Синхротронное излучение в диагностике наносистем 4-й курс 8-й семестр 2007/2008 Лекция 3

Детекторы рентгеновского излучения Рентгеновский детектор – это устойство для регистрации и определения интенсивностирентгеновских лучей. Принцип детектирования основан на поглощении рентгеновского фотона в чувствительном материале детектора и пребразовании поглощенной энергии в сигнал или изображение. Методы регистрации: фотографические и электронные. Классификация электронных детекторов: По принципу работы: радиолюминесцентные (в т.ч. сцинтилляционные) и ионизационные: газонаполненные и твердотельные. По виду выходных сигналов: дискретные – на выходе последовательность импульсов от отдельных частиц, аналоговые – регистрируется поток частиц. По геометрии регистрации – точечные, позиционно чувствительные. Для мониторинга пучков используются аналоговые детекторы (газоразрядные ионизационные камеры), для спектрометров – импульсные пропорциональные.

Основные характеристики рентгеновских детекторов 1.Эффективность детектирования – вероятность регистрации частицы, попавшей в объем детектора. Определяется как отношение числа частиц попавших в детектор к числу зарегистрированных частиц. Эту величину еще называют эффективностью поглощения или квантовой эффективностью детектора. Она является средней мерой эффективности и шумовых характеристик детектора и определяется формулой DQE=(S 0 /N 0 ) 2 /(S i /N i ) 2, S – величина полезного сигнала, N – шума, 0, i – вход и выход детектора. Уменьшение DQE является показателем эффективности детектора из-за отношения сигнал/шум. Идеальный детектор не должен вносить шум в измерения, т.е. DQE = 1, для реальных эта величина

5.Токовая чувствительность – характеризует минимальное число фотонов в единицу времени, которое может быть зарегистрировано по сравнению с собственным шумом детектора. Определяется как отношение элементарного приращения тока к соответствующему приращению плотности потока излучения в месте расположения детектора. 6.Динамический диапазон – определяет наименьшую и максимальную интенсивности, которые может зарегистрировать детектор. Наименьшая интенсивность определяется собственным шумом, источники: космическое излучение, радиоактивное загрязнение, шумы в электрических цепях детектора. Максимальная интенсивность определяется мертвым временем. 7.Спектральная (энергетическая или амплитудная) разрешающая способность – минимальная разница в энергии двух фотонов, которую детектор может различить. Е/E при измерении монохроматического излучения. 8.Пространственное разрешение (для координатных детекторов) – точность с которой детектор может определить пространственные координаты фотона. 9.Временная стабильность – параметр, определяющий точность структурного и спектрального анализов. Требования высоки – не более процента погрешность определения интенсивности рефлексов 10.Радиационная стойкость – напрямую влияет на стабильность, радиационные повреждения снижают чувствительность детектора. Основные характеристики рентгеновских детекторов (продолжение)

Ионизационные детекторы I –область насыщения (область работы ионизационной камеры), II – область полной пропорциональности с газовым усилением (область работы пропорционального счетчика), III – область неполной пропорциональности, IV – область равных импульсов (область работы счетчиков Гейгера), V – область непрерывного разряда. 1 и 2 – кривые для излучения с разной энергией. Зависимость амплитуды импульса тока в газоразрядном счетчике от приложенного напряжения. Газоразрядные детекторы: счетчик Гейгера, пропорциональный счетчик и ионизационная камера.

Ионизационная камера I absorbed =(I 0 -I)=I 0 [1-exp(-μt)]

Пропорциональный счетчик Принципиальное устройство Механизм работы. Зоны: первичной ионизации, дрейфа первичных фотоэлектронов, лавин Пропорциональный проточный газоразрядный детектор

Полупроводниковые детекторы Требования к чувствительному элементу такие же как к рабочей смеси газоразрядного детектора: отсутствие темновой проводимости, высокая эффективность преобразования энергии ионизирующего излучения в пары носителей заряда, время жизни неравновесных зарядов и их подвижности в материале детектора должны быть достаточны для их сбора на электроде, отсутствие примесных центов, приводящих к захвату носителей заряда, образующихся при ионизации. +. высокая подвижность носителей заряда обеспечивает быстрый сбор электронов ( ) и следовательно высокое временное разрешение. Идеальная пропорциональность сигнала. нечувствительность к внешним магнитным полям. Высокое энергетическое разрешение. -. нет внутреннего механизма усиления, импульсы слабые, необходимо внешнее усиление. Высокий собственный шум.