толщина слоев настолько мала, что α – частица проходит их насквозь, оставляя в ПБД только часть энергии ∆Е. Такой детектор называют dE/dx и применяют для распознавания типа частиц по величине ∆Е.

ДД – применяют для регистрации γ- и β-излучения. Они состоят из Ge c p-i-n-переходом толщиной ~ 1 см, а объем чувствительной зоны = ~ n * 10см3. По форме дрейфовые детекторы делятся на цилиндрические и планарные.

 

Цилиндрические: Планарные:

+
n
n
i
p
n
+
i

 


Цилиндрические детекторы служат для регистрации γ – квантов высоких энергий, а планарные – для низких энергий. Германиевые детекторы хранят и используют при t0 жидкого азота, т.к. при высокой t0 из-за малого удельного сопротивления через детектор течет большой фоновый ток, а Li – диффундируют из толщи материала к поверхности, что выводит детектор из строя.

 

 

7.3.Особенности измерений с ППД.

Удельная ионизация в ППД в десятки-сотни раз больше , чем в ионизационной камере и фосфорах, поэтому даже при малых размерах детектора эффективность его достигает для α и β – частиц 100 % , а для γ – квантов 20 ÷ 40 %.

Точность измерений энергии γ –излучения в 20 ÷ 30 раз выше, чем у сцинтилляционных, поэтому ППД применяют для распознания изотопов Pu по его сложному спектру низкоэнергетического γ – излучения.

Однако ППД имеют высокий темновой ток, поэтому их надо держать при низкой t или применять очень чистый Ge. Облучение ППД ведет к нарушению структуры кристаллов; атомы смешаются из узлов кристаллической решетки, внедряются в постройки соседних атомов, а на их месте образуются пустоты. Поэтому каждый детектор способен выдержать ограниченное число упавших на него частиц:

Для α – частиц ~ 108 – 1010

β – частиц ~ 1012 -- 1014

БН~1010-1013

8. Другие методы регистрации.

 

Камера Вильсона

Диффузионная камера

Пузырьковая камера

Люминесцентная камера

Искровая камера









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.