Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők

Anyag és sugárzás Töltött részecskék Elektromágneses sugárzás

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

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

Mi is az a detektor? Szcintillációs detektor Photo Multiplayer Tube

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

Gáztöltésű detektorok

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.

Detektorkarakterisztika II III IV VI

V. Geiger-Müller cső

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

Szcintillátorok

Rövid történet 1903 ZnS kristály alfát képes jelezni 1908 Először alkalmazzák 1939-40 PMT

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

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

Félvezetők A legfiatalabb A legjobb energiafelbontású A legdrágább

Félvezető detektorok

Szilicium vs. Germanium

Pótdiák

Félértékszélesség

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

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

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

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)

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

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

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)

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

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

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

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

Sávelmélet Vezetők

Sávelmélet Szigetelők

Sávelmélet Félvezetők