Senzory ionizujícího záření

Transkript

1 Senzory ionizujícího záření

2 Senzory ionizujícího záření dozimetrie α = β = He e 2+, e + γ, n X... elmag aktivita [Bq] (Becquerel) A = A e 0 λt λ...rozpadová konstanta dávka [Gy] (Gray) = [J/kg] A = 0.5 λt T 1/ 2 D dn dt λ = e T 1/ 2 1 / 2 = ln 0,5 = ln 0,5 / λ dε dm Počet přeměn 1Ci = 3, Bq Curie ~ 1 g radia = ε... střední sdělená energie dávkový příkon D = dd dt

3 Senzory ionizujícího záření dávkový ekvivalent příkon dávkového ekvivalentu H H = = D Q N modifikační faktor. dh dt (geom) jak. činitel Q=1 γ,β Q=10 α Q=20 n Expozice [C/kg] X = dq dm vzniký náboj jednoho znaménka γ,x,

4 Senzory ionizujícího záření fyzikální chemické filmy spektrometrické nespektrometrické kontinuální integrální selektivita: α β γ, X, n pozadí bublinkové, mlžné komory -sledování dráhy absorbce α velmi rychlé β exponenciální - polotloušťka ~ dm ~ energii! β (e - ). - rozptyl - ionizace - brzdné záření

5 Plynové detektory Základem je systém dvou navzájem izolovaných elektrod umístěných ve válcovém plášti. Vnitřní prostor je naplněn plynem nebo vzduchem Zdroj stejnoměrného napětí => ionizace plynu mezi elektrodami (nevodivý plyn se stává vodivým) Vzniklý elektrický proud = náboj odevzdaný ionty / sekundu

6 Plynové detektory Ionizační komora

7 Plynové detektory Charakteristika plynového detektoru oblast nasyc. proudu omezená proporcionalita Plateau G - M koronové detektory I zpětná rekombinace III, IV plynové zesílení ionizační komory proporcionální detektory

8 Ionizační komory Žádná rekombinace iontů mezi elektrodami Vyhodnocení ionizačního záření: -integrálně (proudově): měří se střední hodnota ionizovaných nábojů - impulsně: vyhodnocení skut. počtu impulzů (spektrometrické vyhodnocení záření) Proudový princip: RCV >> t s ; RCV >> 1 n Impulsní princip: RCV t s ; RCV << 1 n C v výsledná kapacita komory a externího kondenzátoru R externí odpor n stř. četnost interakcí T s doba sběru nosičů vytvořených ionizací

9 Ionizační komory 235 U, 239 Pu Kompenzační ionizační komora III. A IV. Pásmo plynové zesílení (jev, při němž se ionizované částice pohybují takovou rychlostí, že na své dráze ionizují další částice): N( l) m = ; ln m = α( E)l N 0 l délka dráhy N 0 primární ionizace α(e) funkce elektrického pole

10 Proporcionální detektory Oblast III - lavinovitá nárazová ionizace => proudový impulz Amplituda impulzů proporcionálního detektoru

11 G M detektory (Geiger Müller) Lavinovitá ionizace nezávisí na druhu částic ani na energii Zhášení výboje - elektronicky (Rs) - prostorovým nábojem kolem anody Těžké molekuly org. látek nebo halogenů => konečná životnost mrtvá doba ~ 10-4 s

12 Scintilační detektory Princip: transformace ionizující záření => fotony Scintilátor je spojen s fotodnásobičem, který převede emitované fotony na elektrický impulzní signál luminiscence Scintilační jednotka = scintilátor + fotonásobič Energie fotonů => energie elektronů na fotokatodě

13 Scintilační detektory Na I (+Tl) Cs I (+Eu) Luminiscence v anorganickém scintilátoru detekce + spektroskopie γ + χ Organické scintilátory detekce β (=e - ) energie fotonu menší než šířka. zak. pásu = látka transparentní

14 Fotonásobič 10 6 (10 8 ) Scintilační detektory SC scintilátor F fotokatoda D dynody nejúčinnější nejdražší nízkointenzivní zdroje

15 Polovodičové detektory Dopad γ fotoefekt (absorpce fotonu, e - => ) Comptonův jev (každý ráz fotonu) vznik párů (e - + e + ) malá šíře zakázaného pásu vynikající spektrometrické vlastnosti 1. INTRINSICKÉ DETEKTORY HP detektor = High Purity! šum => chlazení 2. EXTRINSICKÉ DETEKTORY s povrchovou bariérou implantované PN PIN

16 Závislost lineárního součinitele zeslabení µ Si a Ge na energii γ a X záření Polovodičové detektory

17 Polovodičové detektory výhody: malá š. zak. pásu -> jen 3 ev pro vznik páru (1/10 plyn det.) problém: tepelný proud -> PN přechod v závěr. směru Základní typy: Senzor s povrchovou bariérou vhodný pro α,β struktura MIS s tunelovou vrstvou potenc. bariéra je dána nábojem přechodu kov polovodič Implantovaný PN senzor vhodný pro detekce e - PN přechod vyrobený implantací v Si-N(Si-P) materiálu spektrometrie γ větší stabilita, menší úroveň šumu Planární PIN detektor spektrometrie γ, X < 100 kev e - < 1 MeV

18 Polovodičové detektory Bariérový polohocitlivý detektor s nábojovým zesilovačem

19 Struktura PIN detektoru Polovodičové detektory intrisická vrstva Ge (Li) 77k Si (Li) k

20 Polovodičové detektory Principiální zapojení a náhradní schéma zapojení PIN detektoru