BÁO cáo môn học cảm BIẾN đo LƯỜNG và điều KHIỂN đề tài máy đo bức xạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO MÔN HỌC CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: MÁY ĐO BỨC XẠ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Xuân Hiền Bộ môn: Vật liệu điện tử Viện: Vật lý kỹ thuật Sinh viên: Phan Thị Ánh MSSV: 20185649 HÀ NỘI, 2021 CHƯƠNG 15: MÁY ĐO BỨC XẠ Hình 3.41 cho thấy phổ sóng điện từ Ở phía bên trái nó, có vùng xạ gamma Sau đó, có tia X mà tùy thuộc vào bước sóng chia thành tia cứng, mềm siêu mềm.Tuy nhiên, xạ tự phát từ vật chất không thiết phải điện từ: có gọi xạ hạt nhân, phát xạ hạt từ hạt nhân nguyên tử Phân rã tự phát có hai loại: hạt mang điện (các hạt ,  , hạt proton) hạt khơng tích điện neutron Một số hạt phức tạp hạt  , hạt nhân nguyên tử heli bao gồm hai nơtron, hạt khác thường đơn giản hơn, hạt  electron positron Các xạ ion hóa đặt tên chúng qua phương tiện khác hấp thụ lượng chúng, ion, photon gốc tự tạo Một số nguyên tố tự nhiên không ổn định phân hủy từ từ cách vứt bỏ phần hạt nhân chúng Đây gọi tượng phóng xạ Nó phát vào năm 1896 Henry Becquerel nghiên cứu vật liệu phát quang Những vật liệu phát sáng bóng tối sau tiếp xúc với ánh sáng, ông nghĩ phát sáng tạo ống tia âm cực tia X kết nối với phát quang Ông bọc ảnh giấy đen đặt nhiều khoáng chất phát quang lên Tất kết âm tính sử dụng muối uranium (Z = 92) Kết với hợp chất mảng đen sâu Những xạ gọi tia Becquerel Bên cạnh phóng xạ tự nhiên, có nhiều hạt nhân nhân tạo có tính phóng xạ Nguồn xạ khác khơng gian mà trái đất liên tục bị bắn phá hạt Bất kể nguồn hay tuổi chất phóng xạ, chúng phân rã theo định luật toán học Định luật phát biểu theo số N hạt nhân chưa phân hủy dN số hạt nhân bị phân rã khoảng thời gian nhỏ dt Thực nghiệm chứng minh : dN   Ndt (15.1) Trong  số phân rã đặc trưng cho chất định, từ (15.1), định nghĩa phần hạt nhân phân rã đơn vị thời gian dN    N dt (15.2) Đơn vị SI độ phóng xạ becquerel (Bq), hoạt độ hạt nhân phóng xạ phân rã với tốc độ chuyển đổi tự phát giây Do đó, becquerel biểu thị đơn vị thời gian: Bq = s -1 Để chuyển đổi sang đơn vị cũ, Curie, becquerel phải nhân với 3,7 x 1010(Bảng A.4) Liều hấp thụ đo màu xám (Gy) Màu xám liều hấp thụ lượng đơn vị khối lượng truyền cho vật chất xạ ion hóa J/kg Tức Gy = J/kg Khi cần đo độ phơi nhiễm với tia X tia y, liều lượng xạ ion hóa biểu thị coulombs kg, tiếp xúc dẫn đến việc tạo C điện tích kg khơng khí khơ Trong SI, đơn vị C/kg thay cho đơn vị cũ Ronghen Chức máy dò xạ phụ thuộc vào cách thức mà xạ tương tác với vật liệu máy dị Ví dụ, có nhiều văn xuất sắc chủ đề phát phóng xạ Có bốn loại máy dị xạ chung: máy dị ánh sáng, máy dị khí, máy dị chất lỏng máy dò bán dẫn nữa, tất máy dị chia thành hai nhóm theo chức chúng: máy dò va chạm máy dò lượng Máy dò va chạm đơn phát diện hạt phóng xạ, máy dị lượng đo lượng xạ Nghĩa là, tất máy dò định lượng định tính 15.1 Đầu đo nhấp nháy Nguyên tắc hoạt động máy dò dựa khả chuyển đổi xạ hạt nhân thành ánh sáng số vật liệu định Do đó, máy dị photon quang học kết hợp với vật liệu soi tạo thành máy dò xạ Tuy nhiên, cần lưu ý hiệu suất chuyển đổi cao, cường độ ánh sáng xạ gây nhỏ Điều địi hỏi khuếch đại quang để phóng đại tín hiệu đến mức phát Vật liệu soi sáng lý tưởng phải có đặc tính sau: Nó phải chuyển đổi động hạt mang điện thành ánh sáng phát với hiệu suất cao Việc chuyển đổi phải tuyến tính Có nghĩa ánh sáng tạo phải tương xứng với lượng đầu vào dải động rộng Thời gian sau phát quang (thời gian phân rã ánh sáng) phải ngắn phép phát nhanh Thời hạn tái phân tách vật liệu phải gần với thời hạn cho phép Chỉ số khúc xạ vật liệu phải gần với số thủy tinh phép ánh sáng ghép nối quang học hiệu với ống nhân quang Các chất soi sáng sử dụng rộng rãi bao gồm tinh thể halogenua kiềm vô (trong natri iốt chất ưa thích) chất lỏng nhựa có nguồn gốc hữu Các sinh vật vơ chức nhạy cảm hơn, nói chung chậm, sinh vật hữu nhanh hơn, mang lại ánh sáng Một hạn chế lớn đếm ánh sáng khả phân giải lượng tương đối Chuỗi kiện dẫn đến việc phát bao gồm nhiều bước khơng hiệu Do đó, lượng cần thiết để tạo hạt mang thông tin (một quang điện tử) từ 1.000 eV trở lên, số hạt mang tạo tương tác xạ điển hình thường khơng q vài nghìn Ví dụ, độ phân giải lượng đèn soi iốt natri giới hạn khoảng 6% phát tia Y 0,662 MeV phần lớn xác định dao động thống kê quang điện tử Cách biết để giảm giới hạn thống kê độ phân giải lượng tăng số lượng sóng mang thơng tin xung Điều thực nhờ công cụ phát bán dẫn mô tả đoạn sau Một cách xếp đơn giản chung cảm biến soi chiếu thể Hình 15.1 kết hợp với nhân quang Ống soi gắn vào đầu trước ống nhân quang (PM) Mặt trước chứa photocathode trì điện mặt đất Có số lượng lớn đặc biệt gọi dynodes đặt bên ống PM theo kiểu xen kẽ, gợi nhớ đến hình dạng “venetian blind.” Hình 15.1: Cấu tạo chung cảm biến soi chiếu kết hợp với nhân quang Mỗi dynode gắn với nguồn điện áp dương theo cách mà dynode xa photocathode điện dương cao Thành phần cuối ống cực dương, có điện dương cao nhất, đơi mức vài nghìn vơn Tất thành phần PM bao bọc ống chân không thủy tinh chứa số phần tử bổ sung điện cực hội tụ, chắn, v.v Mặc dù PM gọi nhân quang, thực tế, hệ số nhân electron, khơng có photon, có electron bên ống PM q trình hoạt động Đối với hình minh họa, giả sử hạt tia y có động 0,5 MeV (megaelectron vơn) Nó lắng đọng tinh thể thiêu kết dẫn đến số photon giải phóng Trong natri iốt hoạt hóa thallium, hiệu suất soi sáng khoảng 13%; đó, tổng số 0,5 x 0,13 chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy với lượng trung bình eV Do đó, khoảng 15.000 photon chiếu sáng tạo xung gamma Con số nhỏ để phát tách sóng quang thơng thường; đó, cần phải có hiệu ứng nhân trước trình phát thực diễn Trong số 15.000 photon, có lẽ khoảng 10.000 tới photocathode, có hiệu suất lượng tử khoảng 20% Tế bào quang điện có nhiệm vụ chuyển đổi photon ánh sáng tới thành electron lượng thấp Do đó, photocathode tạo khoảng 2.000 điện tử xung Ống PM thiết bị tuyến tính, tức là, độ lợi gần khơng phụ thuộc vào số electron nhân lên Vì tất dynode điện dương (V đến V10), điện tử giải phóng từ photocathode bị hút vào dynode đầu tiên, giải phóng số electron lượng thấp va chạm với bề mặt Do đó, hiệu ứng nhân lên diễn dynode Các điện tử dẫn hướng dễ dàng trường tĩnh điện từ dynode thứ đến thứ hai Chúng công dynode thứ hai tạo nhiều điện tử di chuyển đến dynode thứ ba, v.v Quá trình dẫn đến số lượng điện tử có sẵn ngày tăng (hiệu ứng tuyết lở) Khả nhân lên tổng thể ống PM theo thứ tự 10 Kết là, khoảng x 109điện tử có sẵn cực dương điện áp cao (Va) để tạo dòng điện Đây dịng điện mạnh dễ dàng xử lý mạch điện tử Độ lợi ống PM định nghĩa = 0,065 MeV 65 keV lượng G   N (15.3) N số dynode,  phần electron thu ống PM,  hiệu suất vật liệu dynode, tức số electron giải phóng va chạm Giá trị nằm khoảng từ đến 55 dynode suất cao Độ lợi nhạy cảm với điện áp cao đặt vào,  gần hàm tuyến tính điện áp vịng dây Thiết kế quang gọi nhân quang kênh CPM để sử dụng thời gian ngắn Đó phát triển ống nhân quang cổ điển PM Công nghệ CPM đại bảo tồn ưu điểm PM cổ điển tránh nhược điểm Hình 15.2a cho thấy mặt có photocathode, cấu trúc khuếch đại kênh uốn cong cực dương Giống PM Hình 15.1, photon CPM chuyển đổi bên photocathode thành quang điện tử phát ion hóa gia tốc Hình 15.2 Bộ nhân quang kênh: Hình chiếu cắt ngang (a) hình chiếu bên với bao bọc vỏ bên trái khơng có vỏ bọc bên phải (b) Thay cấu trúc dynode phức tạp, có kênh bán dẫn mỏng, bị uốn cong, mà điện tử phải qua Mỗi điện tử đập vào thành kênh, điện tử thứ cấp phát từ bề mặt Tại vụ va chạm, có nhân lên electron thứ cấp, dẫn đến hiệu ứng tuyết lở Cuối cùng, phép nhân electron từ 109 trở lên thu Dịng điện kết đọc cực dương Máy dị CPM làm vật liệu bao bọc chắn so sánh với PM mỏng manh Rối loạn từ trường nhỏ khơng đáng kể Hình 15.2(a) cho thấy hình ảnh CPM Một ưu điểm quan trọng cơng nghệ CPM độ nhiễu tín hiệu xung quanh thấp Thuật ngữ độ nhiễu đề cập đến tín hiệu đầu đo trường hợp khơng có ánh sáng tới Với PM cổ điển, độ nhiễu bắt nguồn từ cấu trúc dynode nói chung phần khơng đáng kể tổng Do đó, nguồn hiệu cho CPM tạo từ phát xạ nhiệt photocathode Vì CPM sản xuất theo cấu trúc kênh bán dẫn ngun khối, khơng có hiệu ứng tích điện xảy PM cổ điển có bóng đèn thủy tinh cách ly Do đó, điều kiện ổn định quan sát Không xảy cố đột ngột Ngồi ra, khơng có nhiễu dynode, thực tách biệt rõ ràng kiện tạo từ quang điện tử nhiễu điện tử Điều dẫn đến tính ổn định cao tín hiệu theo thời gian 15.2 Máy dị ion hóa Các máy dò dựa vào khả số vật liệu thể khí rắn để tạo cặp ion phản ứng với xạ ion hóa Sau đó, ion dương âm tách trường tĩnh điện đo Quá trình ion hóa xảy hạt mang điện truyền với vận tốc lớn qua nguyên tử tạo lực điện từ đủ, dẫn đến phân tách electron, tạo ion Đáng ý, hạt tạo nhiều cặp ion trước lượng bị tiêu hao Các hạt khơng tích điện (như neutron) tạo cặp ion va chạm với hạt nhân 15.2.1 Buồng ion hóa Các máy dị xạ loại lâu đời sử dụng rộng rãi Hạt ion hóa gây ion hóa kích thích phân tử khí dọc theo đường Tối thiểu, hạt phải truyền lượng lượng lượng ion hóa phân tử khí để q trình ion hóa xảy Trong hầu hết khí quan tâm để phát xạ, lượng ion hóa lớp vỏ electron liên kết chặt chẽ từ 10 đến 20 eV[2] Tuy nhiên, có chế khác mà hạt tới lượng khơng tạo ion, ví dụ, di chuyển electron khí lên mức lượng cao mà khơng cần loại bỏ Do đó, lượng trung bình bị hạt cặp ion hình thành (gọi giá trị W) ln lớn lượng ion hóa Bảng 15.1: Giá trị W loại khí khác Khi có điện trường, dịch chuyển điện tích dương âm biểu diễn electron cuối ion tạo thành dịng điện Trong thể tích khí định, tốc độ hình thành cặp ion constat Đối với thể tích nhỏ nào, tốc độ hình thành cân xác tốc độ mà cặp ion, khí bị khỏi thể tích, thơng qua tái tổ hợp, khuếch tán di chuyển khỏi thể tích Nếu tái kết hợp khơng đáng kể tất điện tích thu cách hiệu quả, dịng điện trạng thái ổn định tạo thước đo xác tốc độ hình thành cặp ion Hình 15.3a minh họa cấu trúc buồng ion hóa đặc tính dịng điện / điện áp nơi sản xuất điện Một thể tích khí bao bọc điện cực, tạo điện trường Một đồng hồ đo cường độ dòng điện mắc nối tiếp với nguồn hiệu điện E điện cực Khơng có dẫn điện khơng có dịng điện điều kiện khơng ion hóa Bức xạ tới tạo ra, chất khí, ion dương ion dương bị điện trường kéo phía điện cực tương ứng tạo thành dịng điện Hình 15.3 Sơ đồ đơn giản buồng ion hóa (a) ký tự dịng điện so với điện áp (b) Hình 15.3 Các phần tử buồng iơn hóa đặc trưng điện áp-dòng điện tương ứng Ở điện áp tương đối thấp, tốc độ tái kết hợp ion mạnh dòng điện đầu tỷ lệ với điện áp đặt vào, điện áp cao làm giảm số lượng ion tái kết hợp Một điện áp đủ mạnh triệt tiêu hoàn toàn tất tái kết hợp cách kéo tất ion có sẵn phía điện cực dịng điện trở nên khơng phụ thuộc vào điện áp Tuy nhiên, phụ thuộc vào cường độ chiếu xạ Vùng gọi bão hòa nơi mà buồng ion hóa thường hoạt động 15.2.2 Buồng tỷ lệ Buồng tỷ lệ loại máy dị chứa đầy khí hoạt động chế độ xung dựa tượng nhân khí Đây lý khoang gọi đếm tỷ lệ Các xung đầu mạnh nhiều so với buồng ion thông thường Các đếm thường sử dụng việc phát quang phổ xạ X lượng thấp để phát neutron Trái ngược với buồng ion hóa, đếm tỷ lệ hoạt động điện trường cao hơn, tăng tốc đáng kể điện tử giải phóng q trình va chạm Nếu electron thu đủ lượng, chúng ion hóa phân tử khí trung hịa, tạo cặp ion bổ sung Do đó, q trình thuộc loại tuyết lở dẫn đến gia tăng đáng kể dòng điện cực Tên trình Townsend avalanche Trong đếm tỷ lệ, trình tuyết lở kết thúc electron va chạm với cực dương Vì điện tử phải đạt đến mức ion hóa khí đếm tỷ lệ, nên có điện áp ngưỡng mà sau trình tuyết lở xảy Trong khí điển hình áp suất khí quyển, mức trường ngưỡng theo bậc 10V/m Hình 15.4: Các vùng hoạt động đầu đo chứa khí Biên độ xung vẽ kiện truyền hai lượng lượng khác chất khí Ở hiệu điện thấp, trường không đủ để ngăn cản tái tổ hợp cặp ion Trong mức bão hòa, tất ion bị trôi đến điện cực Điện áp tăng dẫn đến tượng nhân khí Trên số vùng điện trường, khí nhân tuyến tính, điện tích thu tỷ lệ với số cặp ion ban đầu tạo trình va chạm ion hóa Sự gia tăng điện áp đặt vào gây hiệu ứng phi tuyến, liên quan đến ion dương vận tốc chậm chúng 15.2.3 Máy đếm Geiger-Müller Máy đếm Geiger-Müller (GM) phát minh vào năm 1928 sử dụng nhờ tính đơn giản, chi phí thấp dễ vận hành Bộ đếm GM khác với buồng ion khác điện áp đặt vào cao nhiều (xem Hình 15.4) Trong vùng hoạt động GM, biên độ xung đầu không phụ thuộc vào lượng xạ ion hóa hồn tồn hàm điện áp đặt vào Bộ đếm GM thường chế tạo dạng ống với dây anốt trung tâm (Hình 15.5) Hình 15.5: Cấu tạo ống đếm Geiger-Muller Ống chứa đầy khí quý heli argon vịng trịn điền đầy biểu thục đích dập tắt, ngăn chặn việc kích hoạt lại đếm sau phát Việc kích hoạt lại gây nhiều xung thay xung mong muốn Việc dập tắt thực số phương pháp; số số giảm điện áp cao thời gian ngắn đặt vào ống, sử dụng điện trở trở kháng cao mắc nối tiếp với cực dương thêm khí dập tắt nồng độ 5-10% Nhiều phân tử hữu đặc trưng để phục vụ khí dập tắt Trong số này, rượu etylic etyl fomat chứng minh phổ biến Trong trận tuyết lở điển hình tạo electron ban đầu nhất, ion thứ cấp tạo Ngoài chúng, nhiều phân tử khí bị kích thích hình thành Trong vịng vài nano giây, phân tử bị kích thích trở lại trạng thái ban đầu thông qua phát xạ lượng dạng photon cực tím (UV) Những photon đóng vai trị quan trọng chuỗi phản ứng xảy đếm GM Khi photon UV tương tác cách hấp thụ quang điện số vùng khác bề mặt catốt, điện tử giải phóng, sau di chuyển phía anốt kích hoạt trận tuyết lở khác Trong phóng điện Geiger, lan truyền nhanh chóng phản ứng dây chuyền dẫn đến nhiều tuyết lở bắt đầu vị trí xuyên tâm dọc trục ngẫu nhiên tồn ống Do đó, ion thứ cấp hình thành khắp vùng nhân hình trụ bao quanh dây anốt Do đó, phóng điện tăng lên bao bọc tồn dây anốt, vị trí mà kiện khởi đầu xảy Tuy nhiên, lưu lượng Geiger đạt đến mức định, tác động chung tất vụ lở tuyết riêng lẻ phát huy tác dụng cuối chấm dứt phản ứng dây chuyền Điểm phụ thuộc vào số lượng tuyết lở không phụ thuộc vào lượng hạt khởi đầu Do đó, xung dịng GM ln có biên độ, điều làm cho đếm GM báo chiếu xạ, tất thơng tin lượng ion hóa bị Trong đếm GM, hạt có lượng đủ tạo khoảng 10 hạt có khí thích hợp, đếm GM, hạt đơn có lượng đủ tạo khoảng 10 đến 10 cặp ion Bởi cặp ion đơn hình thành khí đếm GM Máy dị xạ kích hoạt phóng điện Geiger đầy đủ, hiệu suất đếm cho hạt tích điện vào ống 100% Tuy nhiên, đếm GM sử dụng để đếm neutron hiệu suất đếm thấp Hiệu suất đếm GM tia y cao ống xây dựng thành catốt vật liệu Z cao Ví dụ, catốt bismut (Z = 83) sử dụng rộng rãi để phát y với khí có số nguyên tử cao, chẳng hạn xenon krypton, mang lại hiệu suất đếm lên đến 100% cho lượng photon khoảng 10 keV Một cải tiến đếm GM gọi buồng dây chứa nhiều dây song song, xếp mạng lưới Một điện áp cao đặt vào dây dẫn có vỏ kim loại điện đất Như máy đếm GM, hạt để lại dấu vết ion electron, chúng trơi phía vỏ dây gần nhất, tương ứng Bằng cách đánh dấu dây có dịng điện xung, người ta thấy đường hạt 15.2.4 Máy dò bán dẫn Độ phân giải lượng tốt máy dị xạ đại đạt vật liệu bán dẫn, nơi xảy số lượng lớn hạt mang kiện xạ tới định Trong vật liệu này, hạt mang thông tin cặp lỗ trống điện tử tạo dọc theo đường hạt mang điện qua máy dò Hạt mang điện xạ sơ cấp hạt thứ cấp Các cặp electron-lỗ trống số khía cạnh tương tự cặp ion tạo detector chứa đầy khí Khi đặt điện trường lên vật liệu bán dẫn, hạt tải điện tạo tạo thành dịng điện đo Các máy dị hoạt động nguyên tắc gọi máy dò diode bán dẫn trạng thái rắn Nguyên tắc hoạt động máy dò xạ giống nguyên tắc hoạt động máy dò ánh sáng bán dẫn Nó dựa chuyển đổi electron từ mức lượng sang mức lượng khác chúng tăng lượng Đối với phần giới thiệu cấu trúc dải lượng chất rắn, bạn đọc nên tham khảo Sect 14.1 Khi hạt mang điện qua chất bán dẫn có cấu trúc dải Hình 14.1, ảnh hưởng đáng kể tổng thể tạo nhiều cặp lỗ trống điện tử dọc theo đường hạt Quá trình sản xuất trực tiếp gián tiếp, hạt tạo điện tử lượng cao (hoặc tia A), sau lượng chúng để tạo nhiều cặp điện tử-lỗ trống Bất kể chế thực tế liên quan đến chế nào, điều quan tâm chủ đề lượng trung bình mà hạt mang điện sơ cấp tiêu thụ tạo cặp electron-lỗ trống Đại lượng thường gọi "năng lượng ion hóa" Ưu điểm máy dị bán dẫn nằm mức độ nhỏ lượng ion hóa Giá trị silicon germani khoảng eV, so với 30 eV cần thiết để tạo cặp ion máy dò đầy khí điển hình Do đó, số lượng hạt mang điện lớn khoảng mười lần máy dò trạng thái rắn lượng định xạ đo Để chế tạo máy dò trạng thái rắn, phải có hai tiếp điểm vật liệu bán dẫn Để phát hiện, tiếp điểm kết nối với nguồn điện áp, cho phép di chuyển sóng mang Tuy nhiên, việc sử dụng Ge Si đồng hồn tồn khơng thực tế Nguyên nhân dòng điện rò rỉ cao gây điện trở suất tương đối thấp vật liệu (50 k2 cm silicon) Điện áp bên ngồi, đặt vào cực máy dị gây dịng điện có cường độ lớn dòng điện cảm ứng xạ từ 3-5 bậc phút Do đó, đầu báo chế tạo với nút chặn, phân cực ngược để giảm đáng kể dòng điện rò rỉ Trên thực tế, máy dò điốt bán dẫn, dễ dẫn điện (có điện trở suất thấp) cực dương (phía p đường giao nhau) kết nối với cực dương nguồn điện áp cực âm (phía n đường giao nhau) để tiêu cực Diode dẫn điện (nó có điện trở suất cao) kết nối bị đảo ngược; đó, tên gọi xu hướng đảo ngược ngụ ý Nếu điện áp phân cực ngược tạo lớn, vượt giới hạn quy định nhà sản xuất, dịng điện rị ngược đột ngột tăng (hiệu ứng đánh thủng), thường dẫn đến suy giảm nghiêm trọng đặc tính phát phá hủy thiết bị Một số cấu hình điốt silicon sản xuất Một số số chúng điốt tiếp giáp khuếch tán, điốt rào cản bề mặt, máy dị cấy ion, máy dị lớp biểu mơ loại khác Bộ phát lớp tiếp giáp khuếch tán hàng rào bề mặt ứng dụng rộng rãi để phát hạt xạ tầm ngắn khác Một máy dò xạ trạng thái rắn tốt phải có đặc tính sau: Vận chuyển điện tích tuyệt vời Tính tuyến tính lượng xạ tới số cặp lỗ trống điện tử Khơng có điện tích tự (dòng điện rò rỉ thấp) Sản xuất số lượng cặp electron-lỗ trống tối đa đơn vị xạ Hiệu suất phát cao Tốc độ phản hồi nhanh Khu vực thu thập lớn Chi phí thấp Khi sử dụng máy dị bán dẫn, số yếu tố cần ý nghiêm túc Trong số có lớp băng chết máy dò khả gây hại xạ Nếu hạt mang điện nặng xạ xuyên thấu yếu khác vào máy dị, bị lượng đáng kể trước hạt đạt đến thể tích hoạt động chất bán dẫn Năng lượng bị điện cực kim loại phần thân silicon tương đối dày bên điện cực Người sử dụng phải đo độ dày trực tiếp mong muốn độ bù xác Kỹ thuật đơn giản sử dụng thường xuyên thay đổi góc tới xạ hạt đơn năng, tích điện [2] Khi góc tới (tức vng góc với bề mặt máy dị), tổn thất lượng lớp chết cho : E0 dE0 (15.4)  dx t t độ dày lớp chết Năng lượng góc tới O E  E (15.5) 0 cos Do đó, khác biệt độ cao xung đo góc tới O cho :   1  (15.6) E'   E0  E0   E0  E()  E0   cos  Nếu chuỗi phép đo thực góc tới thay đổi, đồ thị E’ hàm 1 cos  1 đường thẳng có hệ số góc E0 Sử dụng liệu dạng bảng cho dEo / dr cho xạ tới, độ dày lớp chết tính từ (15.4) Bất kỳ việc sử dụng q nhiều máy dị dẫn đến số thiệt hại cho mạng tinh thể cấu trúc tinh thể, ảnh hưởng gián đoạn xạ đo qua tinh thể Những tác động có xu hướng tương đối nhỏ xạ ion hóa nhẹ (hạt  tia  ) trở nên lớn điều kiện sử dụng điển hình hạt nặng Ví dụ, tiếp xúc lâu dài máy dò hàng rào bề mặt silicon với mảnh nhiệt hạch dẫn đến gia tăng dịng rị đo mát đáng kể phân giải lượng máy dò Với tác hại xạ cực lớn, nhiều đỉnh xuất phổ độ cao xung ghi lại cho hạt đơn Điốt tiếp giáp khuếch tán đề cập trước điốt rào cản bề mặt khơng hồn tồn thích hợp để phát xạ xuyên qua Hạn chế thể tích hoạt động nông cảm biến này, vượt q 2-3 mm Ví dụ, điều không đủ quang phổ tia  Một phương pháp thực tế để chế tạo máy dò tìm xạ xuyên thấu gọi q trình trơi ion Phương pháp bao gồm việc tạo vùng dày với số lượng tạp chất cho cân bằng, chúng bổ sung đặc tính p n cho vật liệu Trong điều kiện lý tưởng, cân hoàn hảo, vật liệu dạng khối giống chất bán dẫn tinh khiết (nội tại) mà khơng có hai đặc tính Tuy nhiên, thực tế, cân pn hồn hảo khơng đạt Trong Si Ge, vật liệu tinh khiết có độ tinh khiết cao có xu hướng thuộc loại p Để đạt bù đắp mong muốn, nguyên tử cho phải thêm vào Nhà tài trợ bồi thường thiết thực lithium Quá trình chế tạo liên quan đến khuếch tán liti qua tinh thể p để chất cho lithium đông nhiều so với chất nhận ban đầu, tạo vùng loại n gần bề mặt tiếp xúc Sau đó, nhiệt độ tăng lên đường giao bị phân cực ngược Điều dẫn đến việc nhà tài trợ lithium chậm dần vào loại p cho bù đắp gần hồn hảo tạp chất ban đầu Q trình tới vài tuần Để trì cân đạt được, detector phải trì nhiệt độ thấp: 77K detector germani Silicon có độ linh động ion thấp; đó, máy dị bảo quản hoạt động nhiệt độ phòng Tuy nhiên, số nguyên tử thấp silic (Z = 14) so sánh với germani (Z = 32) có nghĩa hiệu suất silic để phát tia  thấp khơng sử dụng rộng rãi quang phổ tia  Hình 15.6 Sơ đồ đơn giản máy dị lithium Nó bao gồm ba vùng mà tinh thể "nội tại" nằm Để tạo máy dị tích hoạt động lớn hơn, hình dạng tạo thành hình trụ (Hình 15.6b), nơi nhận thể tích hoạt động Ge lên đến 150 cm Các máy dị gecmani, lithium-trơi ký hiệu Ge (Li) Bảng 15.2 Phát đặc tính số Vật liệu (nhiệt độ hoạt động tính K) Độ rộng vùng cấm Năng lượng (eV) cặp vật liệu bán dẫn lỗ trống điện tử Bất kể phổ biến rộng rãi máy dị silicon germani, chúng khơng phải lý tưởng từ quan điểm định Ví dụ, gecmani phải vận hành nhiệt độ đông lạnh để giảm dòng điện rò rỉ nhiệt tạo ra, silic không hiệu để phát tia y Có số chất bán dẫn khác hữu ích cho việc phát xạ nhiệt độ phịng Một số số cadmium telluride (CdTe), thủy ngân iốt (Hgl) Máy dò xạ gali arsenide (GaAs), bismuth trisulfide (Bi, S3) gallium selenua (GaSe) Các đặc tính hữu ích máy dị xạ số vật liệu bán dẫn cho Bảng 15.2 Có lẽ phổ biến thời điểm viết cadmium Telluride, kết hợp giá trị Z tương đối cao (48 52) với lượng vùng cấm đủ lớn (1,47eV) phép hoạt động nhiệt độ phịng Các tinh thể có độ tinh khiết cao ni cấy từ CdTe để chế tạo máy dị nội Ngồi ra, việc pha tạp clo sử dụng để bù đắp lượng chất chấp nhận dư thừa để làm cho vật liệu thuộc loại gần nội Các máy dị CdTe bán sẵn thị trường có kích thước đường kính từ đến 50 mm hoạt động thường xuyên nhiệt độ lên đến 50°C mà khơng làm tăng q nhiều tiếng ồn Do đó, có hai loại máy dị CdTe có sẵn: loại nội tinh khiết loại pha tạp Loại trước có điện trở suất khối lượng lớn lên đến 1010 cm nhiên, độ phân giải lượng khơng lớn Loại pha tạp có độ phân giải lượng tốt đáng kể, nhiên, điện trở suất thấp ( 108 cm dẫn đến dòng dò cao Bên cạnh đó, máy dị dễ bị phân cực làm giảm đáng kể hiệu suất chúng Trong máy dò trạng thái rắn, đạt hiệu ứng nhân máy dị chứa đầy khí Một chất tương tự máy dò tỷ lệ gọi tuyết lở Máy dị hữu ích cho việc theo dõi xạ lượng thấp Độ lợi máy dò thường nằm khoảng vài trăm Nó đạt cách tạo trường điện bán dẫn mức cao Ngồi ra, PSDS xạ có sẵn mà ngun tắc hoạt động tương tự cảm biến tương tự hoạt động vùng cận hồng ngoại (xem Phần 7.4.6) 15.3 Các buồng tạo đám mây bong bóng Buồng mây, gọi buồng Wilson, sử dụng để phát hạt xạ ion hóa Ở dạng nó, buồng mây mơi trường kín có chứa nước rượu siêu bão hịa, siêu bão hịa (ví dụ, rượu metyl hóa), điểm ngưng tụ Khi hạt alpha hạt beta tương tác với hỗn hợp, ion hóa Các ion tạo thành hoạt động hạt nhân ngưng tụ, xung quanh hình thành sương mù Nói cách khác, nước ngưng tụ thành giọt bị xáo trộn bị ion hóa di chuyển hạt Một đường mòn để lại dọc theo đường hạt, nhiều ion tạo dọc theo đường hạt mang điện Các đường có hình dạng đặc biệt (ví dụ, đường hạt alpha rộng thẳng, đường electron mỏng cho thấy nhiều chứng lệch hướng) Các hát chụp ảnh phân tích Khi đặt từ trường thẳng đứng, hạt tích điện dương âm chuyển động theo hướng ngược Có nhiều loại mây khác Buồng mây phát minh nhà vật lý người Scotland Charles Thomas Rees Wilson (1869-1959) Các thí nghiệm lượng cao máy dò xạ nhiều lý do, số số vấn đề với pha siêu nóng phải sẵn sàng vào thời điểm va chạm xác, điều làm phức tạp việc phát hạt có tuổi thọ ngắn Ngồi ra, khoang bong bóng khơng lớn khơng đủ lớn để phân tích va chạm lượng cao, nơi tất sản phẩm nên chứa bên máy dò Các buồng đám mây giãn nở sử dụng máy bơm chân không để tạo điều kiện thích hợp thời gian ngắn để hình thành vệt, loại khuếch tán sử dụng CO2 rắn (đá khô) để làm mát đáy buồng tạo gradient nhiệt độ nhìn thấy vệt liên tục Buồng bong bóng tương tự buồng đám mây ngoại trừ chất lỏng sử dụng thay Điều thú vị ly sâm panh bia loại buồng bong bóng, nơi bong bóng nhỏ hình thành kích hoạt xạ ion hóa từ mơi trường khơng gian bên ngồi Đối với thí nghiệm vật lý, buồng bong bóng lấp đầy chất lỏng thô lạnh nhiều, chẳng hạn hydro lỏng Nó sử dụng để phát hạt mang điện di chuyển qua Buồng bong bóng thường tạo cách làm đầy hình trụ lớn (Hình 15.7) Hình 15.7: Buồng bong bóng hydro lỏng làm nóng đến điểm sơi Khi hạt vào buồng, piston đột ngột giảm áp suất chất lỏng vào giai đoạn siêu nhiệt Các hạt tích điện tạo rãnh ion hóa, xung quanh chất lỏng bốc hơi, tạo thành bong bóng cực nhỏ Mật độ bong bóng xung quanh đường ray tỷ lệ với mát lượng hạt Bong bóng tăng kích thước khoang nở ra, chúng đủ lớn để nhìn thấy chụp ảnh Một số camera gắn xung quanh nó, cho phép ghi lại hình ảnh ba chiều kiện Các buồng bong bóng có độ phân giải xuống đến vài µm vận hành Một từ trường khơng đổi hình thành xung quanh buồng nam châm điện làm cho hạt mang điện chuyển động theo đường xoắn ốc T mà bán kính chúng xác định tỷ lệ điện tích khối lượng chúng Mặc dù buồng bong bóng thành cơng q khứ, chúng sử dụng  ... Ronghen Chức máy dò xạ phụ thuộc vào cách thức mà xạ tương tác với vật liệu máy dị Ví dụ, có nhiều văn xuất sắc chủ đề phát phóng xạ Có bốn loại máy dò xạ chung: máy dò ánh sáng, máy dị khí, máy dị... chất lỏng máy dị bán dẫn nữa, tất máy dị chia thành hai nhóm theo chức chúng: máy dò va chạm máy dò lượng Máy dò va chạm đơn phát diện hạt phóng xạ, máy dị lượng đo lượng xạ Nghĩa là, tất máy dị...CHƯƠNG 15: MÁY ĐO BỨC XẠ Hình 3.41 cho thấy phổ sóng điện từ Ở phía bên trái nó, có vùng xạ gamma Sau đó, có tia X mà tùy thuộc vào bước sóng chia thành tia cứng, mềm siêu mềm.Tuy nhiên, xạ tự phát