МОДЕЛЬ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ПЕРВИННОМУ І ВТОРИННОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧАХ ДЕТЕКТОРА ДЛЯ СИСТЕМ РАДІАЦІЙНОГО КОНТРОЛЮ

Анотація

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.