ПРОБЛЕМА ОТРИМАННЯ КОМБІНОВАНИХ ГАММА-ТА ОПТИЧНИХ ДЕТЕКТОРІВ ДЛЯ РЕЄСТРАЦІЇ ШВИДКИХ ЯДЕРНИХ ПРОЦЕСІВ

Анотація

Підвищення чутливості та розширення спектрального діапазону детекторів γ-випромінювання за останні десять років призвело до значних успіхів у галузі природничих і технічних наук. Однією з визначних подій у цій галузі є поява перших повідомлень про створення комерційних кристалів CsPbBr₃ у 2016 році, а також заявлена можливість їх застосування в ядерній медицині, геофізиці та астрофізиці. На сьогодні відомо, що кристали CsPbBr₃ є напівпровідниками з великим середнім атомним номером 57,35 а. м. u. Ширина забороненої зони 4,5 еВ легко регулюється під час виготовлення кристала та під дією зовнішнього електричного поля. Енергія утворення електронно-діркової пари становить 5,3 еВ. Це дозволяє використовувати спектроскопічне обладнання в експедиційних умовах без використання охолодження. Високі значення добутку швидкості рухливості зарядів μ на час їх життя τ складають μτ = 8∙10^-4 см²/В. В даний час середній розмір кристала становить 3x3x0,9 мм. У роботи отримано, що у разі поперечних перерізів детекторів S = 9 mm² отримуються високоточні деталізовані рентгенівські та γ-спектри в діапазоні енергій 0,01–1 МеВ. У цьому випадку корпус детектора ефективно поглинає падаючі кванти і має високу продуктивність електронно-діркових пар. У разі енергій, перевищуючих 1,022 МеВ, спектр падаючого випромінювання спотворюється спільною дією, пов'язаною з появою електрон-позитронних пар в інтенсивному навколо ядерному полі кристалічних атомів, розсіюванням Комптона γ-квантів, атомним фотоефектом і когерентним розсіянням квантів на електронах, власною люмінесценцією, ожеелектронами. Автором використано колекція емпіричних вимірювань лінійного коефіцієнта поглинання γ-випромінювання, які дозволяють уникнути непотрібних складних розрахунків і експериментів. Виражена нелінійність k_E дозволяє вибрати оптимальну геометрію детекторів. Зроблено розрахунок із відношення поглинених даного типу γ-квантів до енергії утворення однієї електронно-діркової пари 5,3 еВ. Незважаючи на уявні проблеми теоретичного підходу та вироблення кристалів, точність реєстрації розглянутими детекторами вже досягла кількох процентів. В основній частині статті розглянуто роботу електроніки у режимі підрахунку імпульсів, аналіз форми імпульсів і їх вплив на результуючий спектр . У наших попередніх роботах ми розраховували потоки γ-квантів у вибухових термоядерних процесах. На 1 см² детектора від астрофізичного об'єкта за 20 мкс потрапило 180 фотонів з енергією не більше 10 МеВ. Тому необхідно, щоб детектований γ-спектр міг містить безперервні фонові кванти та лінії випромінювання. Запропоновано алгоритм виділення ліній і неперервного спектра. Зроблено схемні рішення для емуляції генератора сигналів необхідної форми, що утворюються після проходження квантів жорсткого рентгенівського та м’якого γ-випромінювання скрізь CsPbBr₃. Надано увагу перспективам розвитку теорії та практики бінарних детекторів нового покоління.