книги из ГПНТБ / Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений

Предполагая, что все сцинтилляционные фотоны имеют энер­ гию, соответствующую максимуму спектра излучения Csl (Т1) (к = 5600 Â), в соответствии с кривой 6 на рис. 5.1 получаем чувствительность фотоэлемента 270 мка/мв. Таким образом,.

Іф/Ряі 1,9510_s а/(рIмин).

Т а б л и ц а 5.1 Экспериментальные данные о чувствительности комбинирова иных детекторов

В табл. 5.1 приведены сравнительные экспериментальные данные о чувствительности комбинированных детекторов к рентгеновскому излучению с £ Эф=100 кэв по току короткого замыкания. Чувствительность детекторов рассчитана на 1 см2 рабочей поверхности фотоэлемента. Материал оптического кон­ такта— силиконовое масло, специальный отражатель отсут­ ствует.

• Расхождение между расчетной и экспериментальной величи­ нами чувствительности невелико (в пределах одного порядка величины) и может быть отнесено за счет неопределенности некоторых взятых для расчета величин (цот, £ф и др.).

Ход с жесткостью

Ход с жесткостью сцинтиллятора Csl (Т1) изучен [186], ход с жесткостью кремниевых и арсенидгаллиевых фотоэлементов рассмотрен в гл. 4. Все три энергетические зависимости (ком­ бинированного детектора, сцинтиллятора и фотоэлемента) описываются одним уравнением (1.51). Поэтому для анализа кривой энергетической чувствительности комбинированного детектора необходимо установить вклад, вносимый сцинтилля­ тором и фотоэлементом.

При этом имеется два крайних случая: а) сцинтиллятор, достаточно толстый, т. е. поглощает все падающее на него из­ лучение и б) сцинтиллятор достаточно тонкий, т. е. поглощает незначительную часть излучения.

112

б. Применением метода отношения двух сигналов (см. гл. 7). в. Применением классического метода компенсации допол­

нительными фильтрами.

Инерционность детекторов

Инерционность комбинированных детекторов определяется временем высвечивания сцинтиллятора и инерционностью фото­ элементов. Время высвечивания основной компоненты сцинтил­ ляций составляет, по разным данным, т=0,5-М,1 мксек [191].

По абсолютной величине интенсивность и длительность фос­ форесценции (после свечения) меняется от кристалла к кри­ сталлу. Во многих случаях оказывается достаточным отбор сцинтилляторов комбинированного детектора по визуальной оценке послесвечения по сравнению с эталоном при облучении рентгеновским или уизлучением дозой 200—250 р. При этой ток комбинированного детектора, обусловленный послесвече­ нием, может быть снижен до 1—2% тока сигнала в диапазоне мощностей доз от 1 до 100 р/мин.

Кинетика фототока полупроводникового элемента при воз­ действии свечения сцинтиллятора определяется теми же соотно­ шениями, что и описанными в § 4.5. Разница состоит лишь в том, что все фотоны поглощаются в узком поверхностном слое детектора толщиной в несколько микрон. Из-за этого уменьша­ ется время собирания неосновных носителей к р — «-переходу, т. е. уменьшается инерционность полупроводникового прибора [37].

Достаточно малая инерционность комбинированных детекто­ ров, основанных на сочетании Si + CsI (Т1), позволяет, напри­ мер, определить с их помощью длительность мнкросекундных импульсов бетатронного излучения [140].

Пространственная чувствительность .

С увеличением энергии излучения зависимость от ориента­ ции комбинированного детектора уменьшается так же, как у ППД.

Детектор на основе сочетания сцинтиллятор — световод — фо­ тоэлемент [180, 187] позволяет снизить зависимость чувствитель­ ности от ориентации в пучке излучения до 2—3% при воздей­ ствии рентгеновского излучения средних энергий (ДЭф = 30-^ -М50 кэв). Это особенно существенно при фантомных измере­ ниях в клинических условиях.

§ 5.5. ДРУГИЕ ТИПЫ КОМБИНИРОВАННЫХ ДЕТЕКТОРОВ

114

Г Л А В А 6

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

§ 6.1. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ

К числу внешних факторов, приводящих к изменению дози­ метрических характеристик (в первую очередь чувствитель­ ности), относится фотонное излучение, температура, магнитные поля. Характеристики детекторов изменяются также в процессе хранения.

В зависимости от функционального назначения прибора ис­ пользуемый в нем ППД подвергается облучению экспозицион­ ными дозами, ориентировочные значения которых за год экс­ плуатации приведены в табл. 6.1.

Согласно приведенным данным, детектор можно считать пригодным для применения в универсальных дозиметрах, если его чувствительность изменяется не более чем на 5% в год при дозе 0,2 Мрад.

1.16

Рентгеновское излучение

Энергия рентгеновского излучения, применяемого в рентге­ нотерапии (см. табл. 6.1), меньше или незначительно превышает пороговую энергию (£л)п (см. гл. 2, § 6). Поэтому основные изменения свойств ППД относятся к поверхностно-радиацион­ ным эффектам. При больших мощностях доз необходимо учи­ тывать и радиационно-стимулированную диффузию [2111. Из радиационно-поверхностных эффектов большую группу состав­ ляют эффекты, происходящие в результате действия внешней ионизированной среды. К этим эффектам наиболее чувстви­ тельны приборы, с р — «-переходом.

приводит к появлению инверсионного слой в р-области и обога­ щенного— в «-области. Отрицательные ионы на поверхности вызывают противоположные изменения проводимости: инверсия

темнового обратного тока Д. Изменение Д экспериментально наблюдали у полупроводниковых приборов (транзисторов, дио­ дов) при облучении экспозиционными дозами ІО3—ІО5 р, обычно еще недостаточными для появления существенных объемных радиационных дефектов [22, 212, 213].

Исследования показали, что р — і — «-детекторы, не имею­ щие на боковых поверхностях специальных защитных покрытий,

ной энергии в объеме детектора. В ходе облучения фототок Д,;

сколько сот раз при экспозиционных дозах, на два, три порядка

полупроводниковых приборов и большим удельным сопротивле­ нием кремния в р — і — «-детекторах.

Рассмотрим влияние условий облучения и свойств внешней средьіі на приращение темнового тока Ді (Ді= Д — Д. о). Умень­ шение давления воздуха приводит к снижению скорости роста Ді и при давлении 10_3 мм рт. ст. Ді = 0 даже при мощности экспозиционной дозы 500 р/мин. Если р — г—-«-детектор помес­ тить в силиконовое масло, предварительно обезгаженное при 10~3 мм рт. ст., или нанести обезгаженные кремнийорганические

117

компаунды типа КЛ-4 с добавкой MgO, то также создаются условия, при которых темновой ток не изменяется.

Изучая кинетику изменения темнового тока, можно сделать следующие выводы.

1.Первоначальные значения тока /т восстанавливают

через 16—20 ч после облучения. В р — і — /г-детекторах, так же как и в транзисторах и диодах, наблюдается [212] «эффект памяти» (ускоренный рост / т при повторных облучениях).

Р

Рис. 6.1. Изменения токов /,1н+ / т и / т р — і — л-детектора (0 — время выключения рентгеновского аппарата).

2. Скорость роста темнового тока (/'ті) на линейном участке зависимости /т от дозы D3 (см. рис. 6.1) при постоянной мощ­ ности дозы равна

где аті — коэффициент пропорциональности.

3.Время спада / ті до нуля практически не зависит от того, находится детектор под напряжением или нет.

4.Скорость увеличения тока /ц повышается с ростом мощ­

ности экспозиционной дозы. Форма кривых / Т1 —f(t) при постоянной мощности экспозиционной дозы зависит от напря­ жения смещения U. В области (/< 5 0 в отчетливо проявляется 5-образность этой зависимости. Ход кривых спада /ті удовлет­ ворительно аппроксимируется гиперболическими зависимостями, что свидетельствует о нелинейном характере рекомбинации осевших на поверхности ионов.

5. Отношение между временами роста тока Іт\ до одного и того же значения на линейном участке его зависимости от дозы при нахождении детектора в азоте, кислороде и воздухе при нормальном давлении составляет 1,7:1, 2:1, т. е. /ті быстрее всего увеличивается в воздухе.

118