Детектор импульсного ионизирующего излучения

(11) 1814399 51) 6 ОБРЕТЕ 2) ОПИСАН ЕтЕЛЬСт к автОрСкОму г стви ческие ельнылосо озицион- Энергоенный ым луковой ки к Авторскоекл. 6 01 аряд омитет Россиискои Федерации о патентам и товарным знакам(54) ДЕТЕКТОР ИМПУЛЬСНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Использование: ускорительная техникапри исследовании формы импульса ираспределения заряда, образованного имТ 1 24 Н 01 Ь 31 04 пульсным излучением по сечениюСущность изобретения; в обьем чтельного элемента введены металлполоски, плоскости которых параллметаллическим электродам, торцырасположены на боковой поверхностствительного элемента, Заряд, накоплна полосках, считывается электроннчом путем сканирования им поповерхности в направлении от полэлектродуге, Во время сканированис детектора снимают, 1 ил.3 18Изобретение относится к области регистрации импульсного ионизирующего излучения (ИИИ) и может быть использовано приисследовании формы импульса и распределения заряда, образованного импульснымизлучением по сечению пучка, например приисследовании ИИИ с ускорителей.Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей детекторапутем обеспечения регистрации пространственного распределения заряда, образованногоИИИ по сечению пучка.Цель изобретения в детекторе ИИИ,содержащем ЧЭ из теллурида кадмия,обработанного по способу порошковой технологии, на противоположных плоско параллельныхных сторонах которого расположеныметаллические электроды, достигается тем,что в объем ЧЭ введены металлическиеполоски, параллельные друг другу, плоскостьполосок параллельна металлическим электродам, торцы полосок расположены набоковой поверхности ЧЭ,Сущность изобретения заключается виспользовании различия времени жизнидырок и электродов, характерное для СбТе,что обеспечивает минимальную взаимнуюрекомбинацию дырок и электронов, рожденных ИИИ, в результате чего на полоскахпроисходит накопление носителей одногознака (электронов) и возможность их снятиясканированием электронным лучом, т.е,реализация функций ПЧД.Импульсный аналоговый режим обеспечивается путем дрейфового сбора носителейзаряда, образованных под действием ИИИ вобласти между полосками, на контактыдетектора, а теллурид кадмия имеет достаточно низкую твердость, чтобы реализоватьдетектор по способу порошковой технологиисо свойствами структуры, облегчающимиреализацию импульсного детектора.Конструкция детектора ИИИ представлена на чертеже,ЧЭ 1 изготовлен способом порошковойметаллургии на основе СбТе и представляетсобой параллелепипед, на противоположныестороны которого нанесены металлическиеэлектроды 2. В тело ЧЭ впрессованыметаллические полоски 3, причем плоскостиполоски расположены параллельно контактамЧЭ. Контактные полоски впрессованы такимобразом, чтобы они имели выход наповерхность ЧЭ. Полоски, впрессованные втеле детектора, в отличие от традиционногоПЧД с расположением их на поверхностиявляются коллекторами обоих типов носителей заряда. Результирующий заряд, снимаемый с полосок после прекращения 14399 4 воздействия ИИИ, является разностью между суммарным зарядом электронов и дырок. В случае Б 1, Ое, как наиболее употребляемых полупроводников для детекторов ИИИ, подвижность электронов и дырок соотносится как 2:1, 3;1, т.е. в гипотетическом случае изготовления предлагаемого детектора из Й и Ое результирующий заряд электронов не превышает половины суммарного заряда электронов и дырок, В случае Сс 1 Те при соотношении подвижностей электронов и дырок 16:1 результирующий заряд электронов составляет 907, от суммарного. Данный принцип накопления результирующего заряда реализуется только в структурах с неполным собиранием заряда, к которым и относится структура предлагаемого детектора, изготовленная по способу порошковой технологии. В традиционных монокристаллических детекторах при полном собирании носителей происходит полная рекомбинация электронов и дырок при расположении полосок в объеме детектора, В предлагаемом детекторе из-за различной длины свободного пробега электронов и дырок, пропорциональной подвижности соответствующих носителей при неполном их сборе, и длине свободного пробега электронов порядка десятков микрон, что много меньше полной толщины детектора, взаимная рекомбинация частичная. Отсутствие подачи напряжения на впрессованные полоски препятствует компенсации нескомпенсированного заряда электронов на полосках путем экстракции положительного заряда из внешней цепи. Тем самым происходит накопление заряда на полосках. Сохранение заряда на полосках обеспечивается следующими условиями. Высота барьера между металлом полоски и полупроводником должна быть максимальной, чтобы обеспечить стеканию заряда за счет процессов переноса различного типа. Наиболее удачным материалом для полосоки ч применительно к соединениям А В , в которых высота барьера сильно зависит от электроотрицательности заряда металла, является медь, которая, являясь пластичным материалом, что является определяющим фактором для процесса прессовки детектора, и имея высокую температуру плавления (1063 С), позволяет проводить термический отжиг по способу, используемому для изготовления детектора (температура отжига до 900 С). Структура прессованного СйТе из-за его полуизолирующих свойств также обеспечивает отсутствие стекания заряда, Чтобы полностью оптимизировать условия сохранения заряда, после прохождения импульса ИИИ и регистрации его электриче1814399 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ ского аналога на аппаратуре напряжение с детектора снимают, Тем самым на полоски, на которых накоплен заряд, уже не воздействует электрическое поле детектора, которое облегчает инжекцию накопленных носителей в объем полупроводника, т.е, потерю заряда. Помимо этого снятие напряжения способствует уменьшению шумов детектора, которые резко сужают динамический диапазон работы ПЧД, Снятие заряда с полосок осуществляется электронным лучом, диаметр сечения которого не должен превышать ширины полосок, чтобы не снимать заряд с соседней, тем самым ухудшая пространственное разрешение ПЧД в целом.Принцип действия детектора заключаетсяв следующем, ИИИ, попадая в объем ЧЭ, образует электронно-дырочные пары, которые под действием электрического поля, приложенного к электродам ЧЭ, как показано на чертеже, рассасываются по (против) электрическому полю, Те носители, которые находятся в области силовых линий электрического поля, проходящих между полосками 3, беспрепятственно дрейфуют к соответствующим электродам 2, давая вклад в полезный сигнал, который представляет собой электрический аналог формы ИИИ.Другие носители, образованные в области (П), ограниченной проекцией полосок на электроды, дрейфуют по (против) направлению поля, попадая на металлические полоски, "залипают", поскольку энергия электронов и дырок Е =1 КэВ недостаточна, чтобы преодолеть потенциальный барьер полупроводник - металл с учетом толщины контакта,1 мм. Длина свободного пробега в меди электрона с Е=1 КэВ/мкм. Величина ( 1 ааркаа, акоплснносо на полосках, пропорциональна эквивалентной емкости, равной сумме емкостей, образованной каждой отдельной полоской, и соответствующей плоДетектор импульсного ионизирующего излучения (ИИИ), содержащий чувствительный элемент из теллурида кадмия, полученного методом порошковой технологии, на противоположных плоскопараллельных сторонах которого расположены металлические электроды, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможщади проекции полоски на один и другой электроды, Заряд, накопленный на полосках, считывается электронным лучом путем сканирования им по боковой поверхности в направлении от полоски к электроду с выводом на регистратор, Если торцы полосок не выведены на поверхность, съем заряда путем сканирования электронным лучом не обеспечивается из-за того, что порошковый СдТе, подвергнутый обработке по способу 21, является полуизолирующим материалом, стекание заряда с полосок минимально и сьем заряда с ним путем сканирования не представляет сложности. Впрессованные полоски могут быть практически с любым шагом и любого размера (вплоть до 0,1 х 1 мм). На плоскости не прикладывается потенциал, в противном случае встроенное электрическое поле притягивает (отталкивает) носители не только в области П, но и в области 1, тем самым искажая форму импульса ИИИ.П р и м е р, ЧЭ детектора 5 х 5 х 1,5 мм, медные полоски размером 1 х 0,2 х 5 мм. Количество полосок три. Зазор между полосками 0,8 мм, У =1500 В. 3 =(1192 РЫ У .9 3)10 А см с/квант, г = (1- 1,5)10 с, Заряд, снимаемый с трех полосок, составляет соответственно бп 10 К, 710 К, 5 п 10 К, Детектор располагался по геометрическому центру пучка, Таким образом обнаружена асимметрия пучка тормозного излучения ускорителя,Таким образом, предлагаемый детектор, обладая достоинствами прототипа, заключающимися в возможности регистрации рентгеновского излучения и гамма-излучения значительных энергий нано- и субнаносекундного диапазона длительности, обладает по сравнению с ним преимуществом, заключающимся в возможности регистрации распределения заряда, образованного ИИИ по сечению пучка,ностей детектора путем обеспечения регистрации пространственного распределения заряда, образованного ИИИ по сечению пучка, в объем чувствительного элемента введены металлические полоски, плоскости которых параллельны металлическим электродам, торцы полосок расположены на боковой поверхности чувствительного элемента.