- •Isbn 5-283-02968-9
- •Глава 1
- •§ 1. Основные понятия
- •§ 2. Скалярные характеристики поля излучения
- •§ 3. Дифференциальные характеристики поля излучения
- •§ 4. Векторные характеристики поля излучения
- •§ 5. Токовые и потоковые величины в рассеивающей
- •§ 6. Теорема фано
- •§ 7. Поглощенная энергия излучения
- •§ 8. Линейная передача энергии
- •§ 9. Поглощенная доза
- •§ 10. Экспозиционная доза
- •§ 11. Коэффициент качества излучения. Эквивалентная доза
- •§ 11 Коллективная доза
- •§ 14. Коэффициент передачи энергии излучения
- •§ 15. Электронное равновесие
- •§ 16. Эффективный атомный номер вещества
- •§ 17. Средняя энергия новообразования
- •§ 18. Соотношение брэгга—грея
- •§ 19. Энергетическая зависимость чувствительности дозиметрического детектора в поле фотонного излучения
- •§ 20. Обобщенный принцип дозиметрии
- •§ 21. Вводные замечания
- •§ 22. Закономерности ионизационных камер
- •§ 23. Универсальная характеристика ионизационной камеры
- •§ 24. Закономерности ионизационных амер
- •2/3٠|2باكإب1 непр'/
- •§ 27. Газоразрядные счетчики
- •§ 28. Полостные ионизационные камеры
- •§ 29. Роль 6-электронов
- •Глава 5
- •§ 30. Особенности полупроводниковых детекторов
- •§ 31. Носители электрических зарядов в беспримесном полупроводнике
- •§ 32. Примесные полупроводники
- •§ 34. Уравнение протекания тока через полупроводниковый детектор
- •§ 35. Вольт-амперная характеристика полупроводникового детектора с /,-«-переходом
- •§ 36. Дозиметрические характеристики полупроводниковых
- •Глава 6
- •§ 37. Принцип метода
- •§ 41. Оптические эффекты в люминофорах
- •§ 42. Механизм радиофотолюминесценции
- •§ 43. Радиофотолюминесцентные дозиметры
- •§ 44. Механизм радиотермолюминесценции
- •§ 45. Кинетика термолюминесценции
- •§ 46. Кривая термовысвечивания
- •§ 47. Влияние режима облучения на чувствительность термолюминесцентных дозиметров
- •§ 48. Затухание люминесценции
- •§ 49. Люминесцентные дозиметры
- •§ 50. Фотохимическое действие излучения
- •§ 51. Дозовля чувствительность фотодозиметрл
- •52 ا. Компенсация энергетической зависимости чувствительности. Индивидуальный фотоконтроль
- •§ 53. Радиационно-химические превращения
- •§ 54. Жидкие дозиметрические системы
- •Глава 9
- •§ 57. Преобразование энергии нейтронов в веществе
- •§ 59. Энергетическая зависимость тканевой дозы
- •§ 60. Дозиметрия быстрых нейтронов с помощью ионизационных камер
- •§ 61. Применение пропорциональных счетчиков для дозиметрии быстрых нейтронов
- •§ 62. Сцинтилляционный метод дозиметрии нейтронов
- •§ 63. Активационный метод дозиметрии нейтронов
- •§ 64. Трековые дозиметрические детекторы
- •§ 65. Другие методы дозиметрии нейтронов
- •§ 66. Особенности дозиметрии высокоинтенсивных потоков ионизирующего излучения
- •§ 67. Жидкостные ионизационные камеры
- •§ 68. Ионизационные камеры без внешнего источника напряжения
- •§ 69. Детекторы прямой зарядки (радиационные элементы)
- •§ 70. Твердотельный комптоновский дозиметр
- •§ 71. Применение электретов в дозиметрии
- •§ 72. Тепловое действие ионизирующего излучения
- •§ 73. Одиночный калориметр
- •§ 74. Квазиадиабатическии режим калориметра
- •§ 75. Дифференциальная калориметрическая система
- •§ ٢6. Особенности дозиметрии высокоэнергетического фотонного излучения
- •§ 78. Квантометр
- •§ 79. Метод разности пар ،метод тонких конверторов؛
- •§ 80. Дозиметрия ускоренных заряженных частиц
- •Глава 12
- •§ 81. Общие замечания
- •§ 82. Лпэспектры
- •§ 83. Формирование лпспектров. Средние значения
- •§ 84. Распределение длины пути в сферической полости
- •§ 85. Связь лпэ-распределения с амплитудным спектром
- •§ 86. Метод линейной суперпозиции показаний нескольких детекторов
- •§ 87. Структура ионизации в конденсированных средах
- •§ 88. Основные положения теории неравномерной ионизации
- •§ 89. Рекомбинационный метод
- •§ 90. Предмет микродозиметрии
- •§ 91. Статистическая природа первичной передачи энергии
- •§ 93. Микродозиметрические величины и функции их распределения
- •§ 94. Экспериментальные методы микродозиметрии
- •§ 95. Прикладное значение микродозиметрии
- •§ 96. Пути поступления радионуклидов внутрь организма
- •§ 97. Образование и свойства радиоактивных аэрозолей
- •§ 98. ٥С٥бенн٥сти биологического, действия радиоактивных -аэрозолей
- •§ 100. Формирование дозы излучения инкорпорированных радионуклидов
- •§ 101. Кинетика формирования дозы
- •§ 1٠3. Кинетика продуктов, распада радона на фильтре
- •§ 104. Метод скрытой энергии
- •§ 105. Дозовая функция очечного источника ?-частиц
- •§ 106. Теорема обратимости дозы
- •§ 107. Доза от протяженных источников
- •Глава 15
- •§ 108. Общие замечания
- •§ 109. Расчетные методы дозиметрии р-излучения
- •Элементы метрологии в области ионизирующих излучений и радиоактивности
- •Оптимизация приборной погрешности по экономическому
- •В чем проблема!
- •Два класса дозиметрических величин
- •Переводные коэффициенты
- •Концепция универсальной дозы
- •Представительные фантомно-зависимые величины
- •٥О о 0 0 ٠١0 105 106 107 Энергия, эВ
- •1. Поле ионизирующего излучения
- •2. Доза излучения
- •Глава 3. Физические основы дозиметрии фотонного излучения ٠
- •Г л а в а 8. Фотографический и химический методы дозиметрии фотонно го излучения
- •§ 89. Рекомбинационный метод
- •13. Микродозиметрия
- •Глава 15. Дозиметрия потоков заряженных частиц
- •§ 108. Общие замечания . . ...٠٠٠
- •§ 109. Расчетные методы дозиметрии р-излучения ,
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ДЕТЕКТОРЫ
Применение
полупроводников в качестве дозиметрических
детекторов основано на их способности
регистрировать ионизирующие частицы.
В природе имеется огромное количество
соединений, минералов и чистых элементов,
которые относятся к классу полупроводников,
но лишь немногие из них нашли применение
для регистрации ионизирующих излучений.
Общим
признаком полупроводников является
значение их электрической проводимости,
которое занимает промежуточное место
между электрической проводимостью
диэлектриков и проводников. Диапазон
значений удельной электрической
проводимости полупроводников лежит
в пределах 104—10-1٥
Ом
•см-1,
в то время как к диэлектрикам относят
вещества с удельной электрической
проводимостью менее 10-1٠
Ом-1
•см-1,
металлы (проводники) имеют удельную
электрическую проводимость в пределах
106—104
Ом-1
•см-1.
С точки зрения зонной теории
полупроводниковыми свойствами
обладают такие вещества, ширина
запрещенной зоны которых не превышает
2—3 эВ. У диэлектриков запрещенная
зона значительно шире, у металлов она
практически отсутствует.
Полупроводник
в качестве счетчика элементарных частиц
выступает как аналог импульсной
ионизационной камеры, но в основе
работы счетчика лежит ионизация атомов
твердого тела. По сравнению с газовыми
ионизационными детекторами
полупроводниковые счетчики имеют
особенности, которые определяют их
преимущества и недостатки и возможность
использования для дозиметрии.
Результатом
ионизации в полупроводнике является
появление свободных электронов в зоне
проводимости и дырок в валентной зоне.
Ширина запрещенной зоны не превосходит
нескольких электрон-вольт, поэтому
и энергия, необходимая для образования
пары электрон — дырка, является
величиной того же порядка. Это одна из
особенностей, отличающих их от газовых
ионизационных камер, где средняя энергия
образования одной пары ионов составляет
десятки электрон-вольт (для воздуха 34
эВ). Таким образом, в расчете на
одинаковую поглощенную энергию в
полупроводниковом детекторе
образуется примерно на порядок больше
носителей электрических зарядов, чем
в чувствительном объеме ионизационной
камеры. Плотность вещества полупроводникового
детектора на несколько порядков
(примерно 103)
выше плотности газа в обычной ионизационной
камере, поэтому и поглощенная энергия
(в расчете на одинаковую плотность
потока излучения) в полупроводниковом
детекторе на несколько порядков больше,
чем в газовом.
100Глава 5
§ 30. Особенности полупроводниковых детекторов
Таким
образом, в одном и том же поле излучения
ионизационный эффект в полупроводниковом
детекторе будет на несколько порядков
выше, чем в ионизационной камере. Это
определяет их главное преимущество:
высокая чувствительность при малых
размерах.
Другая
важная особенность полупроводниковых
детекторов по сравнению с газовыми —
высокая подвижность носителей заряда.
Например, в кремнии при комнатной
температуре подвижность отрицательных
носителей (электронов) равна 1300 см2/(В٠с),
а положительных (дырок)—500 см2/(В٠с).
Для сравнения напомним, что подвижность
ионов в воздухе при нормальных условиях
около 1 см2/(В٠с).
Высокая подвижность носителей зарядов
определяет малое время собирания
электрических зарядов на электроды и
как следствие большую разрешающую
способность детектора при счетно-импульсном
режиме работы (временное разрешение).
Малое
время собирания существенно снижает
вероятность рекомбинации «положительных
и отрицательных зарядов.
В расчете на
одннаков١٣ю
напряженность электрического поля
эффект рекомбинации в полупроводниковом
детекторе пренебрежимо мал по
сравнению с газовыми
камерами. Кроме того, большая подвижность
носителей зарядов при прочих равных
условиях обеспечивает больший
ионизационный ток. В расчете на одинаковый
ионизационный эффект полупроводниковый
детектор требует на несколько
порядков меньшего электрического
напряжения, чем газовый. В этом еще
одно преимущество полупроводников.
Сравнительно
малая ширина запрещенной зоны
обусловливает появление свободных
электрических зарядов в результате
флюктуаций энергии теплового
движения. Это приводит к тому, что
сравнительно высокая «фоновая»
проводимость полупроводника существенно
зависит от температуры. Здесь мы имеем
дело с одной из наиболее серьезных
трудностей при использовании полупровод،
ников
в качестве дозиметрических детекторов.
Высокий темновой ток в некоторых случаях
не позволяет применять полупроводники
в качестве детекторов.
Рассмотрим
подробнее вопрос о флюктуациях фонового
тока при импульсном режиме работы
полупроводникового детектора. Пусть
собственное сопротивление полупроводника
будет /?, тогда при напряжении и
фоновый ток 1=и!Я.
Предположим, что в детектор попала
ионизирующая частица, которая образовала
N
электрических
зарядов. Под действием электрического
поля эти заряды собираются на электроды
за время собирания т. Но за это же время
на электроды соберутся заряды фонового
тока. Пусть число фоновых зарядов,
попавших на электроды за время т, будет
Л٢ф.
Тогда
(30.1)
,т/е=
и%!еЯ؛=٨٢Ф
где
е
—
элементарный заряд.
101
|
Надо
сравнить число полезных отсчетов N
с флюктуациями фона. Среднее
квадратическое отклонение фона равно
У^
= уи^ёй.
Очевидно,
измерения можно производить только
в том случае, если полезный сигнал
превосходит флюктуации фона. Введем
величину
Я
= ٨٧٦١ (30.2)
Подставив
сюда значение ٨٨ф
из формулы (30.1), получим следующую
формулу для отношения сигнал — фон:
Л
= (30.3)
Из
формулы (30.3) следует, что при наличии
фонового тока условия регистрации
сильноионизирующих частиц (большое
значение Л٢)
лучше, чем слабоионизирующих. Сравним
это с условиями работы ионизационной
ка؛меры.
Там темновой ток, обусловленный
собственной проводимостью газа,
пренебрежимо мал٠٠
Однако
из- за эффекта рекомбинации более
благоприятные условия измерения
для обеспечения режима насыщения
наблюдаются ،при
измерении слабоионизирующих
частиц.
Наличие
флюктуаций темнового тока требует
достаточно высокого электрического
сопротивления полупроводника.
Согласно оценкам, для удовлетворительного
измерения, например, а-излу- чения
детектором толщиной 0,1 см при площади
поперечного сечения 0,1 см2
удельное сопротивление полупроводника
должно быть больше 105
О؛м٠см.
Однако чистые кристаллы важных в
практическом отношении полупроводников
имеют значительно
Таблица
4. Характеристика полупроводниковых
материалов |
Ширина запре- !Ценной зоны при 300 К» эВ |
1 ЯП |
1 Атомный номер |
Подвижность при 300 К, см٥/(В٠с) |
Время жизни, с |
|||
|
электронов |
дырок |
электронов в полупро- воднике ^-типа |
дырок в полупроводнике п-типа |
|||||
|
Кремний |
1,08 |
3,6 |
14 |
1500 |
500 |
3-10-3 |
З-10-з |
|
|
Германий |
0,67 |
2,94 |
32 |
3800 |
1800 |
10-3 |
Ю-з |
|
|
Алмаз |
١6 |
10 |
6 |
1800 |
1200 |
— |
— |
|
|
Селенид кадмия |
1,7 |
— |
48,34 |
200 |
— |
10-3—10-3 |
|
|
|
Сульфид кадмия |
2,4 |
7,3 |
48,16 |
300 |
10 |
0-8 |
|
|
|
Теллурид кадмия |
1,5 |
- |
48,52 |
١100 |
00 |
4.10-3 |
>10-3 |
|
|
Фо٠д галлия |
2,25 |
- |
31,15 |
140 |
150 |
10-8 |
10-8 |
|
|
Арсенид галлия |
1,43 |
6,3 |
31,33 |
8500 |
420 |
10-’ |
10~7 |
|
|
Сурьмид галлия |
0,67 |
— |
31,51 |
4000 |
1400 |
- 10-8 |
8~١10 |
|
|
Фосфид индия |
1,25 |
|
49,15 |
4800 |
150 |
- |
— |
|
|
Арсенид индия |
0,4 |
— |
49,33 |
20 000 |
240 |
|
|
|
|
Сурьмид индия |
9,17 |
0,6 |
49,51 |
78 000 |
750 |
~10 ’ |
١ю 7 |
|
|
Сульфид свинца |
0,37 |
٠ |
82,16 |
400 |
600 |
2-10-” |
|
|
102