صفحه اصلی

آرشیو مقاله ها

آرشیو اخبار

همکاری با ما

تماس با ما
 
عنوان خبر
 
  
 
سامانه جمع آوری خودکار تجهیزات IT
افرنگ نیوز مجله زندگی
ماشین ایرانی
elham_fitnees_cool
فروشگاه رایکا
فروشگاه رایکا
هر روز صبح جدیدترین اخبار در افرنگ نیوز کلیک کنید ...
آشکارسازها ?
تعداد بازدید : 749
 
 

آشکارساز نيم رسانا
ديد کلي
توزيع الکترونها در يک جامد را مي‌توان برحسب يک سري از نوارهاي انرژي که هر نوار آن افقي تعداد محدودي الکترونها را در خود جاي مي‌دهد تصوير کرد پايين‌ترين نوارهاي انرژي حاوي الکترونهايي هستند که پيوند محکمي با هسته اتم‌هايي که جسم جامد را تشکيل مي‌دهند دارند. الکترونهايي که در انرژي‌هاي بالاتر هستند آنهايي هستند که پيوند سستي به هسته‌ها دارند.

در يک نيم رسانا انرژي لازم براي بالا بردن يک الکترون در فاصله شکاف انرژي بين نوارهاي ظرفيتي و رسانش اندک است دادن يک الکترون به نوار رسانش نتيجه‌اش بر جاي ماندن يک جاي خالي در نوار ظرفيتي است و از آنجا که اين جاي خالي هم ميدان الکتريکي متحرک است مثل الکتروني با بار مثبت است که حفره ناميده مي‌شود در يک نيم رسانا مثل سولفيد کادميوم يک فوتون جذب شده توليد يک زوج الکترون و حفره مي‌کند يک فوتو رسانايي نظير اين مي‌تواند در يک مدار الکتريکي براي آشکارسازي تابش مورد استفاده قرار گيرد.


آشکارسازهاي فوتو ولتايي
اگر ماده نوع n (حامل‌هاي اکثريت الکترونها) در کنار ماده نوع p (حاملهاي اکثريت حفره‌ها) قرار گيرد، الکترونهاي اضافي حفره‌ها در دور و بر پيوندگاه اين دو نوع ماده ترکيب مي‌يابند. اين روند ترکيب ، انرژي‌هاي نسبي نوارهاي رسانشي و ظرفيتي را تغيير مي‌دهد. جريان حفره‌ها را الکترونها در پيوندگاه را متوقف مي‌کند و باعث ايجاد يک ميدان الکتريکي موضعي دائم در پيوندگاه مي‌شوند اگر يک کوانتوم از تابش هر فردي بر منطقه پيوندگاه جذب و يک زوج الکترون و حفره توليد شده باشد. چنانچه ميدان پيوندگان ، حاملان بار را پيش از اينکه بتواند دوباره ترکيب يابند، از همديگر جدا کند آنگاه در يک مدار باز يک ولتاژ غير صفر در دو قطبي پديدار مي‌شود و در يک مدار بسته جريان الکتريکي برقرار خواهد شد.

هرگاه يک وسيله اندازه گيري ولتاژ يا جريان به مدار افزوده شود، حاصلش يک آشکارساز نور است. آشکارسازي که ولتاژ يا جريان را بدون هر منبع اضافي ولتاژ تغذيه مي‌کند گفته مي‌شود که در مد فوتوولتايي کار مي‌کند. يک آشکارساز نيم رسانا قادر است که تابش را به توان الکتريکي تبديل کند. وسيله‌اي که اين کار را به بهترين وجه انجام مي‌دهد سلول خورشيدي است. اين پيوندها از ماده نوع n و p که منطقه پيوندگاه بزرگ است مي‌سازند. نور ورودي بر اين سطح وسيع توليد زوج الکترون حفره مي کند و الکتريسيته ايجاد مي شود.

فوتو آشکارسازها
يکي از مزاياي استفاده از نيم رساناها در مد فوتوولتايي اين است که به منبع قدرت خارجي هيچ نيازي وجود ندارد ولي هرگاه که زمان پاسخ سريع و حساسيت بيشتر باشد، آنگاه يک ولتاژ تغذيه به دو قطبي اعمال مي‌شود اين کار ميدان را در منطقه پيوندگاه افزايش مي‌دهد و حجمي موسوم به لايه تهي توليد مي‌کند که در آن هيچ حامل بار متحرکي وجود ندارد به سبب حضور ميدان الکتريکي پاسخ زماني چنين وسايلي را مي‌توان تا 10 نانو ثانيه کاهش داد. براي افزايش دادن اندازه پيوندگاه و لذا لايه تهي بعضي اوقات دوقطبي‌هايي با يک لايه اضافي که داراي رسانندگي يکسان با مواد (خالص) هستند ساخته مي‌شود. لايه‌ها در ترتيب p-i-n هستند که در آن i نماينده ذاتي است اين وسيله را يک فوتو دوقطبي PIN مي‌نامند.


فوتو دوقطبي‌هاي بهمني
ميان فوتو دوقطبي‌هاي نيم رساناي ارزان قيمت و فوتو تکثيرکنهاي گران قيمت ، شکاف حساسيت بزرگي در حدود 1 آمپر بر وات تا 1000 آمپر بر وات وجود دارد اين شکاف را فوتو دوقطبي‌هاي بهمني که حساسيت آنها در دور 10 وبر تا 1000 آمپر بر وات است، پر مي‌کنند. فوتو دوقطبي بهمني شبيه لامپ فوتوتکثيرکن است‌، در معناي ميکروسکوپي يک فوتون جذب شده توليد زوج الکترون – حفره مي‌کند.

هر حامل بار که بوسيله ميدان مذکور مقداري شتاب مي‌گيرد با شبکه بلوري نيم رسانا برخورد مي‌کند. در چنين حالتي انرژي جنبشي افزايش يافته تبديل به ايجاد زوجهاي حاصل بار اضافي مي‌شود مثل الکترونها در تکثيرکننده فوتوني که توليد الکترونهاي بيشتري در نتيجه برخورد با داينودها مي کند . اين روش تکثير بار است که نام فوتو دوقطبي بهمني را به آن داده است.


آرايه‌هاي فوتو ديودي


يک آرايه دوقطبي عبارت است از يک رديف خطي يا يک رديف دو بعدي از دو قطبي‌هايي که به همديگر به گونه‌اي وصل مي‌شوند که مدار الکترونيکي حاصل بتواند پاسخ فوتو دوقطبي‌ها را به روالي منظم ذخيره و قرائت کند. اين وسيله ترکيبي است از يک لامپ تصوير ، يک صفحه عکاسي و يک فوتو دوقطبي. ساختمان اين آرايه‌ها با ساختمان يک مدار يکپارچه در مقياس بزرگ مشابهت زياد دارد يک آرايه فوتو دوقطبي اساساً از يک رشته فوتو دوقطبي‌ها به صورت يک خط يا يک مربع نشانده مي‌شوند، تشکيل مي‌يابد. خود دوقطبي‌ها يا داراي ظرفيت کوچک هستند يا همراه يک خازن ساخته مي‌شوند. يک آرايه فوتو دوقطبي ثبات ، تغيير مکان - دوقطبي‌ها و خازن را به خط تصويري وصل مي‌کند تا خازن را پر کرده و يک لايه تهي در دوقطبي ايجاد کند. طي نوردهي فوتونهاي ورودي جذب مي‌شوند و توليد زوجهاي الکترون – حفره مي‌کنند.


کاربردهاي ويژه
آرايه فوتو دوقطبي يک تزويج عالي بين اپتيک و تکنولوژي نيم رساناها مي‌باشد. از اين آرايه مي‌توان در کاربردهاي صنعتي به عنوان يک سنجنده غير تماسي هم براي ذخيره و اندازه‌گيري و هم براي تشخيص نقوش استفاده کرد. در بينابيني علمي کاربرد آن بصورت يک صفحه عکاسي الکتروني که داراي مزيت خطي بودن و مرتبط به کامپيوتر است رواج دارد. در زمينه‌هاي گرافيکي و مخابراتي مي‌تواند جاي تلويزيون را بگيرد، قيمت اکثر فصايل آن نسبتاً گران است بالاخص در کاربردهايي که مستلزم ذخيره کامپيوتري و نرم افزارهاي مرتبط با آن است اين امر مصداق مي‌يابد.

 


آشکارساز سوسوزن (شمارنده سنتيلاتور( Scintillation Detector

 

وقتي ذره باردار حامل انرژي به يک بلور برخورد مي‌کند، الکترونهاي بلور را از شبکه آن جدا مي‌کند. با کنده شدن الکترون از بلور تابشي گسيل مي‌شود که بعضي از بلورها نسبت به آن شفاف هستند. بنابراين عبور ذره باردار حامل انرژي در بلور به صورت سوسوزني نور علامت داده مي‌شود که اين نور در يک آشکارساز سوسوزن به يک تپ الکتريکي تبديل مي‌شود.

 

 


ديد کلي
در يک بلور جسم جامد ، برهمکنش ميان ذره باردار حامل انرژي و الکترونها باعث کنده شدن الکترون از محل خود در شبکه بلور مي‌شود. هنگامي که الکتروني در اين تهي جا (جاي خالي) مي‌افتد، نور گسيل مي‌شود که بعضي از بلورها نسبت به اين نور شفاف هستند. بنابراين عبور ذره باردار حامل انرژي در بلور با سنتيلاسيون يا سوسوزني نور گسيل شده از بلور علامت داده مي‌شود. اين نور در يک آشکارساز سوسوزن به يک تپ الکتريکي تبديل مي‌شود.


تاريخچه
رادرفورد از اين روش با استفاده از ZnS به عنوان سنتيلاتور براي شمارش ذرات آلفاي پراکنده در تجربه تاريخي خود به نام پراکندگي آلفا استفاده نمود. اين روش خسته کننده و ابتدايي بود و خيلي زود روش استفاده از شمارنده‌هاي گازي که در آن شمارش بطور الکترونيکي انجام شده و در صورت لزوم بدست آوردن اطلاعات درباره انرژي اشعه نيز ممکن بود، جانشين آن گرديد.

در سال 1944 ، لوکان و بيکر ، فوتومولتي پلاير را جانشين روش استفاده با چشم غيرمسلح نمودند و کمي بعد کالمن ، نفتالين را جانشين کريستال کوچک و نازک ZnS نمود. اين دو تغيير انقلابي در آشکارسازي با روش سنتيلاسيون ، آشکارسازي ، ثبت و تجزيه و تحليل پالس‌هايي که با هر يک از ذرات تابش بوجود مي‌آيند را امکان‌پذير ساخته است.


مکانيزم کار شمارنده سنتيلاتور


قتي که تابش يونيزه کننده از داخل سنتيلاتور عبور مي‌کند، فوتون‌هايي را بوجود مي‌آورد. فوتومولتي پلاير داراي لايه‌اي با خاصيت فوتوالکتريک مي‌باشد. وقتي نور با اين لايه برخورد مي‌کند، الکترون از آن خارج مي‌شود. تعداد الکترونهاي خارج شده تابع شمار فوتون‌هايي است که با فوتوکاتد برخورد مي‌کنند. الکترونهاي گسيل شده توسط سطح فوتوکاتد در ميدان الکتريکي شتاب مي‌گيرند و به طرف داينود رانده مي‌شوند.

داينود صفحه‌اي است با رويه خاص که الکترونها به آساني از آن کنده مي‌شوند. هر الکتروني که به داينود مي‌رسد، بسته به انرژيي که در ميدان الکتريکي دريافت مي‌کند، حدود سه يا چهار الکترون از داينود مي‌کند. سپس الکترونهايي که از داينود گسيل مي‌شوند، به طرف دومين داينود شتاب مي‌گيرند و هر يک از الکترونها چندين الکترون ديگر را از اين داينود جدا مي‌سازند و اين فرايند چندين بار با تعداد الکترونهايي که در هر دينود سه يا چهار برابر شده‌اند، تکرار مي‌شود.

تکثيرکننده‌هاي فوتوني موجود 6 تا 14 مرحله‌اي هستند. الکترونهاي آخرين دينود (بار کل Q) توسط يک صفحه (که آند ناميده مي‌شود) جمع مي‌شوند و از آنجا الکترونها به طرف خازن جريان پيدا مي‌کنند. در نتيجه در خازن C باري برابر به بار خازن القا مي‌شود که در خروجي ايجاد ولتاژ مي‌کند که اين به کمک مدار RC به صورت يک پالس مي‌باشد.

 


مواد سنتيلاتور
بعضي از مواد مي‌توانند انرژي جذب نموده و مقداري از آن را به‌صورت نور مجددا تابش نمايند، اين عمل لومينسانس نام دارد. موادي که تابش مجدد را در طول زماني حدود چند ميکرو ثانيه يا کمتر انجام مي‌دهند، به مواد فلوئورسان موسوم هستند. موادي که فاصله زماني جذب انرژي و پس دادن آن به‌صورت نور برايشان طولاني‌تر است، فسفرسان نام دارند. در آشکارسازي تابشها فقط مواد فلوئورسان بکار مي‌روند. وقتي براي چنين منظوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند، سنتيلاتور ناميده مي‌شوند.

يکي از خواص لازم براي سنتيلاتور اين است که بايد به مقدار زياد نسبت به فوتونهايي که تابش مي‌کند، شفاف باشد. قسمتي از فوتونها که بوسيله سنتيلاتور جذب مي‌گردد، بستگي به نوع ماده دارد. سنتيلاتورهاي غير آلي تقريبا 100% شفاف هستند. سنتيلاتورهاي آلي بطور کلي شفافيت کم دارند. انواع مختلف سنتيلاتور مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مواد غير آلي جامد بيشتر يدور فلزات قليايي و مواد جامد آلي ، به مقدار زياد هيدروکربورهاي معطر جانشين شده و جانشين نشده ، محلولهاي آلي در حلالهاي مايع و يا پلاستيک از مواد سنتيلاتور هستند.


لامپهاي فوتومولتي پلاير
لامپ فوتومولتي پلاير يکي از اساسي‌ترين قسمتهاي يک سيستم آشکارسازي سنتيلاسيون است. کار اصلي آن تبديل علامت نوري از سنتيلاتور به يک علامت الکتريکي با انجام يک تقويت خطي با ضريب تقويت بزرگتر از مي‌باشد. اين لامپ نبايد بخش زماني يا انرژي قابل توجه داشته باشند.

اولين و مهمترين قسمت فوتوکاتد مي‌باشد که قسمتي از انرژي فوتون تابشي را به الکترونها مي‌دهد. در اغلب لامپهاي جديد طراحي شده براي شمارش سنتيلاسيون قشر نيمه شفافي از CsSb در سطح داخلي شيشه يا کوارتز (ابتداي لامپ) قرار داده شده است. اين نوع فوتوکاتدها داراي راندمان عددي (نسبت فوتوالکترونها به فوتونهاي تابشي) حدود 10% مي‌باشند.


رابطه بين ارتفاع پالس و انرژي
رابطه معلومي بين انرژي اشعه تابشي و ارتفاع پالسهاي ايجاد شده بوسيله اشعه وجود دارد. براي شمارنده‌هاي گازي ، به استثناي آنهايي که در ناحيه گايگر کار مي‌کنند و براي شمارنده‌هاي نيمه‌هادي اين رابطه خطي است. در شمارنده‌هاي سنتيلاسيون ، رفتار سنتيلاتورهاي مختلف در اين مورد متفاوت مي‌باشد. براي سنتيلاتورهاي غير آلي در گام پهني از انرژي ، ارتفاع پالس بطور خطي براي الکترونها ، پروتونها و دوترونهاي تابشي بر سنتيلاتور متناسب با انرژي است.

در مورد پرتو بتا به دليل پراکندگي به عقب رابطه خطي نيست. در مورد اشعه گاما ، سنتيلاتورها انرژي را از الکترونهاي ايجاد شده بوسيله اشعه گاما دريافت مي‌نمايند. بنابراين رابطه خطي مشابهي بين انرژي اشعه گاما و ارتفاع پالس برقرار مي‌باشد. مقدار کمي رابطه غيرخطي بين الکترونهاي ايجاد شده و اشعه گامايي که انرژي آن پايين‌تر از چند صد kev مي‌باشد، مشاهده شده است.

براي ذرات سنگين‌تر رابطه غير خطي در گام انرژي خيلي پهن اتفاق مي‌افتد. در مورد سنتيلاتورهاي آلي رابطه غيرخطي براي اشعه بتا و گاما در انرژي‌هاي خيلي پايين ، تقريبا چند kev ، اتفاق مي‌افتد، در صورتي که رابطه غيرخطي براي ذرات سنگين‌تر در گام پهن‌تري از انرژي ادامه پيدا مي‌کند.


رابطه بين ارتفاع پالس و جنس ذره
ارتفاع پالسهاي ايجاد شده بوسيله ذرات سنگين يونيزه کننده نظير ذرات آلفا ممکن است به مقدار قابل ملاحظه‌اي با پالسهاي بوجود آمده از الکترونهاي با همان انرژي متفاوت باشد. اين تفاوت تابع نوع شمارنده مي‌باشد که بطور کلي در مورد شمارنده‌هاي گازي و شمارنده‌هاي نيم هادي کوچک است.


آشکارسازي اشعه گاما بوسيله شمارنده‌هاي سنتيلاسيون
اشعه گاما در نتيجه يکي از مراحل زير در سنتيلاتور متوقف مي‌گردد:

 

پديده فوتوالکتريک

پديده کامپتون

پديده توليد زوج

در مرحله اول الکترونها بوجود مي‌آيند و در مرحله سوم الکترونها و پوزيترونها ايجاد مي‌شوند. اين ذرات باردار سنتيلاتور را تحريک کرده و فوتونها را بوجود مي‌آورند. بنابراين ارتفاع پالس ايجاد شده بوسيله اشعه گاما متناسب با انرژي الکترون (و پوزيترون) مي‌باشد. مي‌توان نتيجه گرفت که توزيع ارتفاع پالس (يعني تعداد پالسها برحسب ارتفاع پالس) تابع سطح مقطع‌هاي نسبي در اين مراحل است.


آشکارسازي ذرات باردار بوسيله شمارنده‌هاي سنتيلاسيون
هر نوع سنتيلاتور را مي‌توان براي آشکارسازي ذرات باردار بکار برد. به عنوان مثال براي ذرات آلفا چون برد آنها خيلي کوچک است، کريستال‌هاي نازک بکار مي‌برند. در شمارش بتا با سنتيلاتورها بايد توجه خاصي به اين دو فاکتور شود:

 

پراکندگي به عقب

توزيع انرژي اتصالي براي ذرات بتا از منابع راديواکتيو.

پراکندگي به عقب در مورد سنتيلاتورهاي پلاستيک آلي خيلي کوچک است، لذا اين کريستالها براي اسپکتروسکوپي الکترون مورد استفاده قرار مي‌گيرند.


آشکارسازي نوترونها
آشکارسازي نوترونها تابع واکنش‌هايي است که در آن يک ذره باردار بوجود مي‌آيد. براي نوترونهاي سريع آشکارسازي تابع پراکندگي الاستيک n – p بوده و براي نوترونهاي آهسته اين آَشکارسازي تابع واکنش‌هاي هسته‌اي مي‌باشد. هر دو واکنش هسته‌اي داراي اين مزيت هستند که در آنها اشعه گاما بوجود نمي‌آيد و محصولات واکنش داراي انرژي جنبشي خيلي زيادي هستند.

 


 

 

 

 

 


 

 

 
نویسنده:
مترجم :
منبع :
تاریخ :
مطالب مرتبط
 
 A.A.B/ مطالعه بازيابي تاليوم - 203 از هدف هاي بمباران شده و توسعه آن در توليد تاليوم - 201 با روش افزايش راديوايزوتوپ تاليوم - 201
 A.A.B/ توجيه انتقال فاز مختلط براي تابع موج واپيچيده پراكندگي كشسان پايون از هسته هاي سرب و كربن
 A.A.B/ تعيين ويژگي هاي دزيمتري چشمه هاي براكي تراپي كم انرژي بر اساس دستور كار TG-43U1 با روش هاي مختلف محاسبه دز در كد MCNP
 A.A.B/ تعيين دز مناسب پرتوهاي گاما براي ايجاد موتاسيون در ريز نمونه هاي موز
 A.A.B/ بررسي تغييرات بريليوم - 7 (Be) طبيعي در هواي مجاور سطح زمين در دو ايستگاه اندازه گيري در ايران
 
نظرات
 
نام : شهر :
   
 
 
کلیه حقوق این وب سایت متعلق به شرکت فرا ارتباط می باشد