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

Автор(и)

  • Марко Д. Дойков Пловдівський університет «Паїсій Хілендарський», Фізико-технологічний факультет, Bulgaria

DOI:

https://doi.org/10.18524/1810-4215.2023.36.290774

Ключові слова:

γ-спектроскопія, детектори CsPbBr3, іонізаційні промені, високошвидкісний інтерфейс, швидка діагностика ядерних перетворень, зв'язок сигнал-шум

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 kE 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.

Посилання

Doikov D. N.: 2022, Odessa Astron. Publ., 35, 18.

Doikov M. D.: 2022, Odessa Astron. Publ., 35, 24.

Doikov D. N., Doikov M. D.: 2023, FAS, 61, in press.

Feng Y.: 2020, Master Degree Thesis. Univ. of North Carolina at Chapell Hill, 70 p.

Liu F., Wu R., Wei J., Nie W., Mohite A.D., Brovelli S., Manna L., Li H.: 2022, ACS Energy Lett., 7(3), 1066.

López C. A., María Consuelo Alvarez-Galván C. A., Hong B.-K., Martínez-Huerta M. V., Serrano-Sánchez F., Carrasco F., Castellanos-Gómez A., Fernández-Dı́ az M. T., Alonso J. A.: 2020, ACS Omega, 5(11), 5931.

Ma W., Liu L., Qin H., Gao R., He B., Gou S., He Y., Ouyang X.: 2023, Sensors, 23, 1.

Rogalski A., Bielecki Z.: 2004, Bull. of the Polish Ac. of Sciences. Technical Sciences, 52(1), 43.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-04

Номер

Розділ

Астрофізика (зоряні атмосфери, взаємодіючі подвійні системи, змінні зорі)