Файл: Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений..pdf

ности, нанесение на детектор покрытия из канифоли позволило получить образцы с неизменными обратными токами в течение 1,5 года [271J.

Ток короткого замыкания р—і—«-детекторов обычно умень­ шается на 10—30% в течение первого года после изготовления. В дальнейшем его изменения в 2—3 раза меньше указанных. Основная причина этого — перераспределение исходной кон­ центрации ионов лития в результате их дрейфа в поле контакт­ ной разности потенциалов и диффузии из «-области, где их кон­ центрация на несколько порядков выше, чем в /-слое.

Сопротивление детектора в прямом направлении возрастает, обратная вольт-амперная характеристика существенных измене­ ний не претерпевает [272, 273]. Возрастает также толщина мертвого слоя со стороны «- и р-слоев.

Вдетекторах с /-слоем, доходящим до омического контакта, литий вследствие дрейфа уходит от него. Возникающее электри­ ческое поле способствует инжекции неосновных носителей с тыльного контакта. Алюминиевые контакты в этом случае пред­ почтительнее никелевых, так как со временем они становятся омическими [274].

Врезультате изменения поверхностных свойств р—/—«-де­ текторов со временем обратный темновой ток и емкость обычно возрастают, а напряжение пробоя и фоточувствптелыюсть уменьшаются. Это происходит в результате расширения инвер­ сионных слоев, увеличения скорости поверхностной рекомбина­ ции, изменения напряженности электрических полей. При неко­ торых видах поверхностной обработки имеет место обратный характер изменения указанных величин [257].

Стабилизация характеристик и параметров р—/—«-детекто­

ров может быть достигнута выбором исходного материала, ус­ ловий хранения, защитой поверхности. Хранение при понижен­ ных температурах снижает подвижность лития, так как коэф­ фициент диффузии лития [276] уменьшается с понижением тем­ пературы:

ния эффективной толщины меньше не в 50 раз, а в 6 раз [277]. Удовлетворительные результаты дает также хранение детекто­ ров при напряжении, достаточном для компенсации диффузии Li. Повышение удельного сопротивления исходного кремния, снижение в нем количества структурных нарушений, легирова­ ние галлием также способствуют стабилизации свойств детек­

торов [90].

Стабилизация поверхностных свойств р—і—«-детекторов достигается нанесением защитных покрытий (Л 275), оксидиро-

134

Г Л А В А 7

МЕТОДЫ ДОЗИМЕТРИИ с помощью ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ ДЕТЕКТОРОВ

§7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ЭНЕРГИЙ Еаф И {dEldx)0

Вдозиметрии качество рентгеновского и у-излучении обыч­ но характеризуется эффективной энергией ЁЭф [см. формулу

(1.30)]'. На практике обычно эффективную энергию определяют по ослаблению экспозиционной дозы в условиях, когда рассеян­ ное в среде излучение не попадает в рабочий объем дозиметра. Схема эксперимента показана на рис. 7.1, а. Между источником и дозиметром помещают поглотители 2 различной толщины. Дозиметр 4 помещают за диафрагмой 3, отсекающей рассеян­ ное в поглотителе излучение. Если размеры детектора доста­ точно малы, то диафрагма отсутствует.

Если дозиметр облучается параллельным пучком моноэнергетического у-излучения с энергией кванта Е, то показания дозиметра, при толщине поглотителя равной х, будут связаны с показаниями дозиметра при х=0 формулой, аналогичной

и х= х соответственно, а р — линейный коэффициент ослабления мощности экспозиционной дозы у-излучения с энергией Е. По­ мещая между источником и дозиметром поглотители различной толщины, можно по точкам построить кривую ослабления мощ­ ности экспозиционной дозы. С помощью этой кривой определяют слой половинного ослабления А для данного материала, зна­ чение ц и, следовательно, энергию кванта моноэнергетического

случае имеют в виду только некоторый эффективный коэффи­

как кривые ослабления интенсивности и экспозиционной дозы для немоноэнергетического излучения не совпадают.

136

Значение р ( £ :,ф) немоноэнергетического излучения зависит от толщины поглотителя х. Поэтому и эффективная энергия излу­ чения ЕПф, определенная по р (Еэ<1,), различна для различной тол­ щины X . Из рис. 7.1, б видно, что эффективная энергия, опре­

а

'Рис. 7.1. Схема эксперимента для определения кривой

Величину £ Эф можно определить двумя способами по кривой ослабления. Первый заключается в определении отношения Рх/Ро при данном X (рис. 7.2,а), второй — в определении тол­ щины слоя, при котором отношение (Рэ)х/ (Ра)0= 1/2, т. е. слоя половинного ослабления мощности экспозиционной дозы (см. рис. 7.2, б). На практике обычно применяется второй способ. В обоих случаях кривую моноэнергетического излучения (по

137

которой определяется Д ф) проводят через две точки на кривой

ослабления (т. е. характеризуют кривую ослабления тремя точ­ ками). Если Ди, определенная по двум точкам, практически не отличается от Еэф, определенной по трем точкам, то это значит, что излучение однородно (определяется одним параметром).

Для определения условий, при которых рентгеновское излу­ чение достаточно однородно, можно воспользоваться диаграм­ мами, приведенными в [282].

Применение детекторов с большим ходом с жесткостью для определения Дф

Метод определения Дф можно несколько видоизменить. Возьмем два детектора с различной зависимостью дозовой чув­ ствительности от энергии кванта: ai/P3--=fi(E) и a2/PB—f2(E) (рис. 7.3, а). На рис. 7.3, б показана зависимость a2/al= f3(E). Существенно, что отношение а21а1— монотонная функция энер­ гии кванта. Поэтому, поместив детекторы в пучок моноэнергетического излучения, можно, измерив отношение a2/alt опреде­ лить энергию кванта Е. Если поместить оба детектора в пучок излучения со сложным спектральным составом, то отношение a2laj определит некоторую эффективную энергию кванта Дф *, как показано на рис. 7.3, б. Этот способ менее трудоемок, чем, например, определение Е3ф по слою половинного ослабления.

138

немоноэнергетический и излучение неоднородно, то £ Эф, опре­ деленные различными методами, оказываются различными. Существенно, что связь между ЕЭф, определенными различными методами, неоднозначна. Например, если изменять спектраль­ ный состав излучения так, чтобы отношение a2jaі оставалось постоянным, то слой половинного ослабления будет изменяться

Рис. 7.3. Относительные спектральные характеристики детекторов (а); определение £ Эф по отношению /г/Л (б) и определение максимальной погрешности в определении Р0 по сумме сигналов (Ö).

(и наоборот). Следовательно, одному и тому же значению £эф, определенному по отношению аг/яй, будут соответствовать (для различных спектральных составов) различные ДЭф, определен­ ные по слою половинного ослабления. Поэтому использование величины £ эф в расчетных методах дозиметрии, при работе с неоднородным излучением, может привести к грубым погреш­ ностям.

Погрешность в определении Еэф можно определить, если известны дозовые зависимости чувствительности детекторов от энергии [283, 284].

Следует отметить, что Еэф определяется по отношению двух величин (отношение сигнала на выходе детектора без поглоти­ теля к сигналу с поглотителем), и поэтому понятие £ аф имеет смысл только для регистрирующих систем с двумя выходами. Действительно, для систем с одним выходом пространство сиг­ налов одномерно, поэтому здесь возможны два случая: сигнал положителен (отрицателен) или может менять знак при изме­ нении спектрального состава. Для систем с тремя и более выходами вектора, соответствующие моноэнергетическим излу­ чениям, не лежат в одной плоскости, и поэтому суммарный вектор, характеризующий действие на систему сложного спек­ тра, не может совпадать по направлению ни с одним из них. И только для системы с двумя выходами вектор, соответствую­ щий данному спектральному составу, можно заменить вектором, соответствующим моноэнергетическому излучению. Это обу­ словлено тем, что для такой системы все вектора лежат в одной плоскости [284].

139

Определение эффективной линейной передачи энергии

По аналогии с определением Еэф можно определить эффек­ тивную передачу энергии (dEn/dx)3ф. В этом случае величину (dEn/dx)эф определяют по отношению показаний двух детекто­

энергия. (Для сцинтилляциоиных детекторов это отношение есть конверсионная эффективность.)

Для осуществления метода можно взять два комбинирован­ ных детектора. • Конверсионная эффективность хотя бы одного из них должна зависеть от dE„/dx. Наибольшая зависимость конверсионной эффективности от dEnjdx наблюдается у орга­ нических сцинтилляторов (уменьшается с увеличением dE„/dx). Процедура определения (dEJdx)Эф аналогична описанной выше для определения Ецф.

§7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ И ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗ МЕТОДОМ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДВУХ ВЕЛИЧИН

Пусть на выходах регистрирующей системы под действием излучения возникают сигналы я4 и я2. Если между аи а2 и Р3 имеется линейная зависимость

то с помощью такой системы можно определять экспозицион­ ную дозу Р3■ Соотношение (7.3) должно выполняться для лю­ бых энергий кванта Еу , т. е.

Из (7.4) получим

Обычно равенство (7.3) не выполняется, и величина Р0 по сигналам ßi и а2не может быть определена точно. Однако всегда можно подобрать щ и а2 так, чтобы для максимального и ми­ нимального значения Е равенство (7.4) выполнялось. Тогда максимальная погрешность в определении Р0 равна (см. рис. 7.3, в) :

Если спектральный состав исследуемого излучения неизвес­ тен, то погрешность в измерении Ра определяется формулой (7.6). Мощность дозы можно найти с большей определенностью, если сначала определить отношение я2/яі и эффективную энер­ гию £ Эф, как это видно из рис. 7.3,6 [285]. Таким образом, одновременное измерение двух сигналов Яі и я2 позволит полу­

140