Ярим ўтказгичли детекторлар

Йаримўтказгичли детектор — бу Ионлаштирувчи нурланишни аниқлаш учун зарядланган зарралар ёки фотонларнинг таъсирини ўлчаш учун фойдаланадиган қурилма. Унинг материали одатда кремний ёки германий бўлиши мумкин.

Яримўтказгичли детекторлар радиация ҳимояси, гамма ва рентген спектрометрияси ва заррача детекторлари сифатида кенг қўлланиши мумкин.

Аниқлаш механизми

Яримўтказгичли детекторларда ионлаштирувчи нурланиш 2 та электрод ўртасида жойлашган ярим ўтказгич материалидаги заряд ташувчилар сони билан ўлчанади. Ионлаштирувчи нурланиш эркин электронлар ва ковакларни ҳосил қилади. Электрон-ковак жуфтлари сони яримўтказгич нурланиш энергиясига пропорсионалдир. Натижада, бир қатор электронлар валентлик диапазонидан ўтказувчанлик диапазонига ўтказилади ва валентлик диапазонида тенг миқдордаги тешиклар ҳосил бўлади. Электр майдони таъсири натижасида электронлар электродларга боради, натижада улар Шокли-Рамо теоремаси томонидан тасвирланганидек, ташқи занжирда ўлчанадиган импулсга олиб келади. Коваклар тескари йўналишда ҳаракатланади ва уларни ҳам ўлчаш мумкин. Электрон-ковак жуфтлигини яратиш учун зарур бўлган энергия миқдори маълум ва тушаётган нурланиш энергиясидан мустақил бўлгани сабабли, электрон ковак жуфтлари сонини ўлчаш тушаётган нурланиш энергиясини аниқлашга имкон беради.^[1]

Электрон-ковак жуфтларини ишлаб чиқариш учун зарур бўлган энергия газ детекторида жуфтлашган ионларни ишлаб чиқариш учун керак бўлган энергияга нисбатан жуда паст. Шундай қилиб, яримўтказгичли детекторларда импулс баландлигининг статистик ўзгариши кичикроқ ва энергия аниқлиги юқори.^[2] Газли ионланиш детекторлари билан солиштирганда, яримўтказгичли детекторнинг зичлиги жуда юқори ва юқори энергияли зарядланган зарралар нисбатан кичик ўлчамдаги яримўтказгичда ўз энергиясини бериши мумкин.

Детектор турлари

Силикон детекторлари

Кўпгина кремний детекторлари принципиал жиҳатдан тор (одатда кенглиги тахминан 100 микрометр) силикон чизиқларни допинг орқали диодларга айлантириш орқали ишлайди, улар кейинчалик тескари йўналтирилади . Зарядланган зарралар бу чизиқлар орқали ўтаётганда, улар аниқланади ва ўлчанадиган кичик ионланиш оқимларини келтириб чиқаради. Бу детекторларни заррача тезлатгичдаги тўқнашув нуқтаси атрофида жойлаштириш минглаб заррачалар қандай йўлларни босиб ўтишини аниқ тасаввур қилиш имконини беради. Силикон детекторлари зарядланган заррачаларни кузатишда булут камералари ёки сим камералари каби эски технологияларга қараганда анча юқори пикселлар сонига эга. Камчилиги шундаки, кремний детекторлари ушбу эски технологияларга қараганда анча қиммат ва оқиш оқимларини (шовқин манбаи) камайтириш учун мураккаб совутишни талаб қилади. Улар, шунингдек, вақт ўтиши билан радиация деградациясига дучор бўлишади, аммо бу Лазар эффекти туфайли сезиларли даражада камайиши мумкин.

Олмос детекторлари

Олмос детекторлари кремний детекторлари билан жуда кўп ўхшашликларга эга, аммо муҳим афзалликларга эга бўлиши кутилмоқда, хусусан, юқори радиация қаттиқлиги ва жуда паст дрифт оқимлари. Улар нейтронларни аниқлаш учун ҳам мос келади. лЛекин, ҳозирги вақтда улар анча қиммат ва ишлаб чиқариш қийинроқ.

Ушбу мақола Wикитаълим лойиҳаси асосида ЎзМУ Физика факултети талабаси Фатхуллаева Баҳора томонидан амалга оширилди.

Германий детекторлари

Германий детекторлари асосан ядро физикасида гамма-спектроскопия, шунингдек рентген спектроскопияси учун ишлатилади. Кремний детекторлари бир неча миллиметрдан қалин бўла олмаса-да, германий, сезгир қалинлиги сантиметрга эга бўлиши мумкин ва шунинг учун бир неча МеВ гача бўлган гамма нурлари учун умумий ютилиш детектори сифатида ишлатилиши мумкин. Ушбу детекторлар юқори тоза германий детекторлари (ҲПГе) ёки гиперсоф германий детекторлари деб ҳам аталади. Ҳозирги тозалаш техникаси такомиллаштирилгунга қадар, германий кристалларини спектроскопия детекторлари сифатида фойдаланиш учун этарли даражада тозалик билан ишлаб чиқариш мумкин эмас эди. Кристаллардаги нопокликлар электронлар ва тешикларни ушлаб, детекторларнинг иш фаолиятини бузади. Натижада, электронлар ва тешиклар контактларга етиб бориши ва сигнал ишлаб чиқариши мумкин бўлган ички ҳудудни яратиш учун германий кристаллари литий ионлари (Ге (Ли)) билан қўшилди.

Германий детекторлари биринчи марта ишлаб чиқилганда, фақат жуда кичик кристаллар мавжуд эди. шунинг учун самарадорлик паст эди ва германий детекторининг самарадорлиги ҳали ҳам кўпинча „стандарт“ 3 ″ х 3″ НаИ(Тл) синтилация детекторига нисбатан кўрсатилган. Ўшандан бери кристалл ўстириш техникаси такомиллашиб, кенг тарқалган НаИ кристаллари каби ёки ундан каттароқ детекторларни ишлаб чиқариш имконини берди, гарчи бундай детекторларнинг нархи 100 000 эвродан (113 000 АҚШ доллари) ошади.

Германий детекторларининг асосий камчиликлари шундаки, улар спектроскопик маълумотларни олиш учун суюқ азот ҳароратигача совутилиши керак. Юқори ҳароратларда электронлар кристаллдаги тармоқли бўшлиғини осонгина кесиб ўтишлари ва ўтказувчанлик зонасига этиб боришлари мумкин, бу ерда улар электр майдонига эркин жавоб беришади ва спектрометр сифатида фойдали бўлиш учун жуда кўп электр шовқинларини ишлаб чиқарадилар. Суюқ азот ҳароратига (77К) совутиш валентлик электронларининг термал қўзғалишларини камайтиради, шунинг учун фақат гамма нурларининг ўзаро таъсири электронга тармоқли бўшлиғини кесиб ўтиш ва ўтказувчанлик зонасига эришиш учун зарур бўлган энергияни бериши мумкин. Суюқ азот билан совутиш ноқулай, чунки детекторни ишлатишдан олдин иш ҳароратига қадар совутиш учун соатлаб вақт керак бўлади ва фойдаланиш вақтида қизиб кетишига йўл қўйиб бўлмайди. Ге (Ли) кристалларининг исишига ҳеч қачон йўл қўйиб бўлмайди, чунки литий кристаллдан ташқарига чиқиб, детекторни бузади. ҲПГ детекторлари фойдаланилмаётганда хона ҳароратигача қиздирилиши мумкин.

Кадмий теллурид ва кадмий рух теллурид детекторлари

Кадмий теллурид (CдТе) ва кадмий рух теллурид (CЗТ) детекторлари рентген спектроскопияси ва гамма спектроскопиясида фойдаланиш учун ишлаб чиқарилган. Ушбу материалларнинг юқори зичлиги улар анъанавий кремнийга асосланган детекторлар аниқлай олмайдиган 20 кеВ дан ортиқ энергия билан рентген ва гамма-нурларини самарали равишда сусайтириши мумкинлигини англатади. Ушбу материалларнинг кенг тармоқли оралиғи, шунингдек, улар юқори қаршиликка эга ва германий асосидаги детектордан фарқли ўлароқ, хона ҳароратида ёки унга яқин (~ 295К) ишлай олишларини англатади. Ушбу детектор материаллари тасвирлаш ва юқори аниқликдаги спектроскопия учун турли электрод тузилмаларига эга сенсорлар ишлаб чиқариш учун ишлатилиши мумкин. Бироқ, кадмий рух теллуред детекторлари одатда германий детекторларининг фойдаланиш чегарасига мос келмайди, бу фарқнинг бир қисми электродга заиф мусбат заряд ташувчиси билан боғлиқ. Ушбу таъсирни юмшатишга қаратилган саъй-ҳаракатлар ташувчиларнинг иккала қутбларини йиғиш заруратини инкор этиш учун янги электродларни ишлаб чиқишни ўз ичига олади.^[4]^[5]

Германий детекторлари учун автоматик намунани ўзгартириш

ҲПГе аутоматед wитҳ а лоw-cост, опен-соурcе аутосамплер. — ҲПГе арзон, очиқ манбали автоматик намуна олувчи билан автоматлаштирилган.

ҲПГе детекторларидан фойдаланадиган гамма-спектрометрлар кўпинча атроф-муҳит намуналарида паст даражадаги гамма чиқарадиган радионуклидларни ўлчаш учун ишлатилади, бу паст фон муҳитини талаб қилади, одатда намуна ва детекторни „қўрғошин қал’аси“ деб номланувчи қўрғошин қалқони билан ўраш орқали эришилади. Қалқонни очиш қийинлиги ва намуналарни кўчиришнинг мураккаблиги туфайли, бу автоматлаштириш анъанавий равишда қимматга тушди, аммо яқинда арзонроқ автонамуналар жорий этилди.^[6]

Фойдаланилган адабиётлар

↑ Кнолл, Г.Ф.. Радиатион Детеcтион анд Меасуремент, 3рд, Wилей, 1999 — 365-бет. ИСБН 978-0-471-07338-3.
↑ Кнолл, п119
↑ Капустинскй, Жон С. (17 Новембер 2010). „Сенсорс/ФПҲХ Реадоут Чип WБС 1.4.1/1.4.2“ (ПДФ). Қаралди: 7 Аугуст 2017. {{cите магазине}}: Cите магазине реқуирес |магазине= (ёрдам)
↑ Луке, П. Н. (1994-11-01). „Униполар чарге сенсинг wитҳ cопланар элеcтродес -- Апплиcатион то семиcондуcтор детеcторс“. дои:10.2172/34411. ОСТИ 34411. {{cите магазине}}: Cите магазине реқуирес |магазине= (ёрдам)
↑ Ж. С. Капустинскй, Нуcл. Инструм. Метҳодс А 617 (2010) 546 — 548.
↑ Cарвалҳо, Матҳеус (2018). „Ауто-ҲПГе, ан аутосамплер фор гамма-рай спеcтросcопй усинг ҳигҳ-пуритй германиум (ҲПГе) детеcторс анд ҳеавй шиэлдс“. ҲардwареХ. 4-жилд. э00040-бет. дои:10.1016/ж.оҳх.2018.э00040.

[1] Кнолл, Г.Ф.. Радиатион Детеcтион анд Меасуремент, 3рд, Wилей, 1999 — 365-бет. ИСБН 978-0-471-07338-3.

[2] Кнолл, п119

[3] Капустинскй, Жон С. (17 Новембер 2010). „Сенсорс/ФПҲХ Реадоут Чип WБС 1.4.1/1.4.2“ (ПДФ). Қаралди: 7 Аугуст 2017. {{cите магазине}}: Cите магазине реқуирес |магазине= (ёрдам)

[4] Луке, П. Н. (1994-11-01). „Униполар чарге сенсинг wитҳ cопланар элеcтродес -- Апплиcатион то семиcондуcтор детеcторс“. дои:10.2172/34411. ОСТИ 34411. {{cите магазине}}: Cите магазине реқуирес |магазине= (ёрдам)

[5] Ж. С. Капустинскй, Нуcл. Инструм. Метҳодс А 617 (2010) 546 — 548.

[6] Cарвалҳо, Матҳеус (2018). „Ауто-ҲПГе, ан аутосамплер фор гамма-рай спеcтросcопй усинг ҳигҳ-пуритй германиум (ҲПГе) детеcторс анд ҳеавй шиэлдс“. ҲардwареХ. 4-жилд. э00040-бет. дои:10.1016/ж.оҳх.2018.э00040.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]