Полупроводниковые датчики радиоактивности. Преимущества.
Основаны на свойстве полупроводников изменять свою электропроводность под действием ионизирующего изучения, чувствительным элементом является обедненная носителями электрического заряда зона полупроводника. Проходя через эту зону, энергия излучения продуцирует новые носители зарядов. Количество возникающих зарядов связано с характеристиками радиоактивного излучения.
Полупроводниковая структура датчика состоит из двух соединенных полупроводников с различными типами проводимости. В полупроводниках р-типа носителями заряда являются положительно заряженные дырки, а в полупроводниках n-типа – отрицательно заряженные электроны. Зона контакта на границе их соединения называется электронно-дырочным переходом.
При этом на границах своей зоны электроны, покидая ее, оставляют положительный заряд, а дырки – отрицательный.
Внешнее электрическое поле концентрирует дырки у отрицательного электрода, а электроны – у положительного. Благодаря этому узкая граница перехода превращается в широкую, свободную от носителей зарядов зону. Ширина этой зоны определяется величиной приложенного «концентрирующего» напряжения. Такая зона чувствительна к ионизирующему излучению.
При прохождении через чувствительную зону ионизирующего излучения в ее объеме формируются новые электронно-дырочные пары. Они перемещаются к соответствующим электродам, создавая ток во внешней цепи. Величина этого тока пропорциональна энергии ионизирующего излучения.
Преимущества полупроводниковых детекторов:
большая плотность увеличивает потери энергии частицей, что увеличивает диапазон регистрируемых энергий
меньшая энергия ионизации полупроводника улучшает энергетическое разрешение.
высокая подвижность носителей заряда улучшает временное разрешение.
Датчики радиоактивности с ионизационной камерой. Режим полного сбора. Преимущества.
Ионизационная камера (ИК) – это устройство, позволяющее измерить величину ионизационного тока, возникающего при прохождении фотонов в высоковольтном межэлектродном пространстве.
ИК представляет собой герметичный объем, который заполнен воздухом или инертным газом. Внутри камеры расположены анод и катод. Несмотря на то, что к электродам приложено напряжение, ток во внешней цепи отсутствует. Это объясняется тем, что межэлектродный воздушный промежуток является хорошим изолятором и в нем отсутствуют носители зарядов.
Под воздействием ионизирующего излучения, в объеме камеры появляются носители зарядов – противоположно заряженные ионы. В электрическом поле они перемещаются в промежутке анод-катод: отрицательно заряженные ионы движутся к аноду, а положительно заряженные – к катоду.
Т
ок,
обусловленный движением ионов,
пропорционален числу ионов, достигших
электродов. Поэтому при работе
ионизационной камеры в качестве датчика
радиоактивности выбирают такой режим
полного сбора носителей зарядов. При U
меньше U1, скорость дрейфа ионов мала и
они рекомбинируют. Ток в этом случае
пропорционален приложенному напряжению.
На участке U1 – U2 процесс рекомбинации прекращается и все ионы достигают электродов. В этом случае ток не зависит от приложенного напряжения – режим насыщения. Такой режим является рабочим режимом ионизационной камеры – при этих условиях ток пропорционален величине энергии ионизирующего излучения.
Ионизационные детекторы применяются, когда надо добиться согласования характеристик большого количества детекторов (напр. в рентгеновской томографии).