Детекторы фотонные

Фотонные детекторы. Фотонные детекторы реализуют явление внутреннего фотоэффекта, при котором носители заряда не покидают материал детектора, а переходят в зону проводимости либо с примесного уровня, либо из валентной зоны. Спектральный ход детектирующей способности распространенных фотонных детекторов показан на рис. 7.6. [c.212]

Основным методом спектрометрии ядерных излучений является измерение ионизационного или сцинтилляционного эффекта, производимого первичной или вторичной заряженной частицей, причем хорошие результаты дают лишь относительные измерения энергии частиц. Абсолютные измерения требуют определения с малой погрешностью энергии, затрачиваемой на создание одной пары ионов в ионизационных камерах, электроннодырочной пары в полупроводниковых детекторах, фотона люминесценции в сцинтилляторах. Необходимо еще знать коэффициенты усиления, а для сцинтилляционных счетчиков — и конверсионную эффективность фотокатода, и вероятность попадания фотонов на фотокатод, и т. д. В то же время при относительных измерениях энергию заряженных частиц можно определить с точностью в несколько раз большей, чем ширина распределения амплитуд импульсов, т. е. даже в сцинтилляционных спектрометрах доступно сравнение энергии заряженных частиц с погрешностью около 1 %. [c.95]

Эффективность детектора фотонного излучения зависит от материала, из которого сделан счетчик, толщины стенок и энергии фотонов. Это связано со сложным характером взаимодействия у-излучения с веществом (фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пары, сечения которых зависят не только от энергии у-квантов, но и от атомного номера элемента 2). При изменении энергии у-излучения мощность экспозиционной дозы, измеренная в воздухе, пропорциональна ионизации в полости камеры и зависит от материала стенок камеры. [c.110]

Потребности производства вызвали разработку и внедрение новых методов исследования качественного и количественного анализа поверхностных слоев. Развитие получили методы, основанные на зондирующем воздействии на образец пучками фотонов, электронов, ионов, нейтральных частиц, электрического и магнитного полей и др. Все они (кроме магнитного поля) вызывают эмиссию вторичных частиц электроиов, ионов, фотонов или нейтральных атомов, передающих информацию о поверхности соответствующему детектору. Очевидно, что анализы проводятся в вакууме, и поэтому указанные методы применимы только для анализа твердых поверхностей. Большинство иа этих методов имеет разрешение по глубине не более 10 нм. [c.246]

Фотоионизационный детектор обладает высокой пороговой чувствительностью 10 "—10 моль/с. В основе его действия лежит газовый разряд постоянного тока в потоке инертного газа. В разряде образуются метастабильные атомы газа, например аргона. При отдаче избыточной энергии возникает поток фотонов, на пути которого размещается ионизационная камера с двумя коллекторными электродами. Происходящий в камере процесс можно описать схемой [c.44]

Из различных видов фотоэлектрических детекторов излучения, основанных на внутреннем и внешнем фотоэффекте (фотоэлементы, фотосопротивления, фотоумножители, счетчики фотонов, электронно-оптические преобразователи и усилители, фотодиоды), для измерений в УФ- и видимой областях спектра наибольшее распространение получили фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и фотодиоды. [c.79]

Рассмотрение процессов, происходящих при прохождении пучка 7-квантов через вещество, начнем с простой схемы. Пусть имеется какой-либо источник 7-квантов, испускающий параллельный пучок фотонов интенсивности Л о- Фотоны попадают на пластину какого-либо вещества, толщина которой равна х. Если за пластиной поместить детектор, то интенсивность пучка у-кван-тов, попавших в детектор, окажется меньше, чем т. е. произойдет ослабление первичного пучка. [c.175]

Фотоэмиссионные детекторы основаны на фотоэлектрическом эффекте, который представляет собой испускание электронов щелочными металлами (цезий, натрий и калий), на которые попадает световая энергия. Такой фотоэлектрический детектор называется фотоэлементом (рис. 10.29. Катод покрывается одним из указанных выше щелочных металлов. Фотон с энергией Е = h ударяет катод и вызывает испускание электрона. Если электростатический потенциал между катодом и анодом положителен, то электроны направляются к аноду и ток регистрируется, амперметром. [c.175]

Фотонные детекторы Трубка фотоумножителя [c.176]

Детекторы могут фиксировать электроны, рентгеновские лучи или катодолюминесцентный свет (фотоны) (рис. 27.14). Один такой детектор помещается в камере с образцом (основное изображение обусловлено эмиссией вторичных электронов). Сигнал детектора усиливается и поступает в электроннолучевую трубку. По мере того как пучок электронов сканирует по поверхности образца, поступающая информация модулирует растр электроннолучевой трубки, сканирующей синхронно с пучком электронов. Каждой точке растра электроннолучевой трубки отвечает точка на поверхности образца, причем интенсивность электроннолучевой трубки изменяется в соответствии с интенсивностью сигнала, генерированного электронами, пронизывающими поверхность образца. [c.110]

Задача детекторной электроники заключается в том, чтобы собрать полный заряд, создаваемый каждым рентгеновским фотоном, н преобразовать его в импульс напряжения, который далее подвергается обработке либо для последующего счета, либо отображения. Среднее число электронов, генерируемое рентгеновским фотоном, попадающим в детектор, равно [c.199]

Естественное расширение обоих пиков обусловлено тем, что каждый моноэнергетический фотон, входящий в детектор, приводит к образованию неодинакового количества пар электрон — ион, так как имеется несколько конкурирующих механизмов рассеяния энергии первичного фотона. Разрешение детектора в процентах определяется как умноженное на 100 отношение ширины кривой распределения импульсов на полувысоте и средней амплитуды пика. Разрешение нормально работающего счетчика составляет 15—20%. Распределение импульсов должно иметь приблизительно гауссову форму и не содержать больших асимметричных хвостов. Желательно время от времени проверять это распределение, так как неисправности электроники и деградация трубки счетчика могут приводить к изменению положения пика, его ширины и/или симметрии, делая тем самым неверной предварительную установку одноканального анализатора. [c.204]

Ключом к пониманию работы спектрометра с дисперсией по энергии служит то, что амплитуды импульсов, производимых детектором, в среднем пропорциональны энергии входящего рентгеновского кванта. Основной процесс детектирования, с помощью которого происходит пропорциональное преобразование энергии фотона в электрический сигнал, иллюстрируется на рис. 5.17. Невозмущенный 51 (Ь1)-кристалл обладает зонной структурой (описание зонной структуры дано в обсуждении катодолюминесценции в гл. 3), в которой состояния в зоне проводимости свободны, а состояния в валентной зоне заполнены. При захвате высокоэнергетического фотона электроны перебрасываются в зону проводимости, оставляя дырки в валентной зоне. При наличии напряжения смещения электроны и дырки разделяются и собираются электродами, расположенными на поверхностях кристалла. Захват фотонов осуществляется путем фотоэлектрического поглощения. Падающий рентгеновский фотон вначале поглощается атомом кремния и испускается высоко-энергетический электрон. Затем этот фотоэлектрон по мере того, как он движется в кремниевом детекторе и испытывает неупругое рассеяние, генерирует электронно-дырочные пары. Атом кремния остается в состоянии с высокой энергией, поскольку на испускание фотоэлектрона потребовалась не вся энергия рентгеновского кванта. Эта энергия впоследствии выделяется либо в виде оже-электрона, либо в виде кванта рентгеновского характеристического излучения кремния. Оже-электрон испытывает неупругое рассеяние и также создает электронно-дырочные пары. Кванты рентгеновского излучения кремния могут повторно поглощаться, инициируя процесс снова, или неупруго рассеяться. Таким образом, имеет место последовательность событий, в результате чего вся энергия первичного фотона остается в детекторе, если только излучение, генерируемое в одном из актов [c.213]

ЭТОЙ последовательности, например фотон /(а-излучения кремния, не выходит из детектора (рис. 5.17). Детектор чувствителен также к попадающим в него высокоэнергетическим электронам такие электроны могут непосредственно создавать носители заряда. [c.214]

Термином диапазон одновременного приема обозначается часть спектра, которую можно измерить в любой момент времени. Для кристалл-дифракционного спектрометра будет измерено только то излучение, углы дифракции которого близки к выбранному углу Брэгга. Спектрометр с дисперсией по энергии, с другой стороны, имеет большой диапазон приема и, следовательно, будет обрабатывать все принятые импульсы. Однако термина одновременное обнаружение следует избегать, поскольку ранее было описано, что два фотона, входящие в детектор одновременно, фиксируются многоканальным анализатором ошибочно как один с суммарной энергией. [c.261]

Измеренное число фотонов М(Е) в энергетическом интервале от Е до Е-]-АЕ, генерируемое за время t пучком электро,но в с током i (электронов в секунду) и собираемое детектором с эффективностью Ре в телесном угле Q, равно [c.107]

Здесь E (фактор поглощения для непрерывного излучения) представляет собой вероятность поглощения фотона с энергией Е внутри мишени. В уравнении (8.3) член i2/4n, который представляет собой часть сферы, находящейся в поле зрения детектора, равен доле фотонов, испускаемых только в направлении к детектору, если генерация непрерывного излучения изо- [c.107]

Обработка рентгеновского излучения детектором и электроникой занимает определенный период времени. После прибытия одного фотона система регистрации, как говорят, мертва в течение некоторого времени, потому что любой рентгеновский фотон, пришедший в это мертвое время , не будет зарегистрирован. Мертвое время имеет величину 200-300 не, что позволяет обрабатывать скорости счета вплоть до 10 импульсов в секунду. [c.75]

Рентгеновское излучение с различной энергией будет зарегистрировано в разных каналах. Однако не все рентгеновские фотоны с одинаковой энергией будут посчитаны в одном и том же канале. Физические процессы в детекторе вызывают флуктуации числа электронов, образованных для данной энергии фотона, а электронный шум в усилителях вызывает дальнейшие флуктуации амплитуды импульса. В результате отсчеты будут собраны в каналах с меньшим и большим номерами, чем ожидаемый, и в спектре будет наблюдаться пик с формой, близкой к гауссовой, а не резкая линия. Ширину пика выражают как ширину на половине высоты пика в электронвольтах. Разрешение спектрометра определяется как ширина пика Мп К-Ьз,2 (5,89 кэВ) и обычно составляет около 150 эВ. В табл. 8.3-9 приведены ширины пиков К-Ьз,2 алюминия, железа и молибдена. Ширина пика увеличивается с ростом энергии. Разрешение спектрометров с ЭД слишком мало, чтобы разделить пик К-Ьз,2 [c.79]

На вид спектра существенное влияние оказывают следующие процессы взаимодействия 7-излучения с детектором фотоэлектрический эффект, эффект Комптона и образование пар. Они проиллюстрированы на рис. 8.4-7 вместе с идеализированным спектром, показывающим вклад отдельных типов взаимодействий в образование спектра. Фотоэлектрический эффект преобладает в области низких энергий и его вероятность быстро уменьшается с ростом энергии 7-излучения. Вероятность эффекта Комптона медленно падает с ростом энергии фотона, а вероятность процесса образования пар быстро увеличивается при увеличении энергии фотона выше порогового значения 1,02 МэВ. [c.109]

В ближнем ИК-диапазоне обычно используют фотонные детекторы на основе сульфида свинца, которые работают при комнатной температуре. [c.171]

Для элементного анализа главным образом используют рентгеновскую спектроскопию. Ее преимуществами являются простая процедура количественной обработки, высокие отношения сигнал/шум (см. также рис. 10.2-10). Недостатки рентгеновского анализа в варианте АЭМ вытекают из чрезвычайно малого объема, в котором происходит взаимодействие. Например, для образца толщиной 10 нм при диаметре пучка 10 нм объем, в котором происходит возбуждение, составляет всего 10 мкм , что соответствует анализируемой массе приблизительно 10" -10 г. Кроме того, эффективность сбора рентгеновских лучей определяется пространственным углом детектора. Вследствие изотропного характера рентгеновского излучения только часть фотонов (10 -10" ) регистрируется детектором. Это ограничивает пределы обнаружения рентгеновского микроанализа до 10 °-10" г, если энергодисперсионные детекторы с большим углом сбора фотонов установлены близко к месту электронного воздействия. Пространственное разрешение (например, при получении профиля концентраций поперек межфазной границы) составляет величину порядка 10-20 нм. [c.338]

Типичное устройство детектора в деталях приведено на рис. 5.16. Легированный литием кристалл кремния монтируется на конце лладопровода, подсоединенного к резервуару с жидким азотом, являющимся обычным сосудом Дьюара, Готовая камера светонепроницаема, что препятствует генерации нежелательных электронно-дырочных пар в кристалле детектора фотонами нерентгеновс кого излучения. Она к тому же вакуумиро-вана как для предотвращения загрязнения, так и для того, чтобы было легче поддерживать низкую температуру, необходимую для уменьшения шума. Низкая температура необ.ходима также [c.211]

Рекристаллизованный ПУ используется так же, как анизотропный поглотитель фотонов высокой энергии (16 ГэВ), а, также в качестве ралиаяионных детекторов. [c.458]

В фотоионизационном Д. х. источником ионизации служит УФ излучение, под действием к-рого анализируемое в-во ионизируется, образуя ион и электрон. При этом энергия фотона должна быть больше потенциала ионизации анализируемого в-ва. В результате проводимость газовой среды в детекторе резко увеличивается и возрастает пропорционально концентрации в-ва. Детектор состоит из источника излучения, примыкающего к ионизационной камере с двумя электродами, используемыми для измерения тока ионизации. Используя лампу с энергией излучения 11,7 эВ, возможно анализировать соед. разл. классов, включая алифатич. углеводороды. Подбирая излучение с подходящей энергией, можно избирательно анализировать соед., обладающие разл. потенциалами ионизации. Детектор относится к концентрационному недеструктивному типу, поэтому целесообразно использовать его при последоват. соединении с др. детекторами, напр. ПИД. [c.26]

Метод определения времени жизни, основанный на измерении длительности суп1ествования позитрона. В этом методе источником позитронов служит изотоп 2 Na в форме Na I. Одновременно с позитроном источник испускает также v-квант. Аннигиля-ционные фотоны регистрируются двумя разными Детекторами. Разделение во времени сигналов от двух детекторов определяет время жизни позитрона. [c.305]

Наиболее широко используемым детектором в растровой электронной микроскопии является система сцинтиллятор — фотоумножитель, современная форма которой разработана Эверхартом и Торнли [78]. Этот детектор, показанный на рис. 4.17, действует следующим образом. Электрон с высокой энергией попадает на сцинтиллятор, которым служат легированные пластмассы или стекло, или такое соединение, как СаРг, легированное европием (обзор по сцинтилляторам можно нанти в работе [79]). Электрон создает фотоны, которые поступают по световоду (стержень из пластмассы или стекла с полным внутренним отражением) на фотоумножитель. Так как сигналом теперь является световое излучение, то оно может проходить через кварцевое окно на фотоумножитель, который изолирован от вакуумной системы РЭМ. [c.124]

И без нее. Первая особенность, которую нужно отметить — присутствие в обоих спектрах пиков 2Рекд и Ре/Сд -гРет р. Эти пики обусловлены одновременным поступлением на кристалл детектора двух Релгд или Релг й Рел р фотонов, создающих такое же количество электронно-дырочных пар, как и один фотон с суммарной энергией. Они не могут исключаться схемой подавления наложения импульсов, но долю таких пиков по отношению к главному характеристическому пику можно уменьшить до очень низкого уровня, поддерживая низкую скорость счета. В любом случае при проведении количественного анализа для получения точной интенсивности пика Ка следует добавлять к интенсивности /Са-лика интенсивность пика Ка-гК и удвоенную интенсивность пика 2Ка- [c.228]

Это обстоятельство явилось причиной значительной путаницы в литературе, так как уравненне (8.1) часто неправильно применяют для описания формы спектрального распределения фона, генерируемого в объеме образца. Уравнение (8.2), описывающее интенсивность непрерывного излучения, обсуждалось в гл. 3. Неясность в определении интенсивности усугубилась несомненно тем, что neipBbie ионизационные детекторы суммировали полную собранную энергию излучения, а не проводили счета отдельных рентгеновских фотонов. Такой ионизационный детектор давал бы одинаковый выходной сигнал как для одного фотона с энергией 2Е, так -и для двух фотонов с энергией Е, одновременно входящих в детектор. Различие в форме двух кривых, описываемых выражениями (8.1) и (8.2), показано на рис. 8.4. [c.107]

Представляет собой количество фотонов характеристического рентгеновского излучения, регистрируемого детектором с диспероией по энергии, и является одной из величин, которые требуются в любом методе восстановления количественных данных, например в м>етоде трех поправок. [c.120]

Для получения точных значений iИнтeн lИвнo тeй пиков следует вводить коррекцию на мертвое время, связанное с измерением рентгенО Бского излучения. Мертвое время представляет собой интервал времени после попадания фотона в детектор, в течение которого система ще может реагировать иа другой импульс. Мертвое время для спектрометра с дисперсией по энергии корректируется непосредственно электронными схемами обработки импульса в процессе спектр альных измерений, как описано в гл. 5. Исследавателю следует соблюдать указанные там предосторожности для проверки м выбора необходимых условий работы системы коррекции мертвого времени. [c.140]

Воспроизводимость связана с различными источниками шума в системе АЭС дробовой шум из-за случайной эмиссии и прихода фотонов на детектор, фликкер-шум из-за некоторой возможной нестабильности прибора и шум детектора. Воспроизводимость может быть также ограничена гетерогенностью пробы, когда проводят прямой анализ твердых проб. Искра высокого напряжения, пламя и плазма демонстрируют хорошую воспроизводимость с 5 порядка 1% или даже ниже. Эти величины получают при работе с содержаниями по меньшей мере в 20-50 раз выше предела обнаружения. Воспроизводимость, получаемая с дуговой системой, сравнительно хуже, порядка 5-10 % Зг- Вот почему дугу используют главным образом для качественного или полуколи-чественного анализа. [c.35]

Для коротковолнового рентгеновского излучения эффективность пропорционального счетчика становится крайне низкой. Фотоны с высокой энергией проходят через газ без поглощения. Поэтому для длины волны ниже 2 А используют сцинтилляционный счетчик (рис. 8.3-12). В качестве сцинтиллятора используют активированный таллием монокристалл иодида натрия NaI(Tl). Поглощение кристаллом рентгеновско о излучения приводит к испусканию све-товьк фотонов с длиной волны 410 нм. Эти фотоны попадают на фотокатод фотоумножителя, где вновь образуются электроны, которые ускоряются первым динодом электронного умножителя. При ударе образуются два или более вторичных электрона, которые ускоряются ко второму диноду, где образуется еще больше электронов. На последнем диноде заряд достаточно велик для того, чтобы предусилитель мог преобразовать его в импульс напряжения. Сцинтилляционный счетчик также формирует один импульс для каждого рентгеновского фотона, попадающего в детектор, и амплитуда этого импульса также пропорциональна энергии фотона. [c.74]

Устройство 81(Ь1)-детектора показано на рис. 8.3-15. К переднему контакту кристалла приложено отрицательное напряжение 500 В. Когда в детектор попадает рентгеновское излучение, его энергия поглощается кристаллом. Это приводит к образованию так называемых электронно-дырочных пар. Электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, оставляя в валентной зоне положительные дьфки . Таким образом, крис 1алл временно становится проводящим. Благодаря приложенному напряжению смещения электроны уходят к заднему контакту, а дьфки — к переднему, л в течение очень короткого момента времени через кристалл протекает ток. Это ок пропорционален энергии рентгеновского фотона, попавшего в детектор. Энергия создания одной пары электрон-дьфка в кремнии равна 3,85 эВ, так что рентгеновский фотон 6,400 кэВ (Ре К-Ьз,а) образует 1662 электрона. [c.78]

Каждый рентгеновский фотон, попадающий в детектор, вызывает один импульс напряжения. Однако, поскольку на детектор приходят рентгеновские фотоны с различной энергией, нужно измерить амплитуду импульса, которая пропорциональна энергии каждого фотона. Электронная схема, выполняющая эту задачу, состоит из трех частей линейный (импульсный) усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и память. Для иллюстрации их функций рассмотрим рентгеновский фотон Ре К-Ьз,2, который образует в детекторе 1662 электрона. Предусилитель преобразует этот заряд в напряжение, скажем, 32 мВ. Дальнейшее усиление в линейном усилителе приведет к колоколообразному импульсу амплитудой 3,20 В. Амплитуда импульса измеряется АЦП, приводя к цифровому значению 320. В результате содержимое памяти по адресу (или канала) 320 будет увеличено на единицу. При повторении этого процесса для каждого рентгеновского фотона, попавшего в детектор, в память будет записан спектр. Используют память с числом каналов 1024 (1К) или 2048 (2К) (здесь К — килобайт. — Перев.). Если каждый канал соответствует 20 эВ, это покрывает диапазон энергий от О до 20 или от О до 40кэВ. [c.79]

Время на обработку одного рентгеновского фотона (мертвое время) составляет от 10 до 30 МКС. Следовательно, спектрометры РФСЭД могут работать со скоростями счета до 40 килоимпульсов в секунду. Эффективность 81(Ы)-детектора падает при низких энергиях (< 2кэВ) из-за поглощения рентгеновского излучения Ве-окном. [c.79]

В процессе образования пар фотон теряет полную энергию за счет образования пары е -е+ в кулоновском поле ядра. Это преобразование возможно лишь тогда, когда энергия падающего фотона превышает 1,02 МэВ, что эквивалентно удвоенной массе покоя электрона. Любая энергия выше этого порогового значения проявляется как энергия пары е -е . Полученный таким образом позитрон обычно замедляется и одновременно аннигилирует с электроном в детекторе, образуя два фотона аннигиляции 0,511 МэВ. Эти фотоны могут поглотиться в детекторе или покинуть его. Выход одного или обоих фотонов вызывает появление пика одиночного вылета при энергии = 0,511 МэВ или ттка двойного вылета при энергии Е = 1,02 МэВ. Поглощение фотонов аннигиляции приводит к спектральному пику при 0,511 МэВ. Однако фотоны ашгигиляции 0,511 МэВ гораздо большей интенсивности образуются также из позитронов, испускаемых радионуклидами (см. табл. 8.4-1). И в этом случае большие детекторы увеличивают вероятность поглощения детектором обоих фотонов аннигиляции за счет последующих взаимодействий, дающих вклад в пик полной энергии. [c.111]

Для измерения энергии и интенсивности характеристического рентгеновского излучения используют спектрометры с волновой и энергетической дисперсией (рис. 10-2.9). Энергодисперсионные рентгеновские спектрометры регистрируют одновременно все длины волн в спектре, позволяя проводить определение элементов от Ве до и (при использовании безоконных детекторов). Эти спектрометры состоят из полупроводникового детектора (кремния, легированного литием), преобразующего энергию фотонов в электрические импульсы, напряжение которых пропорционально энергии фотонов. Таким образом происходит дискриминация фотонов по энергиям. Разрешение энергодисперсионных спектрометров составляет около 140 эВ для линий средней энергии [c.333]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология