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.

7.Полупроводниковые детекторы.

7.1. Принцип работы ППД.

7.2. Основные типы ППД.

7.3. 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.

I_с – полезный сигнал;

I_ф – фоновый, темновой ток.

Проблема увеличения I_с к I_ф 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.