
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

ДЕТЕКТОРЫ МЯГКОГО ФОТОННОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ

Работа №	42896
Тип работы	Магистерская диссертация
Предмет	физика
Объем работы	66
Год сдачи	2018
Стоимость	5700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	317

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

Введение 4
ГЛАВА 1. Методы детектирования ионизирующих излучений 5
1.1 Газонаполненный детектор 5
1.1.1 Режимы работы газонаполненного детектора 5
1.1.2 Общая характеристика газонаполненных детекторов 7
1.2 Сцинтилляционный детектор 10
1.2.1 Механизм сцинтилляции в органических сцинтилляторах 13
1.2.2 Механизм сцинтилляции в неорганических кристаллах с активаторами 16
1.2.3 Сцинтилляторы 18
1.3 Полупроводниковый детектор 22
1.3.1 p-i-n-фотодиоды 23
1.4 Электроника для детекторов ионизирующих излучений 25
1.4.1 Предусилители 25
1.4.2 Обработка сигналов 29
ГЛАВА 2. Кремниевый фотоумножитель 33
1 Обнаружение фотонов с помощью SPAD и SiPM 33
1.1 Поглощение фотонов в кремнии 33
1.2 Кремний как фотодиод 34
1.3 Гейгеровский режим в одиночных фотонных лавинных диодах (SPAD) 34
1.4 Кремниевый фотоумножитель 36
1.5 Быстрый выход SensL 38
1.6 Форма импульса 39
1.7 Коэффициент заполнения 41
2 Параметры производительности кремниевого фотоумножителя 43
2.1 Напряжение пробоя и перенапряжение 43
2.2 Усиление 43
2.3 Эффективность детектирования и чувствительность фотонов 45
2.4 Темновая скорость счета 47
2.5 Оптические перекрестные помехи 49
2.6 Остаточная пульсация 51
2.7 Динамический диапазон и линейность 52
2.8 Температурная зависимость 53
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 55
3.1 Выбор сцинтиллятора 55
3.2 Схема экспериментального детектора 56
3.3 Осциллограммы 58
3.4 Мёссбауэровские измерения 59
Заключение 64
Литература 65

Введение

Твердотельные кремниевые фотоэлектронные умножители (Si-ФЭУ) - быстро развивающийся класс фотодетекторов на основе упорядоченного набора p-n переходов. Si-ФЭУ является датчиком, который решает задачу количественного определения параметров световых сигналов с чувствительностью вплоть до уровня одного фотона. Взамен традиционному вакуумному фотоумножителю, кремниевый фотоумножитель предлагает очень привлекательную альтернативу, которая сочетает в себе возможности обнаружения света малой интенсивности и преимущества твердотельного датчика [1].
В данной работе были использованы Si-ФЭУ компании SensL [2] с эффективностью регистрации фотонов до 47%. Они характеризуется низковольтной работой, нечувствительностью к магнитным полям, механической прочностью и отличной однородностью отклика. Основным преимуществом выбранных для настоящей работы Si-ФЭУ являются их малые габариты - 3 х 3 мм2.
Рентгеновская и мёссбауэровская спектроскопии являются мощным инструментом для изучения различных материалов. В этих методах используются малые энергии гамма квантов до ~ 100кэВ. В настоящее время твердотельные ФЭУ не применялись для регистрации таких диапазонов энергий.
Целью данной работы является реализация экспериментальных сцинтилляционных детекторов с использованием зарядочувствительных усилителей (ЗЧУ) и твердотельных кремниевых ФЭУ для регистрации фотонов с диапазоном энергий до 100 кэВ и получения их мёссбауэровского спектра.
ГЛАВА 1. Методы детектирования ионизирующих излучений
В этой главе рассматриваются устройство и принцип действия различных видов детекторов ионизирующих излучений. Принцип действия различных детекторов излучений основан на физических явлениях, возникающих при взаимодействии ионизирующих излучений с веществом
[3].
В большинстве детекторов используется ионизация атомов и молекул, вызываемая частицами или квантами. На регистрации возникающих при этом свободных электронов и ионов основана работа таких детекторов, как импульсная ионизационная камера, пропорциональный счетчик, газоразрядные счетчики Гейгера, полупроводниковые детекторы. Ионизационные эффекты используются и в детекторах следов частиц (камера Вильсона, пузырьковые, пропорциональные и дрейфовые камеры). На регистрации фотонов, испускаемых возбужденными атомами и молекулами, основаны сцинтилляционные детекторы. В счетчиках Черенкова регистрируются световые вспышки, возникающие при прохождении быстрых частиц через прозрачную среду (при соблюдении определенных соотношений между скоростью частицы и показателем преломления среды).
Детектором называют устройство, позволяющее преобразовать энергию ионизирующего излучения в электрический импульс.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

Целью данной работы являлась реализация экспериментальных сцинтилляционных детекторов с использованием зарядочувствительных усилителей и твердотельных кремниевых ФЭУ для регистрации фотонов мёссбауэровского диапазона и получения их спектров.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Регистрация фотонов в диапазоне энергий до ~ 100 кэВ.
2. Проверка применимости сцинтилляционных детекторов на основе Si- ФЭУ в мёссбауэровской спектроскопии.
В ходе проведенной работы были получены следующие результаты:
1. Реализованы экспериментальные сцинтилляционные детекторы с использованием твердотельных кремниевых ФЭУ, получено временное разрешение сравнимое с временным разрешением газоразрядных детекторов.
2. Получен отклик от изотопа Sm-151, Е = 22 кэВ, с помощью кристалла NaI(Tl) ~ 100мкм.
3. Продемонстрирована применимость детекторов на основе Si-ФЭУ, CsI(Tl) ~ 140мкм, на примере регистрации мёссбауэровского спектра a-Fe.

Литература

1. URL: https://www.sensl .com/downloads/ds/TN%20-%20Intro%20to%20
SPM%20Tech.pdf.
2. URL: http://sensl.com/downloads/ds/DS-MicroCseries.pdf.
3. Ляпидевский, В. Методы детектирования излучений. Учеб. пособие для физ. и инж.-физ. спец. вузов [Text] / В. К. Ляпидевский // М.: Энергоатомиздат. -1987. -c. 404.
4. Knoll, G. Radiation detection and measurement [Text] / G. F. Knol // John Wiley & Sons, -2010. -p. 816.
5. Matoba, M. Three dimensional Monte Carlo simulation of the electron avalanche around an anode wire of a proportional counter [Text] / M. Mathoba, et al. // IEEE Transactions on nuclear science. -1985. -V. 32, No 1. -P. 541-544.
6. Derenzo, S. The quest for the ideal inorganic scintillator [Text] / S. E. Derenzo, et al. // Nuclear instruments and methods in physics research section A: Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment. -2003. -V. 505, No 1-2. -P. 111-117.
7. Melcher, C. Perspectives on the future development of new scintillators [Text] / C. L. Melcher // Nuclear instruments and methods in physics research section A: Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment. -2005. -V. 537, No 1-2. -P. 6-14.
8. Birks, J. The theory and practice of scintillation counting [Text] / J. B. Birks // Pergamon Press -1965. -V. 20, No 5. -P. 373-374.
9. Weber, M. Selected Papers on Phosphors, LEDs, and Scintillators [Text] / M. J. Weber // SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington -1998. - V. MS151. -p. 352.
10. Чистяков, В. Практикум по ядерной физике [Text] / В. А. Чистяков, Э. К. Садыков, Н. Г. Ивойлов, Е. Н. Дулов, М. М. Бикчантаев // Казань: Издательство физизеского факультета КГУ. -2004. -с. 152.
11. Murray, R. Energy transfer in alkali halide scintillators by electron-hole diffusion and capture [Text] / R. B. Murray // IEEE Transactions on Nuclear Science. -1975. -V. 22, No 1. -P. 54-57.
12. Kaufmann, R. The scintillation mechanism in thallium doped alkali halides [Text] / R. G. Kaufmann, W.B. Hadley, H. N. Hersh // IEEE Transactions on Nuclear Science. -1970. -V. 17, No 3. -P. 82-88.
13. Melcher, C. Temperature dependence of fluorescence decay time and emission spectrum of bismuth germinate [Text] / C. L. Melcher, et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. -1985. -V. 32, No 1. -P. 529-532.
14. Muller, R. Single Crystal Spectroscopy [Text] / R. Muller, D. Maeder // Gordon & Breach, New York. -1967. -V.1. -P. 267-370.
15. Heath, R. Scintillation Spectrometry. Gamma-Ray Spectrum Catalogue [Text] / R. L. Heath // Physics TID-4500. -1964. -V. 1, 2. -p. 54.
16. Adams, F. Applied Gamma-Ray Spectrometry, 2nd ed. [Text] / F. Adams, R. Dams // Pergamon Press, Oxford. -1970. -p.752.
17. Ляпидевский, В. Сцинтилляционный метод детектирования излучений [Text] / В. К. Ляпидевский // М.: МИФИ. -1981. -c. 86.
18. Пихтин, А. Оптическая и квантовая электроника [Text] / A. H. Пихтин // М.: Высш. Школа. -2001. -c. 575.
19. Spieler, H. Analog and Digital Electronics for Detectors [Text] / H. Spieler // Proceedings of the 2003 ICFA School on Instrumentation, Itacuruca, Brazil. -2003. -p. 43.
20. Spieler, H. Pulse processing and analysis [Text] / H, Spieler // IEEE NPSS Short Course, Nuclear Science Symposium, Norfolk, Virginia. -2002. -p. 199.
21. T. Dabbs, J. Semiconductor Nuclear Particle Detectors [Text] / J. W. T. Dabbs, F. J. // Walter Publication, Washington DC: NASNRC. -1961. No 871. -p. 237.
22. Eckert, P. Characterisation studies of silicon photomultipliers [Text] / P. Eckert, et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. -2010. -V. 620, No 2-3. -P. 217-226.
23. Rech, I. Optical crosstalk in single photon avalanche diode arrays: a new complete model [Text] / I. Rech, et al. // Optics Express. -2008. -V. 16, No 12. -P. 8381-8394.