Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Клайнкнехт К. -> "Детекторы корпускулярных излучений" -> 20

Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.

Клайнкнехт К. Детекторы корпускулярных излучений — M.: Мир, 1990. — 224 c.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка): detkorpus1990.pdf
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 65 >> Следующая

0 Более точные значения: W1 (ж. Ar) = 23,6 эВ, W, (ж. Xe) = 15,6 эВ. — Прим. перев.
2) B реальных детекторах лучшее разрешение составляет ~3%. — Прим. перев
2.4. Измерение ионизации в жидкости
67
Рис. 2.9. Скорость дрейфа электронов в жидком аргоне и в (Ar + CH4)- и (Ar + + С2Н4)-смесях [227]. / — Ar + C2H4 (0,2%); 2 — Ar + CH4 (0,5%); 5 — Ar + + CH4 (0,2%); 4 — Ar I- C2H4 (0,02%); 5 —Ar
8QQQ-7OQO -
6000 -
S00O-4000-
г
JOOO -
2000
/ООО
2 4 6 8 /О 12
?t ГО*8/я
конденсатора, возрастает настолько медленно, что становится непригодным для регистрации отдельных частиц.
Будем рассматривать только электронную компоненту сигнала в^онизационной камере. Это достигается дифференцированием RC-цепъю с постоянной времени много меньшей времени сбора ионов //: < ti. Дифференцируя выражение для баланса энергии, получаем Зависимость заряда (индуцированного на пластинах конденсатора) о\ временив
(2.17)
q(t)Ezdz = q(t)Ezu?dt,
причем q(t) — заряд, который в момент времени / находится между
Таблица 9. Подвижность электронов в жидких инертных газах при напряженности электрического поля 104 В/м {51J
Жидкость Температура, К м2/В*с
ж. Ar 85 0,047
ж. Kr 117 0,18
ж. Xe 163 0,22
68 2. Регистрация ионизационных потерь
пластинами, а v?— скорость дрейфа электронов. Для ионизационного трека, проходящего в момент времени t - 0 параллельно пластинам при z = Zo9 плотность заряда составляет (см. рис. 2.1)
q(Z, /) = -NeS[Z -(Zo- VSOh (2.18)
и мы имеем здесь то же соотношение, что и в разд. 2.1 (случай I). В жидкоаргоновых калориметрах треки ионизующих частиц проходят перпендикулярно пластинам. В этом случае получаем (случай
П):
- ^ для 0 < z < d - vDt,
e(Z,')=i^ 0 для ZXt-V5L
Заряд между пластинами в этих двух случаях равен Случай I
q(t) = -Ne J 6(z - (Zo - v?t))dz =
-Ne для t < /о = Zo/v?, О для t > /о-
Случай II
Ne
- --г (d - vDt) для t <td- d/v?,
О для t > td.
Тогда из уравнения баланса энергии получаем
(2.19)
2Q2cQ = Ezv?(-Ne)dt (случай I) для t <
Ne
= Ezv?[ - ~j(d~ vDt)) dt (случай II) для t < U
После интегрирования имеем:
Случай I
CE
dQ= - -—Iv?Nedt,
Qo
= -Nedt/ta,
2.5. Полупроводниковые детекторы
69
от - So
Ne t/td для 0 < t < /©,
Ne zo/d для t > to.
(2.20)
(2.21)
Случай ii
dQ = - ^ v?Ne(\ - (v?/d)t) dU
Qo
™ ,л , -Ne(t/ta - Й (t - ft*)2) для 0 < t < ft,,
-7Ve/2 для ґ > td.
Для жидкоаргоновых камер с зазором между пластинами dy получаем для случая II путем дифференцирования токовый импульс
/(О = -Ne -J-(I- t/ta) ДЛЯ ґ < ft*, (2.22)
id
причем для d = 2 мМ и v? = 4-103 м/с имеем ft/ = rf/yo « 0,5 мкс. Такие жидкоаргоновые камеры используются в основном в качестве детекторов полного поглощения (калориметров) электромагнитных и адронных ливней (см. разд. 6.1 и 6.2).
2.5. Полупроводниковые детекторы
Полупроводниковые детекторы работают как твердотельные ионизационные камеры. Заряженная частица (в случае регистрации фотонов — фотоэлектрон) создает на своем пути через кристалл пары электрон — дырка. Кристалл помещен между двумя электродами, создающими электрическое поле. В процессе ионизации полупроводника электроны валентной зоны возбуждаются проходящей частицей и переходят в зону проводимости, оставляя дырку в валентной зоне. Во вторичных процессах электроны теряют свою энергию на образование электрон-дырочных пар (экситоны) и на возбуждение осцилляционной решетки (фононы). На месте прохождения первичной заряженной частицы остается трубка плазмы вокруг трека с высокой концентрацией электронов и дырок (1015 - 1017/см3). Требуется разделить эти заряды и собрать электроны на анод до того, как они рекомбинируют с дырками, чтобы получить заряд, достаточный для регистрации первичной частицы по энергии, выделенной в процессе ионизации. На образование пары электрон — дырка в кремнии (германии) расходуется энергия 3,6 (2,8) эВ, а в газах (для сравнения) 20 -s- 40 эВ. В сцинтилляционных счетчиках требуется от 400 до 1000 эВ для образования одного фотоэлектрона при падении сцинтиляционного света на фотокатод.
70
2. Регистрация ионизационных потерь
В качестве материала для таких твердотельных детекторов используются высокочистые полупроводниковые монокристаллы кремния или германия. Эти полупроводники работают как диоды с обратным смещением, чтобы создавать в кристалле высокое электрическое поле для сбора зарядов. Практически используются три типа полупроводниковых детекторов: диоды с р—«-переходом, детекторы поверхностнобарьерного типа и с р—/—«-структурой.
В полупроводниках р—«-переход — это граничный слой между зоной р-типа (легированной электрон-акцепторными примесями) с дырочной проводимостью и зоной «-типа (легированной электрон-донорными примесями) с электронной проводимостью [29, 53, 82, 225]. Асимметричный р—«-переход состоит из слабого легированного материала /?-типа, в котором на одной из поверхностей создается тонкий, но сильнолегированный слой «-типа. У поверхности раздела между по-разному легированными слоями формируется двойной слой зарядов. Из-за образующейся вследствие этого раз,-ности потенциалов возникает ток носителей заряда, что приводит к обеднению граничного слоя свободными носителями заряда («обедненная зона», «запирающий слой»). Этот п—/?-слой ведет себя подобно диоду. В рамках зонной модели полупроводников воз-
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 65 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed