Töltött részecskék detektálása

VÁLASSZON AZ ÖN ALKALMAZÁSÁHOZ A LEGJOBB TÖLTÉSES RÉSZEGDETEKTORT

PIPS® (Passivated Implanted Planar Silicon) detektorok

A Mirion kétféle szilícium töltött részecske detektort kínál az alkalmazások széles körének lefedésére. Az első típus a PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon) detektor, amely beültetett gátkontaktust alkalmaz, amely precíz, vékony, hirtelen átmenetet képez a jó töltött részecskés felbontás érdekében. A második típus a lítiummal elsodort szilícium detektor, amely a nagy energiájú töltött részecskék jobb detektálási hatékonyságának igényét elégíti ki. Mindkét esetben a detektorok P-I-N szerkezetűek, amelyekben fordított előfeszítéssel egy kimerülési tartományt alakítanak ki, és az így keletkező elektromos tér összegyűjti a beeső töltött részecske által létrehozott elektron-lyuk párokat. A szilícium fajlagos ellenállásának elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy mérsékelt előfeszültségek mellett elég nagy kiürítési régiót tudjon kialakítani.

A beültetett gát érintkezési átmeneténél a többségi hordozók (az n-típusú elektronok és a p-típusú lyukak) taszítják egymást, így kiürített régió jön létre. Egy alkalmazott fordított előfeszítés kiszélesíti ezt a szegényített régiót, amely az érzékeny detektortérfogat, és az átütési feszültség határáig kiterjeszthető. A PIPS-detektorok általában 100 és 1000 µm közötti kimerülési mélységgel kaphatók.

Ezek a detektorok a 2003BT modell előerősítővel használhatók. Kompatibilisek az Alpha Analyst™ vagy a Model 7401 Alpha spektrométerekkel is 1200 mm2 -ig.

A detektorokat a felület és az alfa- vagy béta-részecskék felbontása, valamint a kimerülési mélység szempontjából határozzák meg. A felbontás nagymértékben függ a detektor méretétől, a legjobb a kis felületű detektorok esetében. Jellemző a 12-35 keV közötti alfa-felbontás és a 6-30 keV közötti béta-felbontás. A 25-5000 mm2 területű detektorok alapfelszereltségként kaphatók, az egyedi alkalmazásokhoz nagyobb detektorok is rendelkezésre állnak különböző geometriákban. Ezenkívül a PIPS-detektorok teljesen kimerített állapotban is kaphatók, így a dE/dx energiaveszteség mérése a detektorok tengelyen történő egymásra helyezésével is elvégezhető. Az ilyen alkalmazáshoz a detektorokat átviteli rögzítéssel szállítjuk (azaz a torzító csatlakozó a detektor oldalán van).

A 2 és 5 mm közötti szabványos vastagsággal és kérésre akár 10 mm-es vastagsággal ezek az ún. Si(Li) detektorok jobb megállítóerővel rendelkeznek, mint a PIPS detektorok, kielégítve a nagy energiájú töltött részecskék jobb detektálási hatékonysága iránti igényt. A Si(Li) detektorok 200 és 500 mm2 közötti kör alakú geometriában és téglalap alakban is kaphatók, a mérettől függően 30 keV-tól kezdődő felbontással. Ezek a detektorok transzmissziós rögzítésben is kaphatók.

Ha bármilyen töltött részecske lokalizációjára van szükség, a Mirion szegmentált Si(Li) detektorokat is kínál (lásd az LTS Si(Li) típusú detektorokra vonatkozó információkat). A Si(Li) detektorok szobahőmérsékleten nagy szivárgási árammal rendelkeznek. A Si(Li) detektorok polarizálásához az előfeszítő áramkörökön belüli feszültségesést minimalizálni kell. Ebben a keretben a HV-szűrőn belüli ellenállásokat vagy a váltakozó áramú csatolóhálózatot 10 Mohm értéken kell tartani. A Mirion a 2003BT vagy 2004 típusú előerősítőket ajánlja, de a Si(Li) detektorok esetében a HV-szűrőben és az AC csatolóhálózatban lévő ellenállásokat 100 Mohmról 10 Mohmra kell csökkenteni a túlzott feszültségesés elkerülése érdekében.

Lítiummal sodort szilíciumdetektorok

A PIPS és a lítiummal sodort szilíciumdetektorok összehasonlítása

SILÍciummal töltött részecske detektorok

A különböző részecskék különböző kimerülési mélységekben mért energiáinak táblázatát az 1. táblázat tartalmazza. Megjegyzendő, hogy még a legvékonyabb detektor is megfelelő a radioaktív forrásokból származó alfa-részecskék számára, de csak a nagyon alacsony energiájú elektronokat nyeli el teljesen. Az elektronvonalak forrását, például a konverziós elektronvonalakat figyelő detektor esetében azonban éles csúcsok figyelhetők meg, mivel néhány elektron útvonalhossza teljesen a szegényített tartományban fekszik. Az 1. ábra a magreakciókban általánosan előforduló részecskék tartományait mutatja.

1. ábra – Tartomány-energiagörbék szilíciumban

Mivel a részecskék ionizációjából összegyűjtött töltés olyan kicsi, hogy az így kapott impulzusokat nem célszerű közbenső erősítés nélkül felhasználni, a jel kezdeti előkészítésére töltésérzékeny előerősítőt használnak.

A 2. ábra szemlélteti az egy bemeneti alfa-spektroszkópiai alkalmazásban használt elektronikát. Vegyük észre, hogy a minta és a detektor egy vákuumkamrában található, így a levegőben fellépő energiaveszteség nem játszik szerepet.

2. ábra – Az alfa-spektrometriában használt elektronikai lánc

A különböző szilícium töltött részecske detektorok energiatartományát a 3., a 4. és az 5. ábra mutatja az energiamérésekhez. Az energiatartomány a transzmissziós tartókkal (FD-sorozat a PIPS esetében és LTC/LTR-sorozat a Si(Li) esetében) bővül, mivel a detektorok egymásra helyezhetők és felhasználhatók részecskeazonosításban, detektorteleszkópokban és egyéb dE/dx mérésekben. A különböző detektormodellek energiatartománya protonok teljes töltésgyűjteményére

5. ábra – A különböző detektormodellek energiatartománya alfák teljes töltésgyűjteményére

Csatornázási hatások, ahol az energikus ionok bizonyos szögben lépnek be a detektorba, az ionok csatornázódását okozzák a kristálysíkok között. Ez a hatás a bemutatott tartományok jelentős eltérését okozhatja.