Патент ссср 322094

 

l г ° .:: -в

lj —:.:-".":. = СЕ. 1

Ой ИСАЙИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

322094

Союз Соватоиих

Социвлистичеоиих

Рвопублии

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.VIll.1970 (№ 1462556/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 05.Ч.1972. Бюллетень М 15

Дата опубликования описания 9Х1.1972

М. Кл. G 01t 1/24

H 0tl 15/00

Комитат па делам лзобратеииб и открытий при Совете Миииотрое

СССР

УДК 539.1.074.5(088.8) Авторы изобретения

О. П. Полыця и А. Л. Пахомова

Заявитель

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР ЯДЕРНЬ(Х ИЗЛУЧЕНИЙ

Изобретение относится к технике для регистрации ядер ных 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 комптоновский фон в регистрируемых энергетических спектрах.

Детекторы состоят из двух коаксиальных чувствительных областей (р-т-п-структур) .

Каждую структу.ру можно включать независимо от других, что позволяет использовать их в двухкристальных спектрометрах.

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 исход ного р-германния. Эта область является общим заземляемым электродом, а

GHI íàëû с,внешней и внутренней чувствптельных областей снимаются с соответствующих п-слоев.

Другая известная конструкция дуода представляет собой коаксиальную р-t-п структуру.

5 В результате разделения и-слоя канавками вдоль образующей цилиндра эта структура содержит д ва п-электрода.

Общим электродом является р-палец из исходного полупроводникового материала, на10 пример rep мания. Носители, образу ющиеся при рассеянии и поглощении гамма,-квантов в

L-областях, собираются на электроходы. Здесь чувствительные области (кристаллы) разделяются полем обрапного .смещения.

15 Принцип работы дуодов основан на следующих п,ред посылках: в области жестоких энергий основной вклад в,пик полного;поглощения дает эффект многократного комптоновского рассеяния (на гер20 магниевых детекторах с чувствительным объемом свыше 3 — 5 см ); вероятность полного поглощения существе нkIo возрастает после первичного комптоновского рассеяния кванта;

25 диаграмма углового распределения комптоновских к вантов в области жестких энергий существенно вытянута вперед вдоль на правления первичного потока гамма квантов.

Исходя из этих предпосылок, используют

30 дуоды в двухкристальных спектрометрах сов322094 падений с сум мированием амплитуд для подавления комптоновского фона. Суть работы дуода сводится к тому, что поток гамма-излучения последовательно пронизывает оба кристалла дуода, а электронная схема отбирает только те сигналы, которые образуются

opHoBpI.MGHHo в обоих кристаллах, и суммирует пх по амплитуде.

Известные конструкции не позволяют выбрать оптимальное соотно|шение между толщинами чу вст вительных областей. Кроме того, обе ко|нструкции содержат «мертвые» р-области, затеняющие гамма.-поток при пронизыва нии им последовательно обоих кристаллов.

Эти конструкции не позволяют подавить ту часть комптоновского фона,,которая образует ся при комптоновском ра ссеянин в обоих кристаллах (т, е. когда поступают импульсы с обоих кристаллов при не полном IIoглощении кванта в тыловом кристалле). 0|ни не позволяют качественно спектрометрировать бета- и мягкое гамма-излучение из-за наличия

«мертвого» и-слоя и большой электрической емкости.

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 ядер ных излучений в виде коаксиаль ной р-i-n-структуры цилиндрической формы отличается от известных тем, что, с целью расширения э1нергетического диапазона регистрируемых излучений, слой одного типа проводимости на цилиндриче ской поверхности детектора разделен до i-области, кольцевыми канавками, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый полупроводниковый детектор; на фиг. 2 приведе на 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 качест1ве примера здесь рассматривается конструкция германиевого монолитного трехкристального детектора гамма-излучения. Детектор представляет собой коа ксиальную р-i-и- структуру. Н а внешнюю оор азующую цилиндрического германия напылен и iIIpoди ффундирован литий, в результате чего образовался и-слой 1; в результате дрейфа ионов лития в электрическом поле,сформирована -область 2; р-область образована исходным германием 8. Кольцевые канавки 4 на цилиндрической поверхности детектора. разделяют и-слой на три области кристалла 5, б и

7, о бразуя три тора.

При включении предлагаемого детектора для работы в области средних и высокихэнергий тамма-излучения поток гамма-излучения

4 последовательно пронизывает кристаллы 5, б и 7 (фиг. 2). Схема отбирает только те события, которые соответствуют одновременному выделению сигналов в кристаллах 5 и б, лри от сугствии сигнала в кристалле 7; последнее обстоятельство позволяет подавить ту часть комптоновского фона, которая обусловлена неполны,м поглощением в кристалле б при комптоно вском 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 ам плиту де, а быстрые выходы с усилителей 9 и 10 включены,на схему совпадений 11 (быстрый

:выход BcTI выход временного сигнала с .крутым передним фронтом); этот сигнал используется,для выполнения логических о пераций схемы. Задержанный выход есть выход, с которого снимается сигнал, сформированный для получения оптимального отношения сигнал —,шум спектрометрического тракта) . Сигналы с выхода схемы совпадений 11 поступают на вход схемы а нтисовпадений 12, на затвор которой поступают управляющие импульсы тылового кристалла 7, прошедшие через предусилитель 8, усилитель 9 и интеграль,ный дискриминатор 18. 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 следующими особенностями; при направлении потока излучения нормально к торцу кристалла 5 детектор IIpBIKTHчески не имеет входных окон; при сравнительно небольшой толщине чувствительной области кристалла 5, когда одна из KBtFIBво|к 4 расположена, близко к открытому торцу детектора, электрическая емкость его может быть достаточно малой для с нижения шумов,предусилителя, что является зачастую решающим условием использования. полупроводниковых детекторов в области низких энергий.

Включив одновременно кристаллы 6 и 7 в режиме антисо впадений с сигналами кристалла 5, можно существенно подавить комптоковский фон в случае, когда .в реги стрируемом спектре имеется заметный фон жесткого га м м а- изл учен ия.

Работает схема следующим образом.

Сигналы области 5 проходят через низкошумящий 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 параллельно включенных кристаллов 6 и 7, усиленные и сфромированные предусилителем 8, 322094

4 иг 1 усилителем 9 и интегральным дискримиiIBToром 18.

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 анпигилляционных квантов.

Предлагаемый детектор может быть выполнен на, основе коаксиальной р-l-n-,структуры как пятисторонней, конструкции (р-палец BIIходит только на одну торцовую поBcpxiHocTb), так и четырехсторонней (р-палец выходит на обе торцовые поверхности). Наибольший эффект дает конструкция на основе пятисторонней р-i-n-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, р азделяющих чувствительные области; возмож ность спектрометрирования мягкого гамма- и рентгеновского излучений с подавлением комптоновского фона от жесткого гамма-фона, лучшего подавления комптоно в5 ского фона при регистрации гамма-излучения средних и жестких энергий, спектрометрирования очень жесткого гамма-излучения по пику двойного вылета в парныx cпектрометРаХ;

10 возможность пспользова ния в качестве моdE нолитного телескопического детектора и

dX

Е для спектрометрии бета-гамма-совпадений, если входной кристалл выполнить достаточно

15 прозрачным для гамма-излучения; выполнив входной кристалл достаточно тонким, его можно использовать в качестве

oxранпого кольца с целью уменьшения вклада шумо в поверхностных токов.

Предмет изобретения

Полупроводниковый, детектор ядерных излучений в виде коаксиальной р-1-п-структуры

25 цилиндрической формы, отличающийся тем, что, с целью расширения энергетического диапазона регистрируемых излучений, слой одного типа проводимости на цилиндрической поверхности детектора разделен до -области

30 кольцевыми канавками, лежащими,в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра.

322094 Составитель Е. Алешин

Редактор Б. Федотов Техред А. Камышникова Корректор Л. Бадыламй

Заказ 1694/6 Изд. № 773 Тираж 448 Подписное

UHHHI1H Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типограф>ия, пр. Сапунова, 2