Детекторы дифрактометров - ЭМТИОН
Детекторы дифрактометров

TONGDA

Линейные и точечные детекторы

Описание Детекторы дифрактометров

 

Стандартная комплектация  дифрактометров TD оснащается высокочувствительными матричными 1D детекторами Mythen. В дифрактометрах Tongda на выбор доступны различные типы детекторов:

 

  • cцинтилляционный детектор (SC)
  • кремний-дрейфовый детектор (полупроводниковый – SDD)
  • пропорциональный детектор (ионизационный – CP)
  • линейный детектор (1D)

 

Сцинтилляционный детектор (SC)

 

Сцинтилляция – явление испускания квантов света веществом под воздействием ионизирующего излучения. В качестве вещества-сцинтиллятора используют NaI с небольшой добавкой активатора (Tl, Li и т.д.)

 

Испущенный сцинтиллятором фотон далее поступает на фотокатод, который способен испускать электроны (фотоэлектроны) под действием фотонов света. По средствам фокусирующей системы эмитированные электроны попадают в ФЭУ на систему динодов, которые мультиплицируют проходящие частицы (в миллионы раз), а приложенное к динодам напряжение предотвращает падение энергии у электронов. Электроны, попавшие на анод, создают ток в системе, который далее аппаратно измеряется.

 

 

Полупроводниковый детектор

 

Принцип действия аналогичен счетчику Гейгера, с тем отличием, что ионизируется объем полупроводника между двумя электродами. В простейшем случае это полупроводниковый диод. Диод (два конца) – электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. У диода имеются анод и катод. Если к диоду приложено прямое напряжение (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода), то диод открыт (через диод течет прямой ток, диод имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих случаях). Заряженная частица, проникая в детектор, создает дополнительные (неравновесные) электронно-дырочные пары, которые под действием электрического поля перемещаются к электродам. В результате во внешней цепи полупроводникового детектора возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется.

 

 

Удельное сопротивление Si 10 кОм*см, Ge – 100 Ом*см, поэтому приходится прибегать к специальным мерам, повышающим сопротивление Ge(Li) дрейфового детектора, например, добавляя специальные примеси, или охлаждая кристалл до низкой температуры, порядка температуры жидкого азота.

 

Преимущества в сравнении со счетчиком Гейгера. Благодаря более высокой плотности полупроводника:

 

1. Большая потеря ионизирующей частицей энергии и как следствие более широкий диапазон измеряемых значений.

2. Лучшее разрешение по энергиям частиц.

 

 

Ионизационный детектор

 

Внутри колбы (катод) находится инертный газ (Ar) и анод в виде металлической нити. Если внутри нет заряженных частиц, то ток по цепи не идет. При прохождении X-кванта, происходит выбивание электрона, инертный газ ионизируется. Благодаря приложенному напряжению (сотни- тысячи вольт) к катоду и аноду электрон ускоряется и происходит лавинообразная ионизация газа. Газ начинает проводить ток. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. После регистрации импульса, ионизация газа сбрасывается благодаря уменьшению напряжения и счетчик снова может регистрировать излучение.

 

 

Линейные 1D детекторы с HPC технологией

Рис. 1. Принцип прямого детектирования рентгеновских лучей в HPC технологии, прямое преобразование рентгеновского излучения в электрический заряд в пикселе сенсора.

 

 

Рис. 2. Квантовая эффективность как функция от регистрируемой энергии для сенсоров различной толщины.

 

 

  320мкм х 4мм 320мкм х 8мм 450мкм х 8мкм 1000мкм х 8мкм
Энергия [кЭв] 4.0 – 40.0 5.0 – 40.0 6.6 – 40.0 7.4 – 40.0
Пороговое значение [кЭв] 3.5 – 20.0 4.5 – 20.0 5.5 – 20.0 6.0 – 20.0

 

       HPC технология позволяет проводить прямую регистрацию x-ray излучения, преобразуя его в электрический заряд. Для реализации используются специализированные полупроводниковые сенсоры и микросхемы считывания. В сравнении с традиционными x-ray детекторами, существенным преимуществом HPC технологии является оптимизация детектора для регистрации x-ray излучения с превосходной квантовой эффективностью в широком диапазоне энергий. Кроме того, миниатюризация полосовых каналов регистрации и внутренних соединений привела к сильному уменьшению емкостей, и дало возможность существенно уменьшить шумы и потребление энергии считывающими микросхемами. Использование отработанной КМОП технологии для производства детекторов позволяет быть уверенными в качестве и стабильности предлагаемых решений.

 

MYTHEN2 1K 1D
Количество полос, шт 1280 640
Толщина сенсора, мкм 320, 450, 1000 320, 450
Толщина полосы, мкм 50
Длина полосы, мм 8 8 (450мкм)
4 (320мкм)
Динамический диапазон, бит 24
Диапазон энергий, кЭв 4-40*
Время считывания, мкс 89
Частота, Гц 100
Разрешение по энергии, эВ 687
Возможность работы в вакууме Да
Тип охлаждения Воздушное
Размеры, мм 70х62х22 38х62х22
Вес, г 180 100
Контроллер размеры, мм 110х30х60
Контроллер вес, г 400

 

Многоканальный детектор на кремниевой матрице, позволяет проводить сканирование на два порядка быстрее обычного сцинтилляционного детектора.

 

 

Кремниевый дрейфовый детектор

 

SDD (Silicon Drift Detector) — это полупроводниковый детектор, используемый для обнаружения и измерения энергии ионизирующего излучения, такого как рентгеновские и гамма-лучи. Он работает на основе дрейфа электронов в кремнии. Когда излучение попадает на детектор, оно создает электронно-дырочные пары, количество которых пропорционально энергии фотона. Электрическое поле внутри детектора заставляет электроны дрейфовать к центральному аноду, где они собираются и создают электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и обрабатывается, позволяя измерять энергию излучения.

SDD детекторы обладают высокой энергетической разрешающей способностью, что позволяет различать фотоны с близкими энергиями, и быстрой скоростью отклика, важной для приложений, требующих быстрого времени отклика. Они также компактны, что удобно для портативных устройств. SDD детекторы применяются в рентгеновской спектроскопии для анализа состава материалов, в медицинской диагностике для измерения энергии рентгеновских лучей и в астрофизике для измерения энергии космического излучения.

 

 

На рисунке выше показано действие SDD детектора до момента, когда характеристические рентгеновские лучи попадают в детектор и идентифицируются составляющие элементы. К катоду (I) приложен отрицательный потенциал, а к аноду (II) — положительный. К кольцевым электродам (III) прикладываются отрицательные потенциалы, возрастающие снаружи внутрь, что позволяет электронам собираться на аноде (II).

Когда рентгеновское излучение с энергией hν (где h — постоянная Планка, ν — частота излучения) падает на кремний (Si), генерируются электронно-дырочные пары, пропорциональные энергии излучения. Один фотон Mn Kα (5.9 кэВ) создает около 1600 таких пар. Электроны движутся к аноду (II) и кольцевым электродам (III), а дырки — к катоду (I). Между катодом (I) и анодом (II) образуется конденсатор с емкостью C, и измеряется напряжение V. Электрический заряд Q на конденсаторе определяется как V = Q/C. Количество электронов рассчитывается делением Q на заряд одного электрона, а энергия излучения — из числа электронов, генерируемых одним фотоном. Элемент идентифицируется по энергии излучения.

 

Действие SDD

 

Рисунок выше показывает, как рентгеновское излучение падает на монокристалл Si детекторного элемента слева.

  • Генерируются электронно-дырочные пары.
  • Электроны движутся к аноду (II) и кольцевым электродам (III) из-за разницы потенциалов. Электроны, достигшие кольцевых электродов, собираются на аноде (II) благодаря ступенчатому потенциалу. Дырки движутся к катоду (I). Измеряется напряжение V, генерируемое зарядом Q на конденсаторе Si. Заряд Q определяется как V = Q/C. Рассчитывается количество электронов, генерируемых одним фотоном, и определяется энергия излучения, что позволяет идентифицировать элемент.

 

 

Быстрые кремниевые дрейфовые детекторы

 

TD-3700 также может комплектовать быстрым SDD детектором европейского или американского производства. Fast SDD детекторы представляют собой кульминацию многолетних инноваций и разработок в области электроники и рентгеновских детекторов. Использование Fast SDD детекторов в рентгеновских дифрактометрах серии TD позволяет полностью отказаться от неудобных в работе зеркал Гебеля и других систем. Быстрые кремний-дрейфовые детекторы позволяют проводить сканирование образцов в малых углах (до 10 градусов) с невероятной точностью. В отличие от 1D детекторов, SDD детекторы практически не накапливают шум, что положительно сказывается на кривой в области малых углов (отсутствие “горбыля“ и влияния нелинейности измерения).

 

 

Технические характеристики быстрого кремниевого дрейфового детектора (Fast SDD)

 

Характеристики детектора Fast SDD
Тип детектора Быстрый полупроводниковый малошумящий кремниевый дрейфовый детектор (Fast SDD)
Энергетического разрешение, эВ От 125 до 140 эВ
Отношение пик к фону 20 000:1
Максимальная скорость счета 4 x 106
Площадь детектирующего элемента 25 мм2
Толщина детектирующего элемента 500 мкм
Питание +5 В при 500 мА (постоянный ток)
Температура эксплуатации от -35 °C до +80 °C

 

 

 

 

Сравнение рентгенограмм Si, полученных на Fast SDD (зеленая кривая) и 1D Mythen (красная кривая) детекторах

 

Каталог порошковые дифрактометры Tongda
Загрузить

Может быть полезно:

Рентгеновские трубки

    На выбор доступны рентгеновские трубки для XRD, […]

Запрос цены Подробнее
Опции дифрактометров

Опции для дифрактометров Tongda серии TD

Запрос цены Подробнее
Монокристальные дифрактометры

Первые и единственные монокристальные дифрактометры из Китая. Представители серии […]

Запрос цены Подробнее

Оставьте заявку

И мы ответим на интересующие Вас вопросы