Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők

Az előadások a következő témára: "Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők"— Előadás másolata:

1 Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők

2 Anyag és sugárzás Töltött részecskék Elektromágneses sugárzás

3 Mi is az a detektor? Gáztöltésű detektor, félvezető det. Detektor
A töltött részecskék energiájukat a detektor atomi eletronjaival történő direkt ütközésekben adják le. Ionizáció, gerjesztés. A fotonok először valamilyen magreakció során töltött részecskéket hoznak létre, melyek magreakció, gerjesztés U

4 Mi is az a detektor? Gáztöltésű detektor, félvezető det. Detektor
- - Detektor + + A U

5 Mi is az a detektor? Szcintillációs detektor Photo Multiplayer Tube

6 Mi is az a detektor? Félvezető detektor
Kapcsoljunk feszültséget a félvezetőre. (Szilárdtest ionizációs kamra) Visszáram p, n réteg feszültséget, pn átmenet Kapcsoljunk erre áramot

7 Gáztöltésű detektorok

8 Gáztöltésű detektorok
A detektor érzékeny térfogatába belépő sugárzás ionokat kelt. Attól függően, hogy mekkora feszültséget kapcsolunk rá, a detektor másképp viselkedik. Hat tartományt különböztetünk meg.

9 Detektorkarakterisztika
II III IV VI

10 V. Geiger-Müller cső

11

12 GM – cső Kisüléslavina (magától le sem állna) külső kioltó áramkör
Kioltás etil-alkohol önkioltó halogén

13 Szcintillátorok

14 Rövid történet 1903 ZnS kristály alfát képes jelezni
1908 Először alkalmazzák PMT

15 Működése Energiasávok, gerjesztés, legerjesztődés, csapdák, utánvilágítás PMT (1939 – Bay Zoltán), Photodioda

16 Sugárzás töltés Szerves és szervetlen Transzformációs hatásfok (5-20%)
Összegyűjtési hatásfok (~100%) Fotokatód hatásfok (10-25%) Néhány keV egy elektron

17 Félvezetők A legfiatalabb A legjobb energiafelbontású A legdrágább

18 Félvezető detektorok

19 Szilicium vs. Germanium

20 Pótdiák

21 Félértékszélesség

22 II. Ionizációs kamra Telítési feszültség – ideális ez lenne
tisztítani kell -> pl. vörösréz A karakterisztikát megváltoztatja az elektronmegkötés (csökkenthető CO2 )

23 I. Rekombinációs tartomány
Alacsony feszültség A keletkező ionoknak nincs idejük eljutni az anódhoz és a katódhoz. Már korábban rekombinálódnak. Nem tudjuk kigyűjteni az összes keletkező töltést. Nincs értelme itt detektort üzemeltetni

24 II. Ionizációs kamra (A telítési tartomány)
Az összes keletkező részecske eljut a kivezetésekhez. 80 éve a pályán Néhány köbmm – 100 liter Előnyök: Egyszerű Stabil bonyolult az erősítő Olcsó Integrál és impulzus üzemben is működtethető

25 III. Proporcionális számlálók
A gázerősítés (M) Lineárisan arányos a primer ionizációban keltett töltésmennyiséggel, viszont exponenciálisan függ a rákapcsolt fesz.-től M = n0 / n ~ exp(U) Stabil tápfesz kell (10-4 nagyságrendig)

26 V. Félproporcionális tartomány
Elromlik az előbb említett linearitás a primer és a gázerősítés során létrejött töltéshordozók száma között Detektor itt nincs

27 II. Ionizációs kamra A jó hatásfokú detektor követelménye, hogy a sugárzás energiájának a legnagyobb részét a kamra érzékeny térfogatában adja le. A gáznyomás növelésével, illetve nagyobb rendszámú gáz alkalmazásával csökkenthető a hatótávolság

28 GM cső Karakterisztika (munkapont kimérése) 200-300 V-os plató
Hatásfoka függ: a fal vastagságtól, a térszögtől Fotonra századannyira érzékeny, mint részecskére Nagyobb fesz.-en tönkremegy (koronakisülés (VI) – szennyezések kilépése)

29 Típusai NaI(TI) gammához kitűnő (gyakorlatilag csak erre)
CsI(TI) levegőn tárolható, a PMT-hez nem jól illeszkedik, viszont Fotodiódához tökéletes BGO fényhozam alacsony, gammára szendvics

30 Újra az energiaszintek
A félvezetők helye a sávelméletben A Fermi függvény: P(E) = (1+exp((E-Ef)/kT))-1 Szennyeződések és szennyezések (dopolás) Intrinsic, p-, n-típus, Visszáram, pn, kiürített sáv

31 Szcintillátorok Az energiállapotok sávokká szélesednek
A sugárzás energiája az elektronokat gerjeszti, amely legerjesztődéskor fotont bocsát ki Szennyezések hatása

32 Sávelmélet Fermi-függvény
T = 0 Kelvin esetén a Fermi energia fölött nem lennének elektronok A hőmozgás viszont lesimítja a csúcsokat Fermi-függvény

33 Sávelmélet Vezetők

34 Sávelmélet Szigetelők

35 Sávelmélet Félvezetők