4. Системи реєстрації іонізуючих випромінювань

1. Загальні вимоги

Системи реєстрації рентгенівського й гамма-випромінювання ши­роко застосовуються в медицині, промисловості (діагностика мета- локонструкцій), для просвічування вантажів на митниці, у науко­вих дослідженнях, моніторингу навколишнього середовища.

Вивчення характеристик іонізуючих випромінювань за допо­могою кристалічних сцинтиляторів є одним з найбільш ранніх ме­тодів, що набув особливо широкого застосування після створення

в 1934 р. фотоелектронних помножувачів. Детектори типу «сцин­тилятор — фотоелектронний помножувач» (СЦ-ФЕП) мають високу ефективність реєстрації практично всіх видів іонізуючих випромінювань (яка лімітується, в основному, об’ємом СЦ і енер­гією випромінювання), великою конверсійною ефективністю системи «сцинтилятор — фотокатод» (більше 0,01), енергетичною і часовою роздільною здатністю (меншою 10 % і 10 ⁵—10 ⁸свідпо­відно) [20, 24, 25]. Це забезпечило їх широке використання в дозиметрії, дефектоскопії, спектрометрії, радіометрії її інших областях радіаційного приладобудування. У той же час детекторам СЦ-ФЕП властивий ряд недоліків, обумовлених, в основному, такими властивостями ФЕП, як сильна залежність вихідного сигналу від зміни величини середнього струму («стомлюваність»), чутливість до впливу магнітних полів (включаючи земне) і зміні температури, порівняно невеликої (10²—10³) ділянки лінійності динамічного діапазону, необхідність високої стабільності високо­вольтного живлення та ін. [24, 25].. Крім того, у деяких галузях радіаційного приладобудування, таких як матрична інтроскопія, томографія, індивідуальна дозиметрія, обмежувальним фактором використання детекторів СЦ-ФЕП є їх відносно великі габарити, що перешкоджають створенню інтроскопічних систем з високою просторовою роздільною здатністю. Перспективним для створення малогабаритних і багатоканальних пристроїв є застосування в них напівпровідникових детекторів (НПД), які через однократність перетворення енергії випромінювання мають близьку до одиниці конверсійну ефективність, меншу за долю відсотка енергетичну роздільну здатність і високу швидкодію. Однак їх широке вико­ристання обмежується складністю експлуатації (НПД на основі Се(Ьі) 8і(Ьі) вимагають глибокого охолодження), низькою ефек­тивністю реєстрації (НПД на основі поверхово-бар’єрних, дифу­зійних, імплантаційних структур) через малий робочий об’єм, низькою відтворюваиістю вихідних параметрів (НПД на основі кристалів типу СсІТе) [20].

Альтернативою детекторам СЦ-ФЕП й НПД для розв’язання ряду завдань радіаційної техніки є використання систем типу «сцинтилятор — фотодіод» (СЦ-ФД). Детектори СЦ-ФД мають практично всі переваги детекторів СЦ-ФЕП, у тому числі (при за­стосуванні як фотоприймача лавинного ФД) реалізацією в датчику випромінювань ефекту внутрішнього підсилення. Як і у випадку НПД, СЦ-ФД мають широкі можливості мініатюризації прий- мально-детектуючого тракту і перевершують детектори СЦ-ФЕП за деякими експлуатаційними характеристиками (низька напруга живлення, невелика споживана потужність, мала чутливість ви­хідних параметрів до механічних, термічних і магнітних впливів, більший на 2—3 порядки динамічний діапазон лінійності онто- електроиних характеристик). Крім того, ефективність перетворен­ня енергії випромінювання детекторами СЦ-ФД приблизно на по­рядок вища, ніж у детекторах СЦ-ФЕП. Це виявляється при порівнянні числа пари носіїв заряду на виході ФД із числом електронів що потрапляють на перший динод ФЕП за рівних умов опромінення й світлозбирання в обох детекторах:

Мд Ч,/ - Пу