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.

       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.

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