Detecção de Partículas Carregadas

SELIGUE O MELHOR DETECTOR DE PARTICULAS CARREGADAS PARA A SUA APLICAÇÃO

Detectores de Silício Planar Implantado Passivado

Mirion oferece dois tipos de detectores de partículas carregadas de silício para cobrir uma ampla gama de aplicações. O primeiro tipo é o detector PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon), que emprega um contacto de barreira implantado que forma uma junção precisa, fina e abrupta para uma boa resolução das partículas carregadas. O segundo tipo é o detector de silício com desvio de lítio para atender à necessidade de uma melhor eficiência de detecção de partículas com alta energia carregada. Em ambos os casos, os detectores possuem uma estrutura P-I-N na qual se forma uma região de depleção através da aplicação de polarização inversa, com o campo elétrico resultante coletando os pares de furos de elétrons produzidos por uma partícula incidente carregada. A resistividade do silício deve ser suficientemente alta para permitir uma região de depleção suficientemente grande a tensões de polarização moderadas.

Na junção de contato da barreira implantada há uma repulsão de portadores majoritários (elétrons no tipo n e furos no tipo p) para que exista uma região deplecionada. Um viés inverso aplicado amplia essa região esgotada que é o volume sensível do detector, e pode ser estendido até o limite da tensão de ruptura. Os detectores PIPS estão geralmente disponíveis com profundidades de depleção de 100 a 1000 µm.

Estes detectores podem ser usados com o pré-amplificador Modelo 2003BT. Eles também são compatíveis com os espectrômetros Alfa Analyst™ ou Modelo 7401 Alfa para tamanhos até 1200 mm2.

Detectores são especificados em termos de área de superfície e resolução de partículas alfa ou beta, bem como profundidade de exaustão. A resolução depende em grande parte do tamanho do detector, sendo melhor para detectores de área pequena. A resolução alfa de 12 a 35 keV e a resolução beta de 6 a 30 keV são típicas. Áreas de 25 a 5000 mm2 estão disponíveis como padrão, com detectores maiores disponíveis em várias geometrias para aplicações personalizadas. Além disso, os detectores PIPS estão disponíveis totalmente esgotados, de modo que uma medição de perda de energia dE/dx pode ser feita através do empilhamento dos detectores no eixo. Os detectores para esta aplicação são fornecidos em um suporte de transmissão, (ou seja, com o conector de polarização na lateral do detector).

Com espessuras standard entre 2 a 5 mm e sob pedido até 10 mm, estes detectores chamados Si(Li) têm melhor potência de paragem do que os detectores PIPS, respondendo à necessidade de uma melhor eficiência de detecção para partículas com elevada carga de energia. Os detectores Si(Li) estão disponíveis em geometria circular entre 200 e 500 mm2 e em formas rectangulares, com uma resolução a partir de 30 keV, dependendo do tamanho. Estes detectores também estão disponíveis em montagem de transmissão.

No caso de ser necessária qualquer localização de partículas carregadas, a Mirion pode oferecer Si(Li) segmentados (ver informação para os detectores tipo LTS Si(Li)). Os detectores de Si(Li) à temperatura ambiente têm uma grande corrente de fuga. Para polarizar os detectores de Si(Li), a queda de tensão dentro dos circuitos de polarização deve ser minimizada. Neste quadro, as resistências dentro do filtro HV ou na rede de acoplamento AC devem ser mantidas no valor de 10 Mohms. A Mirion recomenda pré-amplificadores tipo 2003BT ou 2004, mas para os detectores Si(Li) as resistências no filtro de AT e na rede de acoplamento AC devem ser reduzidas de 100 Mohms para 10 Mohms para evitar quedas de tensão excessivas.

Detectores de silício com desvio de lítio

Comparação de PIPS para detectores de silício com desvio de lítio

DETECTORES DE PARTICULAS DE SILICON CARGA

Um gráfico das energias de várias partículas medidas em várias profundidades de depleção é mostrado na Tabela 1. Note que mesmo o detector mais fino é adequado para partículas alfa de fontes radioativas, mas que apenas elétrons de energia muito baixa são totalmente absorvidos. No entanto, para um detector que visualiza uma fonte de linhas de elétrons, como linhas de elétrons de conversão, serão observados picos acentuados, uma vez que alguns comprimentos de caminho de elétrons ficarão totalmente esgotados na região. A Figura 1 mostra as faixas de partículas que ocorrem comumente nas reações nucleares.

Figure 1 – Curvas de Alcance-Energia em Silício

Desde que a carga coletada da ionização das partículas é tão pequena que é impraticável usar os pulsos resultantes sem amplificação intermediária, um pré-amplificador sensível à carga é usado para preparar inicialmente o sinal.

Figure 2 ilustra a eletrônica usada em uma aplicação de espectroscopia alfa de entrada única. Note que a amostra e o detector estão localizados dentro de uma câmara de vácuo para que a perda de energia no ar não seja envolvida.

Figure 2 – Corrente eletrônica usada na espectrometria alfa

A faixa de energia dos diferentes detectores de partículas carregadas de silício é mostrada na Figura 3, Figura 4 e Figura 5 para medições de energia. A faixa de energia se estenderá com suportes de transmissão (séries FD para PIPS e LTC/LTR para Si(Li)), pois os detectores podem ser empilhados e usados na identificação de partículas, telescópios detectores e em outras medições dE/dx.

Figure 3 – Gama de energia dos diferentes modelos de detectores para uma recolha completa de carga de electrões

Figure 4 – Gama energética dos diferentes modelos de detectores para uma colecção completa de carga de prótons

Figure 5 – Gama energética dos diferentes modelos de detectores para uma colecção completa de carga de alfas

Efeitos de canalização, onde iões energéticos entram no detector em determinados ângulos causarão a canalização de iões entre os planos de cristal. Este efeito pode causar uma variação significativa dos alcances apresentados.