1.8.2. Полупроводниковые детекторы

Они сходны с ионизационными, но роль ионизационной камеры в этом случае выполняют твердые полупроводники.

Полупроводники – это кристаллические вещества, электропро­водность которых при обычной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (10⁶-10⁴ Ом^-1/см^-1) и диэлектриков (10^-10-10^-12 Ом^-1/см^-1). Под действием радиоактивных частиц в полупроводниковых детекторах происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. В результате образуются свободные носители зарядов: электроны (п-проводимость) и дырки (р-проводимость). Под действием внешнего электрического поля, приложенного к полупроводнику, электроны и дырки притяги­ваются к соответствующим электродам, обусловливая накопление заряда. Последний дает импульс напряжения, который подается в усилительно-измерительную схему прибора.

В качестве полупроводника в радиометрических приборах чаще всего применяют монокристаллы германия. С его помощью регист­рируют высокоэнергетические гамма- и бета-лучи. Для регистрации альфа-частиц, низкоэнергетических гамма-квантов и рентгеновских лучей используют кремниевые детекторы (монокристаллы кремния).

В противоположность металлам, у которых электропроводность уменьшается с ростом температуры, у полупроводников с увеличе­нием этого параметра электропроводность резко возрастает. Поэ­тому многие из полупроводниковых материалов требуют сильного охлаждения при работе, что усложняет устройство приборов, их экс­плуатацию и удорожает их стоимость. Исследователи находятся в постоянном поиске новых полупроводников, которые могут работать при обычных температурах. К таким материалам относятся теллурид кадмия, арсенид галлия и йодид ртути, которые уже используются в самых современных радиометрах и спектрометрах. Поскольку плот­ность полупроводниковых материалов намного выше плотности га­зов, то энергия поглощаемых частиц в них используется полнее, чем в ионизационных камерах. Поэтому полупроводниковые детекторы обладают очень высокой разрешающей способностью.

1.8.3. Сцинтилляционные детекторы

Сущность работы сцинтилляционного счетчика заключается в регистрации вспышек люминесценции, возникающих в некоторых кристаллах, органических жидкостях или пластмассах при попада­нии в них заряженных частиц или гамма-квантов. Вспышки в кристалле фиксируются фотокатодом и в цепи воз­никает импульс электрического тока.

Однако, сами по себе вспышки могут быть очень слабыми. Для их фиксации применяются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Они представляют собой вакуумные электронные приборы с системой умножения электронов, выбитых световой вспышкой с поверхнос­ти фотокатода (рис. 3). Умножительная система состоит из несколь­ких последовательно расположенных диодов (эмиттеров), покры­тых специальным слоем. Электроны, бомбардирующие диоды, вы­бивают из них вторичные электроны, количество которых минимум в 2 раза превышает число первичных электронов. Таким образом, каждый последующий диод увеличивает количество электронов. С последнего диода в усилительно-измерительную схему прибо­ра поступает лавина электронов. Благодаря ФЭУ сцинтилляционные счетчики обладают гораздо большей чувствительностью по сравне­нию с газонаполненными счетчиками.

Для регистрации альфа-частиц в качестве сцинтилляторов (лю­минофоров) применяют тонкий слой сернистого цинка, а регистра­ция бета-частиц осуществляется с помощью кристаллов антрацена, стильбена, а также сцинтиллирующих пластмасс. При регистрации гамма-квантов в отечественных приборах успешно используются монокристаллы йодистого натрия и йодистого цезия, активизиро­ванные таллием.

Рис. 3. Схема фотоэлектронного умножителя:

1 – гамма-квант; 2 – кристалл-люминофор; 3 – фотокатод; 4 – эмиттеры (диноды); 5 – коллектор