МОДЕЛЬ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ПЕРВИННОМУ І ВТОРИННОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧАХ ДЕТЕКТОРА ДЛЯ СИСТЕМ РАДІАЦІЙНОГО КОНТРОЛЮ
DOI:
https://doi.org/10.17721/2519-481X/2023/81-02Ключові слова:
детектор, первинний та вторинний перетворювачі, енергія іонізуючого випромінювання, розкид імпульсів сигналу, системи радіаційного контролюАнотація
Рівень розвитку та застосування радіаційних технологій значною мірою визначається станом ядерного приладобудування. Поява сучасних напівпровідникових датчиків уперше пов'язала ядерне приладобудування та електроніку в єдиний комплекс – напівпровідниковий детектор. У ньому поєднуються взаємопов'язані за задачею, яка розв'язується та параметрами напівпровідникового первинного перетворювача іонізуючого випромінювання (датчик), вторинного перетворювача інформації від датчика (електроніка) та програмне забезпечення для обробки цієї інформації.
Структурна схема детектора і двох основних частин: первинного перетворювача енергії іонізуючого випромінювання (ІВ) в електричний сигнал – датчика; вторинного перетворювача цього електричного сигналу.
Характеристики детектора визначаються головним чином фізичними властивостями кристала напівпровідника як чутливого елемента первинного перетворювача, а також особливостями процесу реєстрації електричного сигналу.
Процес реєстрації ІВ полягає у перетворенні неелектричної величини, що характеризує його, в електричний сигнал. Інакше висловлюючись, у ньому перетворюється один вид енергії – енергія ІВ – в інший, зручніший для обробки та накопичення інформації. У датчику випромінювання виникає імпульс струму чи напруги у результаті іонізації його активного середовища – напівпровідника, цей імпульс несе велику інформацію. Насамперед, він корелюється з моментом часу ядерного процесу. Крім того, імпульс наголошує на факті випромінювання радіації в межах тілесного кута, під яким датчик видно від джерела. Амплітуда імпульсу часто є мірою енергетичних втрат випромінювання в датчику. Форма імпульсу відрізняється для різних видів випромінювання, а також для різних областей та кутів попадання випромінювання в датчик.
У роботі створено модель детектора гамма-випромінювання як єдиної системи первинного та вторинного перетворювачів. Вона містить фізичний аналіз та аналітичне представлення процесів, що відбуваються в CdZnTe-датчику та електронному підсилювачі. Показано, що в датчику збір зарядів різниться в часі, що призводить до розкиду імпульсів сигналу за тривалістю та амплітудою. У зв'язку з цим у моделі показано необхідність використання зарядово-чутливого попереднього підсилювача.
Основною перевагою моделі є вирішення проблеми оптимізації співвідношення сигнал/шум у детекторі.
Посилання
1. Vavilov V.S. Effect of radiation on semiconductors / V.S. Vavilov, N.P. Kekelidze, L.S. Smirnov. - Moscow: Nauka, 1988 .-- 192 p.
2. Lenkov S.V. Physical and technical foundations of radiation technology of semiconductors / S.V. Lenkov, V.A. Mokritsky, D.A. Peregudov, G.T. Tarielashvili. - Monograph. - Odessa: Astroprint, 2002 . 297 p.
3. Garkavenko A.S. Radiation modification of the physical properties of wide-gap semiconductors and the creation of high-power lasers on their basis / Lvov: ZUKTs, 2012. - 258 p.
4. Banzak O.V New generation semiconductor detectors for radiation monitoring and dosimetry of ionizing radiation / O.V. Banzak, O.V. Maslov, V.A. Mokritsky: Ed. V.A. Mokritsky, O.V. Maslov. Monograph. - Odessa, 2013. - Publishing house "VMV". - 220 p.
5. Bouchet J.M. PWR primary flow masurements by correlation analysis of nitrogen-16 fluctuations / J.M. Bouchet, et al. – Progress in Nuclear Energy. – 1982. – Vol. 9.
6. Awadalla S.A. Characterization of detector-grade CdZnTe crystals grown by traveling heater method (THM) / S.A. Awadalla, J. Mackenzie, H. Chen, eds. // Journal of Crystal Growth. – Vol. 312, issue 4. – 2010. – 507-513c.
7. Grybos P. Front-end Electronics for Multichannel Semiconductor Detector Systems; EuCARD Editorial Series on Accelerator Science and Technology, Vol.08 / Institute of Electronic Systems Warsaw University of Technology . – Warsaw: 2010. – 201 p.
8. Dumitrescu A. Comparison of a digital and an analogical gamma spectrometer at low count rates / A. Dumitrescu // U.P.B. Sci. Bull., Series A. – Vol. 73. – Iss. 4, 2011. – P. 127-138.
9. Maslov O. Passive Computer Gamma- Tomography of Nuclear Fuel / O. Maslov, V. Mokritsky, O. Banzak, // ANIMMA. Third International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications – Marseille, June 23-27, 2013. – Book of Abstracts – Р. 51.
10. Maslov O.V. The Improved CdZnTe Dose Rate Probe / O.V. Maslov, M.V. Maksimov, L.L. Kalnev // 2008 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and 16th Room Temperature Semiconductor Detector Workshop – Dresden: 19–25 Oct. 2008. – P. 12-87.
11. Maslov O. Multiple energies passive computer tomography of nuclear fuel / O. Maslov // Proceedings of the International Ukrainian-Japanese Conference on Scientific and Industrial Cooperation – Odesa 24 – 25 October 2013. – Р. 114-116.
12. Masuruk K. Dopant incorporation during liquid phase epitaxy / K. Masuruk, T.Bryskewicz // J. Appl. Phys., 1981. – V. 52. – N3. – part 1. – P. 1347–1350.
13. Mokritsky V.А. Methods and means controls of nuclear materials and state of protective barriers at nuclear power plants / V.А. Mokritsky, O.V. Maslov, O.V. Banzak // Collection of scientific works of the Military Institute of the Taras Shevchenko National University of Kyiv. - К .: MIKNU, 2019. - № 63. – С. 66 – 72.
14. Mokritsky V.A. The detector on basis of CdZnTe-gauge for systems radiating-technological control / V.А. Mokritsky, O.V. Maslov, O.V. Banzak // Collection of scientific works of the Military Institute of the Taras Shevchenko National University of Kyiv. - К .: MIKNU, 2018. - № 58. - С. 68 - 73.
15. Banzak O.V. Optimum operating mode of cdznte-sensors in the gamma radiation dosimeter / O.V. Banzak, H.V. Banzak, A.A. Gaber // Sur les matériaux de la v conférence scientifique et pratique internationale «Débats scientifiques et orientations prospectives du développement scientifique» – Paris 21-23 June 2023. – P. 77 – 79.
