Описание установки

[практикум] [взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом] [порядок выполнения]
[определение толщин фольг] [определение расстояния между источником и детектором]

Описание установки

Рис. 1.

    Блок-схема установки, на которой выполняется работа показана на рис. 1. Установка состоит из вакуумной камеры, куда помещаются альфа-источники и кремниевый детектор и регистрирующей электронной аппаратуры. Растояние между источником и детектором может меняться. Между детектором и источником могут помещаться фольги.
     Электронная регистрирующая аппаратура состоит из зарядочувствительного предусилителя, источника напряжения смещения детектора, усилителя, аналого-цифрового преобразователя и ЭВМ.
    В качестве детектора в установке используется полупроводниковый кремниевый детектор. В полупроводниковых детекторах для регистрации частиц, так же как в ионизационных камерах, используется эффект ионизации среды. В отличие от ионизационной камеры в полупроводниковом детекторе электроны переводятся не в непрерывный спектр, а из валентной зоны в зону проводимости.
    В полупроводниковом детекторе (рис.2) создается обедненная область, в которой отсутствуют свободные носители заряда. Заряженная частиц, пролетая через обедненную (чувствительную) область детектора, производит пары "электрон-дырка" вдоль траектории движения. Средняя энергия, необходимая для образования одной электронно-дырочной пары, составляет 3.62 эВ для кремния при комнатной темературе и 2.95 эВ для германия при температуре 80 K. Количество электронно-дырочных пар пропорционально потерям энергии частицы. Для измерения энергии частицы, необходимо, чтобы она потеряла всю свою энергию и остановилась в чувствительной области. Под действием приложенного к детектору электрического поля, электроны движутся к аноду, дырки – к катоду. Для создания электрического поля, под воздействием которого собираются заряды, образовавшиеся в детекторе в результате ионизации, производимой в чувствительном слое регистрируемой частицей служит источник напряжения смещения детектора.

Детектор
Рис. 2.

Собранные заряды образуют токовый импульс, интеграл которого несет информацию об энергии которая частица потеряла в чувствительной области. (Тяжелые частицы, например осколки деления, создают на своем пути плотное плазменное облако, внутрь которого электрическое поле не может проникнуть, пока его плотность не уменьшится. За это время часть электронов и дырок успевает рекомбинировать. Таким образом собранный заряд уменьшается.) Токовый импульс детектора поступает в зарядочувствительный предусилитель. В зарядочувствительном предусилителе токовый импульс преобразуется в импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна энергии частицы. Далее сигналы через усилитель поступают в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).
АЦП генерирует число, линейно зависимое от амплитуды сигнала усилителя. Число, которое генерирует АЦП, таким образом пропорционально энергии частицы. Генерируемое АЦП число служит для адресации ячейки памяти (канале), соответствующей определенному диапазону амплитуд. Каналы последовательно нумеруются так, что бо'льшим амплитудам соответствуют бо'льшие номера каналов. По мере набора статистики в памяти ЭВМ формируется амплитудный спектр - зависимость количества событий от номер канала. Этот спектр можно просмотреть на дисплее, распечатать и обработать.