Низкоэнергетические германиевые детекторы (LEGe)

Низкоэнергетические германиевые
детекторы (LEGe)
Очень тонкий мертвый
слой на верхней и
боковой поверхностях
кристалла позволяет
проводить измерения в
низкоэнергетической области
спектра вплоть до 3 кэВ
■
Широкий выбор детекторов
разной площади и толщины
дает возможность подобрать
оптимальный вариант
детектора по стоимости и
техническим параметрам для
любых прикладных задач
■
Детекторы этого типа имеют
низкий уровень шумов,
высокое разрешение в
области низких и средних
энергий
■
Область применения
Низкоэнергетическая гаммаспектрометрия
■
Абсорбционная
рентгеновская спектроскопия
■
Неразрушающий контроль
ядерных материалов
■
Рентгенодифрактометрия
(XRD)
■
Рентгено-флуоресцентный
анализ (XRF)
■
Описание
Бериллиевое окно
Лицевой контакт
Конструкция
низкоэнергетических
германиевых детекторов
(LEGe) оптимизирована для
работы в области низких и
средних энергий. Детекторы
Тыльный
такого типа имеют особенные
контакт
преимущества перед
традиционными планарными
или коаксиальными
детекторами. LEGe-детекторы
изготавливаются с очень
тонкими лицевыми и
боковыми контактами.
Площадь тыльного
контакта меньше полной
Конструкция LEGe-детектора
площади кристалла и
поэтому емкость такого детектора меньше емкости планарного детектора
того же размера. Шум предусилителя уменьшается при снижении емкости
детектора, поэтому детекторы LEGe имеют лучшие шумовые характеристики
и, соответственно, более высокое разрешение в области низких и средних
энергий, чем детекторы других типов. В отличие от стандартных планарных
детекторов, в низкоэнергетических германиевых детекторах лицевой
контактный проводящий слой очень тонкий, а мертвый слой практически
отсутствует. Кроме этого проводящим контактным слоем покрыта и боковая
поверхность кристалла, поэтому распределение электрического поля в
кристалле более равномерное, а это в значительной степени улучшает сбор
зарядов, возникающих в детекторе в результате поглощения гамма - квантов,
уменьшает количество затянутых импульсов, увеличивает загрузочную
способность и улучшает соотношение пик/фон для детектора.
LEGe-детекторы поставляются с площадями рабочей поверхности от 50 мм2
до 2000 мм2 и толщиной от 5 до 20 мм. В задачах, связанных с измерением
средних энергий гамма-излучения, LEGe-детекторы могут в значительной
степени превзойти дорогие коаксиальные детекторы большого объема. На
приведенном ниже рисунке показаны кривые эффективности регистрации
типовых LEGe-детекторов разной площади.
Эффективность регистрации(%)
Особенности и
преимущества
Край поглощения Ge
Бериллиевое окно
толщиной 0,5 мм
Энергия (кэВ)
Кривая абсолютной эффективности регистрации LEGe-детекторов различного
размера (Нижняя кривая для детектора площадью 200 мм2 и толщиной
10 мм. Верхняя для детектора площадью 1000 мм2 и толщиной 15 мм). Источник
устанавливался на расстоянии 25 мм от головной части блока детектирования.
117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.16/10, ИБХ, корп.32, офис 406, 417-420
тел./факс: +7 499 724 85 77, 724 86 11 e-mail: [email protected]
C40438 – 7/14
Низкоэнергетические германиевые детекторы (LEGe)
Коэффициент пропускания (%)
Кривые пропускания окон для LEGe-детекторов
из различных материалов и разной толщины
0,0254 мм бериллий
0,0508 мм бериллий
0,1270 мм бериллий
0,2540 мм бериллий
0,5080 мм бериллий
0,6 мм углерод
0,6 мм алюминий
Энергия (кэВ)
Сравнение пропускания различных окон в низкоэнергетической
области опционально предлагаемых производителем
Для полного использования преимуществ этого
детекторов этого типа в области низких энергий, его
криостат обычно комплектуется тонким (от 0,025
до 0,508 мм) бериллиевым окном. Криостат LEGe
- детектора также может быть укомплектован 0,6
-миллиметровым окном из углепластика. Такое окно
более прочно по сравнению с бериллиевым окном и
сохраняет при этом хорошую прозрачность для низких
энергий. Для задач, связанных с измерением энергий
выше 30 кэВ, LEGe-детектор может поставляться с
традиционным окном из алюминия толщиной 0,5 мм.
В любом случае, широкий выбор криостатов компании
CANBERRA позволяет подобрать оптимальную
конфигурацию детектора для решения различных
прикладных задач.
Предусилители
LEGe детекторы поставляются по заказу с одним из
двух типов предусилителей.
Выбор между предусилителем с импульсной обратной
связью и предусилителем с резистивной (RC) обратной
связью определяется размерами кристалла детектора.
Предусилитель с транзисторной импульсной
обратной связью модель I-TRP
Этот предусилитель с транзисторной импульсной
обратной связью пришел на смену использовавшемуся
ранее предусилителю с оптической импульсной
обратной связью (модель 2008). В предусилителе
I-TRP сброс накопленного заряда происходит за счет
управляемого открывания встроенного транзистора,
а не светодиода. Поэтому предусилитель типа
I-TRP не имеет главного недостатка, присущего
предусилителям с оптической обратной связью, такого
как длительное время восстановления, связанное с
освещением полевого транзистора. Короткое время
восстановления позволяет использовать детекторы
для задач, связанных с высокими загрузками, а сам
по себе полевой транзистор имеет лучшие шумовые
характеристики. Применение предусилителя с
импульсной обратной связью приводит к улучшению
разрешения детектора, особенно при малых временах
формирования импульсов усилителя или амплитудного
анализатора.
Однако высокий коэффициент усиления предусилителя
I-TRP делает его менее подходящим для использования
в области высоких энергий, поскольку частота
сброса будет быстро увеличиваться при увеличении
поглощенной в кристалле детектора энергии и
относительная доля времени, когда предусилитель
находится в состоянии сброса, будут увеличиваться.
Предусилитель с резистивной обратной связью (RC)
– модель 2002С. В этом предусилителе используется
резистор для непрерывного разряда конденсатора
в цепи обратной связи. За счет этого повышается
максимальная скорость счета, поскольку отсутствует
потеря времени на сброс предусилителя. Кроме того,
предусилители с RC-цепью постоянно находятся
в рабочем режиме в отличие от предусилителей
I-TRP типа, которые блокируются на время сброса
накопленного заряда. Это свойство детекторов с
такими предусилителями может быть очень важным
для измерений, связанных с неразрушающим
контролем ядерных материалов. Однако добавление
резистора обратной связи увеличивает шум всего
гамма спектрометра и приводит к незначительному,
но ухудшению разрешения в области низких энергий.
CANBERRA по умолчанию предлагает следующие
варианты:
Предусилитель I-TRP для LEGe детекторов
небольшой площади (от 50 мм2 до 100 мм2) для
решения прикладных задач, когда разрешение
детектора является определяющим параметром.
■
Предусилитель с RC-цепью для LEGe детекторов
большого размера, которые используются при
работе с достаточно активными источниками на
большой скорости счета.
■
Низкоэнергетические германиевые детекторы (LEGe)
Технические характеристики и информация
Модель
Площадь,
мм2
Толщина,
мм
Толщина
бериллиевого
окна, мм
Разрешение ПШПВ при
оптимальных настройках
5,9 кэВ
122 кэВ
Тип
предусилителя
GL0055
50
5
0.025 (1)
145
500
I-TRP
GL0110
100
10
0.025 (1)
160
500
I-TRP
GL0210
200
10
0.15 (5)
195* (170)
520
RC*
GL0510
500
10
0.15 (5)
250
550
RC
GL0515
500
15
0.15 (5)
250
550
RC
GL1010
1000
10
0.5 (10)
300
620
RC
GL1015
1000
15
0.5 (10)
300
620
RC
GL2020
2000
20
0.5 (20)
400
680
RC
* В качестве опции может поставляться предусилитель I-TRP.
Детекторы обеспечивают хорошую форму пика (ПШДВ меньше или равно двум ПШПВ).
Резистор обратной связи в предусилителях 200С,
выбирается таким образом, чтобы обеспечить
оптимальное разрешение и скорость счета.
Максимальная загрузочная способность для моделей
LEGe детекторов с площадью 200 мм2 и 500 мм2
составляет 20 000 МэВ/с, а для моделей с площадью
1000 мм2 и более – 40 000 МэВ/с.
Для некоторых специальных приложений LEGeдетекторы могут поставляться с характеристиками
отличными от приведенных в таблице. Например,
для неразрушающего контроля ядерных материалов
как детектор, так и электронику необходимо
оптимизировать для измерений с высокой скоростью
счета в области средних энергий.
настолько миниатюрны, что можно изготавливать
многоэлементные матричные блоки детектирования
с минимальными зазорами между отдельными
кристаллами. Крепежные элементы сконструированы
таким образом, что вся рабочая поверхность кристалла
детектора остается открытой Подробную информацию
можно найти в нашей документации по германиевым
матричным (ARRAY) детекторам.
ГОЛОВНЫЕ ЧАСТИ И КРИОСТАТЫ
Модели GL0055 и GL0110 поставляются с головными
частями диаметром 2,54 см и длиной 10,16 см,
с установкой на криостате фланцевого типа или
криостата с сильфоным механизмом и регулировкой
расстояния от детектора до пробы. Тип криостата
детектора по конструкции и способу охлаждения
(азотный или электрический) можно выбрать из
нескольких вариантов предлагаемых производителем
для этой серии детекторов в зависимости от
предполагаемой геометрии измерений.
LEGe детекторы с кристаллами большей площади
поставляются с алюминиевой головной частью
диаметром 76,2 мм. Криостат может быть как
вертикальным тростеобразным с сосудом Дьюара
30 литров, так и горизонтальным интегральным или
портативным. Более подробную информацию можно
найти в разделе “Криостаты. Варианты исполнения и
комплектации криостатов”.
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ МАТРИЦЫ
Все детекторы серии LEGe также могут устанавливаться
в один криостат в виде многоэлементной матрицы.
Конструкция крепления детектора на хладопроводе
и элементы подачи напряжения смещения
Ø3.00
[Ø76]
5.31
[135]
Пример модели GL2020 в криостате Big Mac
(показана фланцевая версия, доступен также вариант
с тростеобразным криостатом)
Ø1.00
[Ø25]
4.00
[102]
Пример модели GL0055 в криостате Big Mac
Для примера на рисунке показаны криостаты модели
BigMac с блоками детектирования GL2020 и GL0055
© 2014 Canberra Industries, Inc. All rights reserved.