Применение полупроводниковых детекторов в ядерной спектрометрии

Регистрация -частиц. Полупроводниковые детекторы -частиц имеют большие преимущества перед сцинтилляционными кристаллами и ионизационными камерами, обычно применявшимся для регистрации -частиц. Детекторы имеют более высокую разрешающую способность, достигающую 10…12 кэВ при Е_ = 2 МэВ. Лишь магнитные спектрометры обладают лучшей разрешающей способностью, однако эти приборы очень дороги, громоздки и имеют малую светосилу. Реальная разрешающая способность детекторов далека от статистически предельной (4 кэВ при Е_ = 6 МэВ, F= 0,15 для Si).Одной из причин такого отставания является существования окна, в котором -частицы теряют часть своей энергии. Этот эффект заметен даже для тонких (30 мкг/см²) окон. Кроме того, на разрешающую способность влияет рекомбинация носителей, которая особенно существенна ввиду большой плотности ионизации, создаваемой -частицами. Альфа – пики в ядерных реакциях дополнительно уширены за счёт кинематических эффектов, однако путём соответствующей математической обработки это явление может быть учтено.

Благодаря малому времени нарастания импульса -детекторы часто используются в схемах --совпадений. Этому также благоприятствуют высокая эффективность детекторов и большой телесный угол. Высокое энергетическое разрешение - детекторов даёт возможность выделить спектр - лучей, совпадающих только с одной группой -частиц.

Регистрация электронов. Для регистрации электронов чаще используют поверхностно- барьерные и диффузные детекторы, этих типов имеют меньшую толщину мёртвого слоя по сравнению с дрейфовыми детекторами. Лишь для регистрации электронов с большой энергией выгоднее использовать дрейфовые детекторы в связи с тем, что толщина их чувствительного слоя больше. Например, для полной регистрации электронов с энергией 1 МэВ толщина чувствительного слоя в кремниевом детекторе должна быть не менее 1,5 мм. В диффузном детекторе такую толщину создать трудно, в то время как в Si(Li)- детекторе можно довести чувствительный слой до 1 см. В спектрометрии электронов предпочитают использовать детекторы, изготовленные на основе кремния (Z=14), так как для германиевых детекторов (Z=32) велик коэффициент обратного рассеяния. Для получения высокого энергетического разрешения детекторы необходимо охлаждать.

Несмотря на то что детекторы для регистрации электронов используется сравнительно давно, их влияние на -спектрометрию до сих пор было невелико. Это объясняется тем, что существующие магнитные - спектрометры имеют более высокое разрешение и дают более чистые спектры: в них нет фона от комптоновских электронов - лучей. Однако полупроводниковые детекторы электронов гораздо дешевле и проще в эксплуатации, чем магнитные спектрометры, а достигнутая разрешающая способность детекторов (1…3 кэВ при Е_е= 630 кэВ) во многих случаях достаточна для изучения спектров электронов. Следует также отметить, что детекторы позволяют одновременно регистрировать весь спектр электронов, имеют большую светосилу (благодаря большому телесному углу), могут использоваться в опытах по излучению е--совпадений и угловых корреляций. Эффективность полупроводниковых детекторов (отношение числа зарегистрированных электронов к числу электронов, попавших на детектор в единицу времени) в отличие от магнитных спектрометров может зависеть от энергии электронов. Если чувствительный слой детектора недостаточно толст для полного поглощения электронов с данной энергией, то некоторые из них не будут зарегистрированы. Необходимо учитывать также поглощение электронов в мёртвом слое детектора и эффект обратного рассеяния электронов от поверхности детектора. Коэффициент обратного рассеяния почти не зависит от энергии электронов( 25 % в широком диапазоне энергий), но зависит от геометрии опыта.

 - Спектрометрия. Появление - спектрометров с Ge(Li)- детекторами коренным образом повлияло на - лучей, полученные с помощью Ge(Li)- детекторов, показали какие большие достоинства имеет новый метод регистрации  - лучей. Схема регистрации -лучей полупроводниковым спектрометром показана на рис. 3.