іонів), після чого він буде в змозі зареєструвати нову частинку. У найпростішому варіанті іскровий лічильник являє собою два плоскопараллельних металевих електроди, до яких прикладена різниця потенціалів кілька кВ. Площа електродів - десятки квадратних сантиметрів. Простір між електродами зазвичай заповнений інертним газом. Зазор між електродами може варіюватися в межах 0.1-10 мм. Разрядная іскра строго локалізована. Вона виникає там, де з'являються первинні електрони, і тому вказує місце попадання частинки в лічильник.
Напівпровідникові детектори.
Газонаповнені детектори мають два недоліки. По-перше, щільність газу низька і енергія, що втрачається частинкою в обсязі детектора мала, що не дозволяє ефективно реєструвати високоенергійні і слабоіонізующіе частинки. По-друге, енергія, необхідна для народження пари електрон-іон в газі велика (30-40 еВ), що збільшує відносні флуктуації числа зарядів і погіршує енергетичне дозвіл. Значно більш зручними в цьому плані є детектори з твердотільної робочим середовищем. Найбільшого поширення набули напівпровідникові детектори з кристалів кремнію (щільність 2.3 г/см3) і германію (5.3 г/см3). У напівпровідниковому детекторі певним чином створюється чутлива область, в якій немає вільних носіїв заряду. Потрапивши в цю область, заряджена частка викликає іонізацію, відповідно в зоні провідності з'являються електрони, а у валентній зоні - дірки. Під дією напруги, прикладеної до напиляним на поверхню чутливої ??зони електродів, виникає рух електронів і дірок, формується імпульс струму. До полупроводниковому кристалу прикладається напруга до декількох кВ, що забезпечує збір всіх зарядів, утворених частинкою в обсязі детектора.
Енергія, необхідна для народження однієї пари електрон-дірка в кремнії дорівнює 3.62 еВ при температурі T=300 K і 3.72 еВ при T=80 K, германии вона дорівнює 2.95 еВ при T=80 K. Це при використанні напівпровідникового лічильника в якості спектрометра дозволяє в кілька разів поліпшити енергетичне роздільну здатність порівняно з газонаповненими лічильниками, такими як іонізаційна камера і пропорційний лічильник.
Для реєстрації заряджених частинок використовують кремнієві детектори та детектори з надчистого германію (HpGe). Товщина чутливій області кремнієвих детекторів не перевищує 5 мм, що відповідає пробігу протонів з енергією ~ 30 МеВ і? - Частинок з енергією ~ 120 МеВ. Для германію товщина 5 мм відповідає пробегам протонів і? - Частинок з енергіями ~ 40 МеВ і ~ 160 МеВ відповідно. Більше того, германієві детектори можуть бути виготовлені з набагато більш товстої чутливої ??областю.
Кремнієві детектори часто використовують при кімнатній температурі. Германієвого детектори завжди охолоджують до азотних температур.
Великі переваги дає застосування напівпровідникових детекторів в спектрометрах? - квантів. У цьому випадку застосовуються спеціально вирощені кристали надчистого германію об'ємом до декількох сотень см3. Германій має досить високий атомний номер Z=32 і тому ефективний перетин взаємодії? - Квантів велике (ймовірність фотоефекту пропорційна Z5, Комптон-ефекту - Z, народження пар - Z2). Щоб домогтися найкращого енергетичного дозволу германієві кристали під час експерименту охолоджують до температури рідкого азоту (77о К). Енергетичне дозвіл германієвих детекторів при реєстрації? - Квантів досягає 0.1%, що в десятки разів вище, ніж у сцинтиляційних детекторів. Временнoй дозвіл кращих напівпровідникових детекторів 10-8-10-9 с.
1.5 мікроканальную пластини
Рис. 11 - Конструкція МКП
мікроканальную пластини (МКП) являють собою стільникові структури, утворені великим числом скляних трубок (каналів) діаметром 5-15 мкм з внутрішньої полупроводящей поверхнею, що має опір від 20 до 1000 МОм. Іншими словами МКП являє собою збірку великого (кілька мільйонів) кількості канальних електронних помножувачів. Коли налітав частинка (іон, електрон, фотон і т.п.) потрапляє в канал, з його стінки вибиваються електрони, які прискорюються електричним полем, створеним напругою прикладеним до кінців каналу. Вторинні електрони летять за своїми параболічним траєкторіях, поки не потраплять на стінку, в свою чергу, вибиваючи ще більшу кількість вторинних електронів. Цей процес у міру прольоту уздовж каналу повторюється багато разів і на її виході формується електронна лавина.
Коефіцієнт посилення МКП g визначається співвідношенням
(1)
де G - коефіцієнт вторинної емісії, який залежить від властивостей матеріалу стінок каналу і прикладеної напруги, L і d - довжина і діаметр каналу. Ставлення у стандартних МКП близько 40-80. Коефіцієнт посилення у однокаскадних МКП ~ 104, у двокаскадних (шевронних) ~ 107, у трехкаскадного - до ...
