Лекция 6 Характеристики детекторов Сбор электронов и ионов

Лекция 6 Характеристики детекторов Сбор электронов и ионов – измерение тока (пример: определение малых примесей радиоактивных газов в воздухе). Сбор электронов – ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и др. Сбор электронов и дырок – полупроводниковые детекторы (Si, Ge, алмазные) Сцинтилляционные счетчики. Черенковские счетчики.

Измерение среднего тока: поток частиц. d D Подвижность – постоянная, не зависит от напряженности поля при постоянном давлении газа. Электроны Ионы Количество ионов в объеме газа больше количества электронов в е/ i раз. В широком диапазоне давления газа в камере ток не зависит от давления. При уменьшении/увеличении давления газа уменьшается /возрастает число носителей и растет/уменьшается скорость дрейфа.

Величина тока зависит от потока частиц и от их сорта (от числа пар носителей на частицу). Число пар носителей определяется величиной удельных потерь энергии, зависящей от сорта частиц и их энергии. Пример – определение концентрации трития в воздухе с помощью токовой ионизационной камеры, работающей на проточном воздухе. Большинство электронов, возникших при торможении бета частиц от распада трития, «прилипают» к молекулам кислорода и дейфуют к аноду со скоростью дрейфа ионов (1 см/мс). Энергия бета распада трития равна 18, 6 кэ. В, период полураспада 12, 3 года. Минимальная величина измеряемого тока - 1 10 15 А.

Сбор электронов в газе под действием однородного электрического поля. -V D i d R C 0 A T V 0 T t t t

В случае газонаполненных детекторов их собственная емкость постоянна и невелика (<100 pf).

-V D d R C A Cf Емкость полупроводникового детектора может быть существенно больше 100 pf, и она может быть непостоянной. Поэтому для работы с полупроводниковыми детекторами часто используют зарядовочувствительный предусилитель – инверсия сигнала и обратная связь, через емкость Сf.

Амплитудный спектр сигналов, разрешающая способность детектора. FWHM энергия частицы Ai Калибровка детектора Амплитудное разрешение номер канала

Факторы, определяющие разрешающую способность детектора. Стабильность параметров давление и чистота газа в камере газового счетчика стабильная работа электронных блоков Шум электроники Статистические флуктуации числа носителей электричества Уровень помех и наводок Пример оценки, предполагающей наличие лишь статистических флуктуаций: Потеря энергии в рабочем газе камеры – 300 ke. V, Число пар ионов ~104, ~102, FWHM~2. 36 x 102, Амплитудное разрешение камеры –

Эффективность регистрации детектора частиц. a R i – вероятность регистрации частицы, попавшей в чувствительный объем детектора. i <1 при регистрации нейтронов и g квантов. Влияние мертвого времени детектора на эффективность регистрации частиц.

Ионизационная камера Баланс энергии, запасенной в конденсаторе Постоянство напряженности поля Измерение удельной потери энергии частиц

Частица с энергией 300 ke. V образовала в газе камеры 104 электронов. Например:

Сетка Фриша Соотношение: «шаг сетки» vs расстояние сетка – анод (dg – a). -V – потенциал на сетке Фриша Без сетки Фриша dc-g dg-a

Ионизационная камера – спектрометр a частиц Разрешающая способность, шум электроники, статистика. Альфа частица с энергией 6 Мэ. В создаст 200000 электронов в газе камеры, флуктуация этого числа равна корню квадратному – 450. Относительная величина флуктуации – 0, 225 %, т. е. она составляет 13, 5 кэ. В. Реальное разрешение ИК чаще бывает хуже: FWHM 30 кэ. В.

формирующие сетки V 0 отметка нуля времени X траектории частиц сигнал DE DE-Е метод определения сорта частиц Отметка нуля времени – определение координаты Х сигнал E

Позиционно-чувствительная ионизационная камера (H. Sann et al. , 1975. ки се тк ах рж де а y яз ни t д Ли но А 0 V 0 21 + а ш ри Ф од а тк кат Се 0 V 70 -2 Калибровка: по энергии (Е, DЕ) и координатная Входное окно камеры хостафан, 330 мкг/см 2 Источник частиц. 1 метр от входного окна. Расстояние от мишени 1 м, телесный угол – 50 мср Сигнал с линии задержки (угол – координата Х). время дрейфа к сетке Фриша (угол – координата Y). Газ – СН 4 P=4. 104 Па 1 атм 105 Па 1 бар = 105 Па 1 мм Hg = 133. 322 Па

– сетка линия задержки

Максимальная скорость счета 104 с 1

Ионизационная камера – спектрометр осколков деления Измерение спектра энергии осколков. Данные о спектре масс осколков. Преимущества ИК. Анод Сетка Фриша Катод Анод 1 Источник 252 Cf Сетка 1 Катод Сетка 2 Анод 2

Спектр ТКЕ Спектр Е 1 х. Е 2 N TKE Толщина источника E

Спектр потерь энергии осколков деления Рабочий газ – метан, 120 мм рт. ст. Катод заземлен Сетка Фриша +600 В Входное окно, Охран- DE пропилен, ное 2 60 мкг/см кольцо = 40 мм Eост 1 микрон пропилена составляет 90 мкг/см 2. Анод 210 х140 мм, 1200 В.

Осколки деления определенной энергии Е, ионного заряда q и массы А получали на спектрометре LOHENGREEN, в Гренобле. В цилиндрическом конденсаторе - Напряженность электрического поля Е – энергия осколка, q – заряд М - масса. V – разность потенциалов, r 1, r 2 – радиусы кривизны пластин конденсатора. В магнитном поле Через конденсатор и магнит проходят частицы с определенным отношением массы к ионному заряду Ядерный реактор магнит Цилиндрический конденсатор Вид сверху Вид сбоку

Удельные потери энергии осколков деления 235 U. Для ядер-осколков с массой 92 при энергии 89 Мэ. В получено разрешение по энергии W(E)0. 5 = 570 кэ. В (0. 64 %) Измерение энергии осколков.