322094

.; и СЕ ф011 И СА НйИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 322094 Союз Соватоиих Социвлистичеоиих РвопублииЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 31,Ч 111.1970 ( 1462556/26-25)с присоединением заявкиПриоритет М Кл 6 011 1124Н 011 15/ Комитат па делам леобратеииЯ и отирмти при Совете Миииотрое СССРОпублико Дата опуб 5,Ч,1972. Бюллетень1 9.1.074,5(088.8 икования описания 9,Ч 1.1972 Авторызобретени я О. П. Полыця и А, Л, Пахомова Заявитель ОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР ЯДЕР ИЗЛУЧЕНИ Изобретение относится к технике для регистрации ядерных излучений. Устройство может быть использовано в ядерной спектроскопии для целей экспериментальной ядерной физики, нейтронно-активационного анализа, флуоресцентного анализа, для контрольных операций,в производстве радиактивных изотопов и сверхчистых материалов, а также в космических исследованиях,Известны полупроводниковые детекторы ядерных излучений на основе германия - дуоды, конструкция которых позволяет при использовании их в комптоновском спектрометре существенно подавить комптоновокий фон в регистрируемых энергетических спектрах. Детекторы состоят из двух коаксиальных чувствительных областей (р-т-а-структур) . Каждую структуру можно включать независимо от других, что позволяет использовать их в двухкристальных епектрометрах,Известны две,конструкции дуодов. В этом случае напыление и диффузию лития выполняют по внешней и внутренней поверхности полого цилиндра, затем происходит дрейф ионов лития в переменном поле, в результате чего формируются две 1-области, разделенные слоем исходного р-германния. Эта область является общим заземляемым электродом, а оигналы с,внешней и внутренней чувствительных областей снимаются с соответствующихи-слоев.Другая известная конструкция дуода представляет собой коаксиальную раструктуру.5 В результате разделения и-слоя канавкамивдоль образующей цилиндра эта структурасодержит два п-электрода.Общим электродом является р-палец изисходного полупроводникового материала, на пример германия. Носители, образу ющиесяпри рассеянии и поглощении гамма,-квантов вс-областях, собираются на электроходы. Здесьчувствительные области (кристаллы) разделяются полем обрапного смещения.5 Принцип работы дуодов основан на следующих п,редпосылках:в области жестких энергий основной вкладв,пик полного;поглощения дает эффект многократного комптоновского рассеяния (на гер магниевых детекторах с чувствительным объемом свыше 3 - 5 смз);вероятность полного поглощения существенно возрастает после первичного комптоновского рассеянпя кванта;5 диаграмма углового распределения комптоновских квантов в области жестких энергийсущественно вытянута вперед вдоль направления первичного потока гаммаквантов,Исходя из этих предпосылок, используют 30 дуоды в двухкристальных спектрометрах сов 322094падений с суммированием амплитуд для подавления комптоновского фона. Суть работы дуода сводится к тому, что поток тамма-излучения последовательно пронизывает оба кристалла дуода, а электронная схема отбирает только те сигналы, которые образуются одновременно в обоих кристаллах, и суммирует их по амплитуде.Известные конструкции не,позволяют выбрать оптимальное соотношение между толщинами чувствительных областей. Кроме того, обе конструкции содержат мертвые р-области, затеняющие гамма-поток при пронизывании им последовательно обоих кристаллов.Эти конструкции не позволяют подавить ту часть комптоновского фонакоторая образуется при комптоновском рассеянии в обоих кристаллах (т, е. когда поступают импульсы с обоих кристаллов при неполном поглощении кванта в тыловом кристалле). 0 ни не позволяют качественно спектрометрировать бета- и мягкое гамма-излучение из-за наличия мертвого и-слоя и большой электрической е мко ст и.Перечисленные недостатки являются следстаием того, что поверхности раздела чувствительных областей в обеих,конструкциях параллельны оси цилиндра, образующие которого являются электродами чувствительных областей.Предлагаемый полупроводниковый детектор ядерных излучений в виде коаксиальной ра-структуры цилиндрической формы отличается от известковых тем, что, с целью расширения э 1 нергетического диапазона регистрируемых излучений, слой одного типа проводимо. сти на цилиндрической поверхности детектора разделен до -области, кольцевыми канавками, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра.На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый полупроводниковый детектор; на фиг. 2 приведена схема включения предлагаемого детектора для работы в области высоких и средних энергий гамма-излучения; на фиг. 3 - схема включения детектора для работы в области мягкого гамма,- и рентгеновского излучения.В качест 1 ве примера здесь рассматривается конструкция германиевого монолитного трех- кристального детектора гамма-излучения. Детектор представляет собой коаксиальную рп 1 структуру, Н а внешнюю о бр азующую цилиндрического германия напылен и продиффундирован литий, в результате чего образовался и-слой 1; в результате дрейфа ионов лития в электрическом поле,сформирована -область 2; р-область образована исходным германием 3. Кольцевые канавки 4 на цилиндрической поверхности детектора разделяют и-слой на три области кристалла 5, б и 7, образуя три тора.При включении предлагаемого детектора для работы в области средних и высокихэнергий тамма-излучения поток гамма-излучения5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 последовательно пронизывает кристаллы 5, б и 7 (фиг. 2). Схема отбирает только те события, которые соответствуют одновременному выделению сигналов в кристаллах 5 и б, при отсугствии сигнала в кристалле 7; последнее обстоятельство позволяет подавить ту часть комптоновского фона, которая обусловлена неполнььм поглощением в кристалле б при комптоновском рассеянии в кристалле 5.Работает схема следующим образом.Сигналы с кристаллов 5 и б (фиг. 2) усиливаются и формируются предусилителями 8 и усилителями 9 и 10. В выходном каскаде усилителя 10 сигналы суммируются по амплитуде, а быстрые выходы с усилителей 9 и 10 включены,на схему совпадений 11 (быстрый ,выход есть выход временного сигнала с крутым передним фронтом); этот сигнал используется для выполнения логических операций схемы. Задержанный выход есть выход, с которого снимается сигнал, сформированный для получения оптпмального отношения сигнал - ,шум спектрометрического тракта) . Сигналы с выхода схемы совпадений 11 поступают на вход схемы антисовпадений 12, на затвор которой поступают управляющие импульсы тылового кристалла 7, прошедшие через предусилитель 8, усилитель 9 и интеграль,ный дискриминатор 13. С задержанного выхода усилителя 10 сигнал суммарной амплитуды (от кристаллов 5 и б) поступает на вход амплитудного анализатора 14, управляемого в режиме совпадений импульсами с выхода схемы антисовпадений 12.Преимущеспва предлагаемой конструкции при использовании для регистрации мягкого гамма-излучения (фиг. 3) обусловлены сле. дующими особенностями;при направлении потока излучения нор. мально к торцу кристалла 5 детектор практически не имеет входных окон;при сравнительно небольшой толщине чувствительной области кристалла 5, когда одна из канавок 4 расположена, близко к откры. тому торцу детектора, электрическая емкость его может быть достаточно малой для снижения шумов,предусилителя, что является за. частую решающим условием использования. полупроводниковых детекторов в области низ ких энергий.Включив одновременно кристаллы 6 и 7 в режиме антисовпадений с сигналами кристал ла 5, можно существенно подавить компто ковский фон в случае, когда .в регистрируе мом спектре имеется заметный фон жесткого гамма-излучения.Работает схема следующим образом.Сигналы области 5 проходят через низко шумящий предусилитель 8 и усилитель 9. Сигналы с быстрого выхода усилителя 9 формируются интегральным дискриминатором 18 и поступают на вход схемы совпадений 11, на второй вход которой поступают сигналы с па раллельно выключенных кристаллов 6 и 7, усиленные и сфромированные предусилителем 8,усилителем 9 и интегральным дискриминатором 13.Сипналы с задержанного выхода усилителя 9 регистрируются амплитудным анализатором 14, управляемым в режиме антисовпадений сигналами с выхода схемы совпадений 11.Таким образом, отбираются преимущественно сигналы, соответствующие полному поглощению в кристалле 5. Предлагаемая конструкция детектора, может быть использована для регистрации очень жесткого гамма-,излучения при использовании в парном спектрометре тройяых совпадений, В этом случае кристалл 6 используется в качестве сипнального детектора, а области 5 и 7 - для регистрации анпигил чяционных квантов.Предлагаемый детектор может быть выполнен на, основе коаксиальой р-гг-,структуры как пятисторонней, конструкции (р-палец выходит только на одну торцовую повсрхность), так и четырехсторонней (р-палец выходит на обе торцовые поверхности), Наибольший эффект дает конструкция на основе пятисторонней ри-структуры с полым р-пальцем.Основные преимущества предлагаемой конструкции перед, известными:возможность выбора оптимального соотношения между размерами чувствительных областей в зависимости от области регистрируемых энергий;отсутствие смертвых слоев, разделяющих чувствительные области; возможность спектрометрирования мягкогогамма- и рентгеновского излучений с подавлением комптоновского фона от жесткого гамма-фона, лучшего подавления комптонов ского фона при регистрации гамма-излучениясредних и жестких энергий, спектрометрирования очень жесткого гамма-излучепия по пику двойного вылета в парных спектрометрах;10 возможность пспользования в качестве мойЕнолитного телескопического детектораиИХЕ для спектрометрии бета-гамма-совпадений, если входной кристалл выполнить достаточно 15 прозрачным для гамма-излучения;выполнив входной кристалл достаточнотонким, его можно использовать в качестве охранпого кольца с целью уменьшеппя вклада шумов поверхностных токов.20П редм от и зоб р етен и яПолупроводниковый, детектор ядерных излучений в виде коаксиальной р-г-гг-структуры 25 цилиндрической формы, отличающийся тем,что, с целью расширения энергетического диапазона регистрируемых излучений, слой одного типа проводимости на цилиндрической поверхности детектора разделен до 1-области 30 кольцевыми канавками, лежащими,в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра.322094 ставитель Е. Алешин актор Б, Федотов Техред А, Камышникова Корректор Л. Бадылам Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1694/6 Изд.773 Тираж 448ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете МиниМосква, Ж, Раушская наб д. 45 одписное в СССР