Файл: Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений..pdf

Это спектральная характеристика канала*. Спектральную ха­ рактеристику канала в счетном режиме можно определить из­ мерением скорости счета при изменении энергии кванта и по­ стоянном потоке квантов или измерением потока квантов, ос­ тавляющего неизменной скорость счета. Отметим, что последний способ позволяет определять спектральную характеристику и нелинейного канала **.

Рис. 1.4. Спектральные характеристики каналов и формы линии.

Формы линий для различных Еу можно определить, если известны спектральные характеристики каналов, и наоборот (рис. 1. 4).

Для определения полной энергии Еп; поглощенной в рабочем объеме детектора, можно не определять амплитудный спектр. Действительно', поглощенная энергия Ец равна

19

суммирующий амплитуды импульсов. Если параллельно с изме-

N

рением 2 Ui регистрировать число импульсов N, то определяют

1

N

среднюю амплитуду импульса Нср= 2 UJN, которая пропор­

циональна средней энергии действующего в рабочем веществе детектора спектра (пропорциональна средней поглощенной энергии, приходящейся на один зарегистрированный фотон — Е I *). Тогда, если УѴР— число зарегистрированных частиц, то ве­ личину поглощенной энергии определяют по формуле

Число зарегистрированных импульсов Np зависит от эффек­ тивности детектора-—т).

Эффективность детектора v\= Np/N, где N — число фотонов, прошедших через поверхность входного окна детектора.

Чувствительность детектора ф определяют как отношение скорости счета п (т. е. числа зарегистрированных импульсов в единицу времени) к потоку частиц в том месте, где расположен детектор. Дозовую чувствительность — fc определяют как отно­ шение скорости счета п к мощности поглощенной дозы, измеряе­ мой в том же поле излучения, т. е. fc = n/P.

Светосила—отношение числа зарегистрированных импульсов к числу квантов, испущенных источником. Светосила зависит от взаимного расположения детектора и источника излучений.

Эффективность, чувствительность и светосила зависят от энергии кванта излучения.

Одна из наиболее важных дозиметрических характеристик — зависимость n/P=fc(Ev) , где п — скорость счета; Р — мощность дозы, а Е у — энергия кванта излучения. Эту характеристику называют также ходом с жесткостью детектора (в счетном режиме).

Временные характеристики детектора (разрешающее время и др.) определяются формой импульса тока (или напряжения), возникающего на выходе детектора после прохождения через него частицы. Форма импульса определяется физическими про­ цессами, происходящими в объеме детектора. ,

При работе детектора в счетном режиме большое значение имеет разрешающая способность регистрирующей импульсы схемы. При больших скоростях счета число случайных наложе­ ний импульсов во времени растет, что приводит к потерям в счете. Нарушается линейность выхода. При увеличении интен­ сивности излучения в а раз скорость счета увеличивается в

ß< a раз.

*Фотом может поглотиться и в стенке материала, окружающего де­ тектор.

20

Оценим погрешность, возникающую из-за просчетов. Пусть

где п ■—измеренная средняя скорость счета.

Полупроводниковый детектор может применяться для реги­ страции световых вспышек вместо фотоэлектронного умножи­ теля. Кремниевый детектор с р—я-переходом при комнатной температуре может зарегистрировать вспышку околю 2-104 фото­ нов. На образование одной пары носителей в детекторе, состоя­ щем из сцинтилляционного кристалла CsI(Tl) толщиной 2 мм и кремниевого фотоэлемента с р—я-переходом, расходуется при­ мерно в шесть раз меньше энергии, чем на образование одного фотоэлектрона в сцинтилляционном счетчике, т. е. около 50 эв [6]. Поэтому применение полупроводниковых детекторов вместо фотоэлектронных умножителей представляется перспективным.

§ 1.5. ЗАВИСИМОСТЬ ДОЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОТ ЭНЕРГИИ КВАНТА ИЗЛУЧЕНИЯ

Пропорциональный детектор

Для определения дозовой чувствительности любого пропор­ ционального детектора необходимо прежде всего определить величину поглощенной в рабочем объеме детектора энергии. В некоторых случаях необходимо также знать распределение пог­ лощенной энергии в рабочем объеме. Это обусловлено тем, что коэффициенты собирания носителей * заряда (а следовательно, и величина сигнала) зависят от пространственного распределения энергии в объеме детектора. Доза значительно меняется по мере проникновения излучения в детектор. Это изменение сильно за­ висит от энергии излучения. Поглощенная доза может или увеличиваться, или уменьшаться с глубиной.

. Рабочий объем детектора обычно окружен стенками, тол­ щина и материал которых различны. В стенках возникают вто­ ричные электроны, вызванные фотоэффектом, комптоновский рассеянием и эффектом образования пар. Плотность потока вторичных электронов увеличивается с глубиной х от нуля вбли­ зи поверхности стенки до максимальной величины Фе на глубине, равной пробегу хе электрона с энергией, близкой к энергии па­ дающего фотона. Если толщина стенки превышает хе, то плот­ ность потока электронов начинает убывать с глубиной как плотность потока Фѵ фотонов. На глубине х> хе отношение

* В сцинтилляционном и комбинированном детекторах коэффициент со­ бирания света также зависит от распределения поглощенной энергии излуче­ ния в рабочем объеме детектора.

21

Фе/Фѵ становится постоянным (устанавливается электронное равновесие). Стенку толщиной хе называют равновесной. Де­ тектор может измерять поглощенную дозу в веществе, из кото­ рого он изготовлен, если толщина стенки равна (или больше) равновесной, а массовые коэффициенты поглощения энергии в этом веществе и в материале стенки одинаковы.

Предположим, что толщина стенки равновесная. Пусть в этих

же, что массовый коэффициент поглощения энергии Цппине изме­ няется с глубиной. Тогда, в результате поглощения излучения в слое h,

где t — время облучения.

Аналогичное выражение можно написать для любого дру­

щение первичного излучения в рабочем объеме камеры невели­

ед. СГСЭ. Учитывая, что некоторая доля энергии расходуется на тормозное излучение (1.12), получается, что для энергии фо­

0,5 Мэв поправка составляет меньше 1%.

Из (1.46) видно, что отношение P-JPв для тонкого детектора, когда Цпт2-А < 1, равно РгІРь= DZ/DB= Цптг/рптв, что совпадает с (1.26).

Если толщина детектора достаточна для практически полно­ го поглощения излучения, то p.nmz-Aj>l, и, воспользовавшись (1.46), получим