Синхротронное излучение в диагностике наносистем 4-й курс 8-й семестр 2007/2008 Лекция 4

Синхротронное излучение в
диагностике наносистем
4-й курс 8-й семестр 2007/2008
Лекция 4
Сцинтилляционные детекторы
преобразует рентгеновские
кванты в световые
Координатные детекторы
Те же принципы регистрации+возможность определять координаты фотонов.
Дополнительная характеристика – пространственное разрешение
Одномерные (линейные), двумерные.
Мозаичные, многопроволочные
Многопроволочный
пропорциональный счетчик
Методы определения координат в
координатно чувствительных детекторах
Типы кодирования:
•Резистивное – заряд, попав на протяженный высокоомный электрод,
распространяется к его концам и создает там импульсы напряжения разной
величины. Если z – расстояние до одного конца электрода диной l, то U1~Q(z),
U2~Q(l-z).
•Резистивно-емкостное – собирающий электрод представляет собой RC цепочку с
распределенными параметрами, информация о координате определяется по
длительности фронта импульсов напряжения, созданных зарядом Q на
нагрузочных сопротивлениях RC линии.
•Временное – основано либо на разнице времени движения заряда по линии
задержки от места сбора до сопротивления нагрузки линии, либо на разнице
времени прохождения света, созданного ионизирующей частицей в протяженном
сцинтилляторе.
Параметры коллекторных элементов или генерируемых ими сигналов,
используемые для декодирования позиционной информации:
•Номера коллекторных элементов, в цепи которых зарегистрированы импульсы тока с
интегральным зарядом, большим некоторого порогового значения (дискретное
декодирование).
•Заряды, переносимые импульсами тока в нескольких выходных цепях одного
коллектора (аналоговое декодирование, основанное на измерении отношения
зарядов).
•Распределение
зарядов
между
несколькими
коллекторными
элементами
коллекторной системы (аналоговое декодирование, на основе определения центра
тяжести зарядового распределения).
•Задержки появления сигналов в различных выходных цепях одного коллектора
(аналоговое декодирование на основе времени измерений).
•Задержки появления сигналов в выходных цепях различных коллекторных элементов,
обусловленные введением в коллекторную систему специальной линии задержки
электрического сигнала (аналоговое декодирование с помощью линий задержки).
•Задержки появления сигналов в выходной цепи одного или нескольких коллекторных
элементов относительно момента ионизации, обусловленные конечной скоростью
дрейфа первичного заряда от точки образования до соответствующего коллекторного
элемента (аналоговое декодирование на основе измерения скорости дрейфа).
Схема измерения координаты фотона с
помощью линии задержки
Время задержки сигнала на выходе
относительно входного импульса оценивается
по формуле t=n(LC)-0,5, n – число ячеек от
входа сигнала до конца линии задержки.
Координата фронта определяется по номеру
ячейки, зарегистрировавшей импульс.
Одномерные (линейные) координатные детекторы – для порошковых дифрактограмм.
Прямые, сфокусированные на образец
Координатно-чувствительные
ионизационные
камеры.
Для
контроля
интенсивноси и пространственного положения пучков.
Для регистрации координаты фотонов, один из электродов делается либо в виде тонких
полосок, направленных вдоль направления регистрируемого пучка, либо разрезается
пополам.
Телевизионные (CCD) детекторы. Основной рабочий элемент – электровакуумная
телевизионная трубка, чувствительным элементом является люминесцентный экран.
В CCD детекторе – это CCD или по-русски ПЗС-матрица. Разница – в способе
регистрации изображения.
Состоят из трех основных элементов: люминесцентный экран, оптоволоконный
световод и сенсор, который осуществляет преобразование сигнала и одновременно
формирование, аналого-цифровое преобразование и передачу информации в
микропроцессор для дальнейшей обработки.
Координатные детекторы на pin-диодных матрицах. То же, что CCD детектор,
вместо ПЗС матрицы – матрица из pin-диодов.
IP-детекторы (на пластинах с оптической памятью) – чуствительный элемент
- люминофор, на который записывается изображение, которое потом
считывается лазером, вызывающим фотостимулированную люминесценцию
центров, участвовавших в записи изображения. Фотоны люминесценции
регистрируются и усиливаются ФЭУ, записываются как электронный сигнал.
Пластину можно облучить УФ и использовать заново. Рабочее вещество
BaFXEu2+,(X – галогены) – это кристаллофоры, которые способны запоминать
и длительное время хранить рентгеновское изображение.
Свойства наиболее распространенных промышленно производимых
рентгеновских детекторов
Детектор
Энергетический
∆E/E при 5,9 кэВ Мертвое
диапазон
счета (%)
(мкс)
(кэВ)
время Манимальная
скорость счета
(с-1)
Газонаполненная
ионизационная камера
0.2-250
-
-
1011
Газонаполненный
пропорциональный
счетчик
Многопроволочные
пропорциональные
детекторы
0.2-50
15
0.2
106
3-50
20
0.2
106/мм2
Сцинтилляционный
детектор
Энергодисперсионный
полупроводниковый
детектор
3-106
40
0.25
2*106
1-106
3
0.5-30
2*105
Поверхностнобарьерный
полупроводниковый
детектор
Лавинные фотодиоды
ПЗС детекторы
Пластины
с
оптической памятью
(IP детекторы)
0.1-20
-
-
108
0.1-50
0.1-70
4-80
20
-
0.001
-
108
-