硅探测器

硅探测器的直径几厘米和几百微米的厚度是常见的选择重带电粒子探测器。他们捏造从极其温和的纯硅、高电阻n——或者p类型由于残余掺杂物。(掺杂的过程是一个杂质,称为掺杂剂,添加到半导体增强它的导电性。如果过剩正洞形成的掺杂、半导体是ap类型;如果过多的自由电子形成,这是一个n类型半导体)。面对面的薄层掺杂硅上创建一个表面,形成一个整流junction-i.e。目前,允许自由流动只有一个方向。如果现在应用于电压反向偏压这个二极管,使自由电子和积极的空穴流结,a耗尽区是附近的结形成的。耗尽区,一个电场存在快速扫描电子空穴对,可能生成热,减少了平衡的载流子的浓度非常低的水平。在这种情况下额外的电子空穴对突然由带电粒子的能量沉积成为检测的脉冲电流产生检测器。提高应用的电压增加过渡层的厚度,并完全枯竭的配置是商用的耗尽区延伸从前线回到硅晶片的表面。整个体积的硅成为活跃的探测器。硅二极管探测器厚度不到一个毫米通常体积足够小,这样航空公司可以生成的热吗容忍在室温下操作,允许这些探测器。

这些简单的硅二极管探测器目前限于损耗深度约1毫米或更少。为了创建更厚的探测器,这一过程称为可以使用锂漂移。这一过程产生的补偿材料电子给体和受体是完美的平衡,表现电就像一个纯粹的半导体。通过制作n- - -p类型接触到锂漂移的相反的表面材料和应用外部电压,损耗就可以形成许多毫米的厚度。这些相对厚锂漂移硅探测器的x射线光谱和被广泛使用测量快电子的能量。操作上,他们通常冷却到液氮的温度减少热生成的数量运营商中自发产生的厚主动卷以控制相关的泄漏电流和顺向损失的能量分辨率。

锗探测器

半导体探测器也可以使用伽马能谱。在这种情况下,然而,它有利于选择而不是硅锗探测器材料。与一个原子序数32、锗具有更高的光电横截面比硅(原子序数Z14),光电子吸收不同的概率大约为Z^4所示。5。因此,它更可能为一个事件伽马射线失去所有的能量比硅、锗和内在峰效率对锗会大很多倍。在伽马射线能谱,优势在使用探测器和一个大活跃的体积。锗的耗尽区可以几厘米厚如果使用超纯物质。锗净化过程的进步在1970年代导致商业可用性的材料残余杂质浓度大约是十一部分¹²。

最常见的一种锗γ射线能谱仪由高纯度(温和p类型)晶体装有电极同轴配置。正常的大小对应于锗的几百立方厘米。因为他们的优秀的能源解决百分之一的百分之几十,锗同轴探测器已成为现代高分辨率的伽马能谱的主力。的带隙在小于锗,硅,所以热生成的电荷载体是更大的潜在的问题。因此,几乎所有的锗探测器,即便是那些拥有相对体积小,冷却到液氮温度在使用。通常,锗晶体内密封真空外壳,或低温恒温器,为热接触提供了一个存储液氮杜瓦。机械冰箱也可以冷却探测器在偏远的地方使用液态氮的供应可能不可用。

尽管半导体探测器可以在当前模式下,操作巨大的大多数应用程序是最好的服务操作的设备脉冲模式利用其良好的能量分辨率。收集电子和空穴形成所需的时间以及粒子跟踪通常数十到数百纳秒,根据探测器厚度。因此,输出脉冲的上升时间是相同的订单,和相对精确的计时测量是可行的,尤其是对薄的探测器。

闪烁体

在某些类型的透明材料,能量沉积的高能粒子可以快速创建兴奋的原子或分子状态衰变通过可见光或紫外光发射,这一过程有时被称为提示荧光。这种材料被称为闪烁体,通常利用闪烁探测器。从单个带电粒子生成的光量的几兆电子伏动能是很弱的,无法用肉眼看到。然而,一些早期的历史实验由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福α粒子散射是由手动计数闪烁闪光从个人硫化锌屏幕阿尔法粒子相互作用,通过显微镜观察。现代闪烁探测器消除需要手动计算通过将光转化为电脉冲光电倍增管或光电二极管。

有四个不同的脉冲的生产所涉及的步骤由于收费单一的高能带电粒子:

1。粒子减慢和停止闪烁,留下一串兴奋的原子或分子物种沿轨道。探测器上的粒子可能事件从外部来源,或者它可能是内部生成的卸货之间的交互广达电脑如伽马射线和中子。典型的激发态只需要几个电子伏特的激励;因此数千一起创建一个典型的带电粒子跟踪。

2。有些兴奋的物种回到基态的过程,涉及发射的能量的形式光子可见或紫外线。这些闪烁光子发射向四面八方扩散。总能量由光(光子的数量乘以平均光子能量)是原粒子能量的一小部分存入闪烁体。这个分数是这个名字闪烁的效率和范围从约3 - 15%为常见的闪烁材料。光子能量(或光的波长)是分布在一个发射光谱特征特定的闪烁材料。

激动的物种特性意味着一生,和他们的人口呈指数衰减。的衰减时间决定的速率光激发后发射,也是特定闪烁材料的特征。衰变时间范围从不到一纳秒到几微秒,通常表示最慢的过程中所涉及的几个步骤生成一个脉冲的探测器。通常会有偏爱收集光线迅速形成一个快速增长的输出信号脉冲,因此短衰减时间高度可取在某些应用程序中。

3所示。一部分的光离开了闪烁体通过退出窗口提供的表面。剩下的闪烁体的表面提供了一个光学反射涂层,这样光本来是直接从退出窗口有一个高概率的反射的表面和收集。多达90%的光在有利的条件下可以收集。

4所示。的一小部分新兴光光子转换为电量传感器通常安装在光学接触退出窗口。这个分数是众所周知的量子效率光传感器。硅光电二极管,多达90%到80的光光子转换成电子空穴对,但在一个光电倍增管,只有25%的光子转换为光电子的最大响应的波长光电阴极(见下文)。

这一系列的步骤的最终结果,每个都有自己的低效率,是建立一个相对有限的电荷载体在光传感器。典型的脉冲将对应于最多几千运营商收费。这个数字是一小部分的电子空穴对的数量将直接在生产半导体探测器相同的能量沉积。一个后果是,能量分辨率闪烁体相当差由于统计波动运营商实际获得的数量。例如,最好从一个闪烁体0.662兆电子伏能量分辨率伽马射线(通用标准)是大约5到6%。相比之下,能量分辨率相同的伽马射线能量锗探测器可能约为0.2%。在许多应用程序中,能量分辨率差的缺点是抵消其他有利的属性,例如,伽马射线探测效率高。

有许多可取的在闪烁体的特性,包括闪烁效率高、衰减时间短,生成的光量的线性相关沉积能量,良好的光学质量和可用性在大尺寸适中的成本。没有任何已知的材料满足所有这些标准,因此许多不同的材料是常用的,每个属性最适合特定的应用程序。这些材料通常分为两大类:无机和有机闪烁体。