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.
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.
