5.1. Общее описание детектирующей системы.
Детектор GEM-50Р4 № 47-ТР22324А с холодильником Cryo-X cooler # 9504-071003cm фирмы ORTEC предназначен для ядерной спектрометрии в диапазоне энергий от 1 кэВ до 10 МэВ. Все детекторы ORTEC работают при температуре жидкого азота с целью понижения тока утечки и тем самым шума системы. Каждая спектрометрическая система состоит из полупроводникового детектора, криостата, содержащего детектор в вакууме при низкой температуре, дьюара для жидкого азота или холодильника Cryo-X cooler, электронной системы, состоящей из малошумящего зарядочувствительного предусилителя и высоковольтного фильтра.
5.1.1. Детектор
Полупроводниковый детектор представляет собой одиночный кристалл германия, который работает в качестве диода при подаче высокого обратного напряжения при низких температурах. При этих условиях пары электрон-дырка, производимые при поглощении рентгеновского и гамма-излучения, разводятся к противоположным контактам электрическим полем. Получающийся токовый импульс интегрируется зарядочувствительным предусилителем, который создает выходной импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной энергии поглощенного кванта.
Детектор типа GEM из высокочистого германия коаксиального типа используют материал р-типа с внешним контактом из диффундирующего лития. Внутренний контакт - ион имплантированного типа.
Германий с его высоким атомным номером и большим сечением поглощения квантов наиболее подходит для регистрации фотонов высокой энергии и в то же время подходит и для энергий порядка 3 кэВ. Детекторы цилиндрической геометрии обладают большими объемами, что особенно важно для регистрации гамма-квантов высоких энергий, сечение поглощения которых мало. Благодаря своей низкой емкости такие детекторы обладают низким шумом и отличными характеристиками по разрешению. В настоящее время ORTEC разработал геометрию для коаксиальных детекторов, базирующуюся на заглубленном центральном контакте. Детекторы такой геометрии вместе с другими улучшениями обладают отличными характеристиками по сбору заряда и временному разрешению, сохраняя в то же время энергетическое разрешение такое же как у детекоров традиционной конструкции. Такая конструкция используется во всех детекторах ORTEC из высокочистого германия как р- так и n-типов.
Чтобы правильно работать ОЧГ детекторы должны быть охлаждены до температуры в диапазоне от 85 до 105 Кельвинов (К). Эта низкая температуры позволяет кристаллу германия работать как диод, в котором образуется ток, пропорциональный энергии гамма-кванта, потерянной им в кристалле. Для охлаждения ОЧГ детекторов до этой температуры существует два метода: жидкий азот и электромеханические охладители.
Охладитель X-Cooler состоит из компрессора, шланга для передачи рабочей смеси, теплообменника и холодной головки. Все компоненты, кроме теплообменника, можно увидеть.
Рис. 5.1 Охладитель X-Cooler без детектора с насосом для вакуумирования криостата.
5.2. Принцип регистрации ионизирующего излучения.
Метод основан на измерении ионизационного эффекта, возникающего в чувствительном объеме детектора при взаимодействии с ним ионизирующего излучения. Чувствительной областью ППД является высокоомный слой соответствующего полупроводника. По сути, ППД представляет собой твердотельную ионизационную камеру.
Отметим, что для всех ионизационных детекторов, работающих в спектрометрическом режиме, должно выполняться условие, чтобы пробег заряженных частиц полностью укладывался в чувствительной области. Только в этом случае существует прямая связь между амплитудой выходного сигнала и энергией частицы. Это условие не распространяется на спектрометрические γ-детекторы, поскольку взаимодействие γ-излучения с веществом чувствительного объема этих детекторов осуществляется посредством фотоэффекта, комптоновского эффекта и эффекта образования пар.