Detektorok

1. Detektorok Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők

2. Anyag és sugárzás • Töltött részecskék • Elektromágneses sugárzás

3. Mi is az a detektor? Gáztöltésű detektor, félvezető det. Detektor Detektor U

4. Mi is az a detektor? Gáztöltésű detektor, félvezető det. Detektor - - Detektor + + A U

5. Mi is az a detektor? Szcintillációs detektor Photo Multiplayer Tube Detektor U

6. Mi is az a detektor? Félvezető detektor • Kapcsoljunk feszültséget a félvezetőre. (Szilárdtest ionizációs kamra) • Visszáram • p, n réteg feszültséget, pn átmenet • Kapcsoljunk erre áramot

7. Gáztöltésű detektorok

8. Gáztöltésű detektorok • A detektor érzékeny térfogatába belépő sugárzás ionokat kelt. • Attól függően, hogy mekkora feszültséget kapcsolunk rá, a detektor másképp viselkedik. • Hat tartományt különböztetünk meg.

9. I II III IV VI Detektorkarakterisztika

10. V. Geiger-Müller cső

12. GM – cső • Kisüléslavina (magától le sem állna) külső kioltó áramkör • Kioltás etil-alkohol önkioltó halogén

13. Szcintillátorok

14. Rövid történet • 1903ZnS kristály alfát képes jelezni • 1908Először alkalmazzák • 1939-40 PMT

15. Működése • Energiasávok, gerjesztés, legerjesztődés, csapdák, utánvilágítás • PMT (1939 – Bay Zoltán), Photodioda

16. Sugárzás töltés • Szerves és szervetlen • Transzformációs hatásfok (5-20%) • Összegyűjtési hatásfok (~100%) • Fotokatód hatásfok (10-25%) Néhány keV egy elektron

17. Félvezetők • A legfiatalabb • A legjobb energiafelbontású • A legdrágább

18. Félvezető detektorok

19. Szilicium vs. Germanium

20. Pótdiák

21. Félértékszélesség

22. II. Ionizációs kamra • Telítési feszültség – ideális ez lenne tisztítani kell -> pl. vörösréz • A karakterisztikát megváltoztatja az elektronmegkötés (csökkenthető CO2 )

23. I. Rekombinációs tartomány • Alacsony feszültség • A keletkező ionoknak nincs idejük eljutni az anódhoz és a katódhoz. Már korábban rekombinálódnak. • Nem tudjuk kigyűjteni az összes keletkező töltést. Nincs értelme itt detektort üzemeltetni

24. II. Ionizációs kamra(A telítési tartomány) • Az összes keletkező részecske eljut a kivezetésekhez. • 80 éve a pályán • Néhány köbmm – 100 liter • Előnyök: • Egyszerű • Stabil bonyolult az erősítő • Olcsó • Integrál és impulzus üzemben is működtethető

25. III. Proporcionális számlálók • A gázerősítés (M)Lineárisan arányos a primer ionizációban keltett töltésmennyiséggel, viszont exponenciálisan függ a rákapcsolt fesz.-tőlM = n0 / n ~ exp(U) • Stabil tápfesz kell (10-4 nagyságrendig)

26. V. Félproporcionális tartomány • Elromlik az előbb említett linearitás a primer és a gázerősítés során létrejött töltéshordozók száma között • Detektor itt nincs

27. II. Ionizációs kamra • A jó hatásfokú detektor követelménye, hogy a sugárzás energiájának a legnagyobb részét a kamra érzékeny térfogatában adja le. • A gáznyomás növelésével, illetve nagyobb rendszámú gáz alkalmazásával csökkenthető a hatótávolság

28. GM cső • Karakterisztika (munkapont kimérése)200-300 V-os plató • Hatásfoka függ: a fal vastagságtól, a térszögtől • Fotonra századannyira érzékeny, mint részecskére Nagyobb fesz.-en tönkremegy (koronakisülés (VI) – szennyezések kilépése)

29. Típusai • NaI(TI)gammához kitűnő (gyakorlatilag csak erre) • CsI(TI)levegőn tárolható, a PMT-hez nem jól illeszkedik, viszont Fotodiódához tökéletes • BGOfényhozam alacsony, gammára • szendvics

30. Újra az energiaszintek • A félvezetők helye a sávelméletben • A Fermi függvény: P(E) = (1+exp((E-Ef)/kT))-1 • Szennyeződések és szennyezések (dopolás) • Intrinsic, p-, n-típus, • Visszáram, pn, kiürített sáv

31. Az energiállapotok sávokká szélesednek A sugárzás energiája az elektronokat gerjeszti, amely legerjesztődéskor fotont bocsát ki Szennyezések hatása Szcintillátorok

32. Sávelmélet • T = 0 Kelvin esetén a Fermi energia fölött nem lennének elektronok • A hőmozgás viszont lesimítja a csúcsokat Fermi-függvény

33. Sávelmélet Vezetők

34. Sávelmélet Szigetelők

35. Sávelmélet Félvezetők