Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1962, H. 42 - Halvledare som kärnpartikeldetektorer, av Alexander Lauber
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Pulsantal
Fig. A.
Alfa-spektrum för
"9Pu, upptaget
med en
halvle-dardetektor.
partikelns energi och typ. Det har
experimentellt visats att kisel uppfyller detta krav.
Den energi e, som erfordras för att jonisera
en atom, dvs. alstra ett elektron-hålpar, är en
materialkonstant, som för kisel är 3,5 eV. Ett
detektormaterial bör ha lågt e, ty antalet
laddningsbärare motsvarande en viss energi, dvs.
den totalt alstrade elektriska laddningen, blir
då stort. Dessutom blir den statistiska
variationen i laddningsmängden liten. Räknegaser för
jonkammare har avsevärt högre e än kisel, t.ex.
28 eV för argon och 34 eV för luft.
Den hastighet varmed laddningsbärarna
vandrar genom detektorn bestäms av det elektriska
fältets styrka samt elektronernas och hålens
rörlighet [a, som är laddningsbärarnas hastighet
i materialet vid fältstyrkan 1 V/cm. I kisel är
/j, av samma storleksordning för elektroner och
hål så att den resulterande pulsens amplitud
blir oberoende av var i detektorn
elektron-hålparet uppstått. Detta är en stor fördel framför
jonkamrarnas räknegaser, i vilka jonernas
rörlighet understiger elektronernas med 2—3
tio-potenser.
Halvledardetektorer ger pulser med mycket
kort stigtid (av storleksordningen 10 ns).
Halvledardetektorernas åldringsegenskaper är
i stort sett goda. Diffunderade detektorer måste
kapslas för att bli stabila. Halvledardetektorer
har använts i två år utan att någon försämring
inträtt. Å andra sidan har det hänt att
egenskaperna försämrats efter några månaders
användning, sannolikt beroende på ogynnsamma yttre
omständigheter.
En viktig egenskap hos en partikeldetektor är
dess upplösningsförmåga. Denna definieras
med hjälp av en mätning av monoenergetiska
partiklar. De resulterande pulserna borde
samtliga ha exakt samma amplitud, men det har de
inte i verkligheten, fig. 4. Kurvans toppbredd,
mätt på halva höjden, kallas
halvvärdesbredden och är ett mått på detektorns upplösning,
som oftast anges i elektronvolt men ibland i
procent av energin hos de partiklar som
använts vid bestämningen.
Vid mätning med halvledardetektorer har
mycket god upplösning erhållits: 15 keV för
5 MeV alfapartiklar (dvs. 0,3 %) och 15,5 keV
för 1 MeV elektroner (dvs. 1,6 %) har
angivits. Detektorer med små känsliga ytor (några
mm2) ger i regel den högsta upplösningen.
Halvledardetektorn har mycket låg bakgrund.
Om vissa försiktighetsmått vidtas och de av
läckströmsvariationerna orsakade pulserna
elimineras genom diskriminering, sjunker
bakgrunden till 0,001 puls per minut eller ännu
mindre vid räkning av alfapartiklar3.
På grund av sina små dimensioner är
halvledardetektorn föga känslig för y-strålning,
även om denna är intensiv. Den kan därför
användas för detektering av protoner,
deutero-ner och andra tunga, laddade partiklar i
kraftiga y-fält.
Om halvledardetektorer utsätts för ett starkt
flöde av snabba neutroner under lång tid,
försämras deras egenskaper. I första hand
minskas upplösningen; toppen breddas och kan så
småningom delas i två eller flera toppar. För
detektorer av kisel uppträder fenomenet vid en
total neutrondos på ca 5 • 1011 n/cm2.
Användning
Alfaspektrometri
Halvledardetektorernas ypperliga
upplösningsförmåga och låga bakgrund gör dem väl
lämpade för spektrometrisk analys av a-aktivitet
inom forskning, hälsofysik och
strålskyddsteknik. Plutonium-239 emitterar 5,15 MeV
a-partiklar. Plutoniumpreparatet i fig. 4 innehöll ca
0,7 % americium-241, en isotop som emitterar
5,48 MeV a-partiklar. Då halvledardetektorns
utslag är oberoende av var i den känsliga delen
den laddade partikeln förlorar sin energi och
alltså är oberoende av den infallande partikelns
riktning, behöver man icke kollimera
strålningen från preparaten för att få hög upplösning.
Vid mätning av ett känt a-sönderfall kan man
ur fig. 1 och 2 beräkna den förspänning, som
fordras för att a-partiklarna helt skall
absorberas i rymdladdningsområdet, oberoende av
infallsvinkeln. Vill man mäta t.ex. naturlig
a-akti-vitet med en ytbarriärdetektor av n-ledande
kisel med 1 000 ohmcm resistivitet, behövs 15 V
förspänning. Man får då ett känsligt skikt lika
djupt som räckvidden för 10 MeV a-partiklar.
Alfamonitering
Tack vare sin litenhet, låga bakgrund och låga
erforderliga förspänning kommer
halvledardetektorn väl till pass även när man blott är
intresserad av antalet a-partiklar och icke av
deras energi. Alfapartiklarna behöver i detta fall
icke förlora hela sin energi i det känsliga
skiktet, bara de resulterande pulserna är stora nog
för att styra den efterföljande förstärkaren.
Detektorernas maximala storlek bestäms av
storleken hos de enkristaller som de tillverkas
av. Kräver man större resistivitet än ca 50
ohmcm, synes för närvarande ca 5 cm
kristalldiameter vara ett maximum. Detta motsvarar
en känslig yta av ca 20 cm2. I praktiken har
man blott sällan gjort detektorer med en käns-
TEKNISK TIDSKRIFT 1 962 H. 39 1165
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
