Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения
Для проведения исследований в области физики высоких энергий, ядерной физики, ядерной энергетики и в различных областях прикладных исследований в условиях воздействия дестабилизирующих факторов окружающей среды разработаны и используются герметизированные модули неохлаждаемых кремниевых планарных де...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17046 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения / Г.П. Васильев, В.К. Волошин, С.К. Киприч, Н.И. Маслов, С.В. Наумов, С.М. Потин, В.И. Яловенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 200-204. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17046 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Васильев, Г.П. Волошин, В.К. Киприч, С.К. Маслов, Н.И. Наумов, С.В. Потин, С.М. Яловенко, В.И. 2011-02-18T13:12:17Z 2011-02-18T13:12:17Z 2010 Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения / Г.П. Васильев, В.К. Волошин, С.К. Киприч, Н.И. Маслов, С.В. Наумов, С.М. Потин, В.И. Яловенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 200-204. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17046 539.1.074.5: 620.179.152 Для проведения исследований в области физики высоких энергий, ядерной физики, ядерной энергетики и в различных областях прикладных исследований в условиях воздействия дестабилизирующих факторов окружающей среды разработаны и используются герметизированные модули неохлаждаемых кремниевых планарных детекторов. Методы герметизации модулей детекторов предусматривают применение методов сварки, пайки, приклеивания. Стабильность параметров детекторных модулей в процессе эксплуатации обеспечивается комплексом мероприятий, включая применение рациональных конструктивных и технологических решений, а также чистоту используемых материалов. Применение металлических элементов корпуса, использование клеев с низким уровнем газовыделения, проведение процесса герметизации в условиях контролируемой атмосферы с пониженным содержанием паров воды позволяет обеспечивать требуемую стабильность. Для захисту від дії дестабілізуючих чинників навколишнього середовища при проведенні досліджень в області фізики високих енергій, ядерної фізики, ядерної енергетики і в різних областях прикладних досліджень розроблені і використовуються герметизовані модулі неохолоджуваних кремнієвих планарних детекторів. Методи герметизації модулів детекторів передбачають застосування процесів зварювання, паяння, приклеювання. Стабільність параметрів детекторних модулів в процесі експлуатації забезпечується комплексом заходів, включаючи застосування раціональних конструктивних і технологічних рішень, а також чистоту матеріалів, що використовуються. Застосування металевих елементів корпусу, використання клеїв з низьким рівнем газовиділення, проведення процесу герметизації в умовах контрольованої атмосфери з пониженим вмістом парів води дозволяє забезпечувати необхідну стабільність. Encapsulated modules of uncooled silicon planar detectors have been developed and manufactured for protection against the influence of environment destabilizing factors during research in high energy physics, nuclear physics, nuclear power engineering and different kind of applied tasks. The existing methods of detector modules encapsulation usually use the process of welding, soldering, gluing. Onstream stability of detector modules parameters is provided by the complex of actions including application of rational design, technological process, as well as pure materials use. Application of metal case, use of adhesives with low collected volatile condensable material, carrying out the encapsulation process in the conditions of controllable atmosphere with low amount of water steam assure required stability. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Применение ускорителей Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения Герметизовані модулі кремнієвих детекторів іонизуючого випромінювання Encapsulated modules of silicon detectors of ionizing radiation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| spellingShingle |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения Васильев, Г.П. Волошин, В.К. Киприч, С.К. Маслов, Н.И. Наумов, С.В. Потин, С.М. Яловенко, В.И. Применение ускорителей |
| title_short |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| title_full |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| title_fullStr |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| title_full_unstemmed |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| title_sort |
герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения |
| author |
Васильев, Г.П. Волошин, В.К. Киприч, С.К. Маслов, Н.И. Наумов, С.В. Потин, С.М. Яловенко, В.И. |
| author_facet |
Васильев, Г.П. Волошин, В.К. Киприч, С.К. Маслов, Н.И. Наумов, С.В. Потин, С.М. Яловенко, В.И. |
| topic |
Применение ускорителей |
| topic_facet |
Применение ускорителей |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Герметизовані модулі кремнієвих детекторів іонизуючого випромінювання Encapsulated modules of silicon detectors of ionizing radiation |
| description |
Для проведения исследований в области физики высоких энергий, ядерной физики, ядерной энергетики и в различных областях прикладных исследований в условиях воздействия дестабилизирующих факторов окружающей среды разработаны и используются герметизированные модули неохлаждаемых кремниевых планарных детекторов. Методы герметизации модулей детекторов предусматривают применение методов сварки, пайки, приклеивания. Стабильность параметров детекторных модулей в процессе эксплуатации обеспечивается комплексом мероприятий, включая применение рациональных конструктивных и технологических решений, а также чистоту используемых материалов. Применение металлических элементов корпуса, использование клеев с низким уровнем газовыделения, проведение процесса герметизации в условиях контролируемой атмосферы с пониженным содержанием паров воды позволяет обеспечивать требуемую стабильность.
Для захисту від дії дестабілізуючих чинників навколишнього середовища при проведенні досліджень в області фізики високих енергій, ядерної фізики, ядерної енергетики і в різних областях прикладних досліджень розроблені і використовуються герметизовані модулі неохолоджуваних кремнієвих планарних детекторів. Методи герметизації модулів детекторів передбачають застосування процесів зварювання, паяння, приклеювання. Стабільність параметрів детекторних модулів в процесі експлуатації забезпечується комплексом заходів, включаючи застосування раціональних конструктивних і технологічних рішень, а також чистоту матеріалів, що використовуються. Застосування металевих елементів корпусу, використання клеїв з низьким рівнем газовиділення, проведення процесу герметизації в умовах контрольованої атмосфери з пониженим вмістом парів води дозволяє забезпечувати необхідну стабільність.
Encapsulated modules of uncooled silicon planar detectors have been developed and manufactured for protection against the influence of environment destabilizing factors during research in high energy physics, nuclear physics, nuclear power engineering and different kind of applied tasks. The existing methods of detector modules encapsulation usually use the process of welding, soldering, gluing. Onstream stability of detector modules parameters is provided by the complex of actions including application of rational design, technological process, as well as pure materials use. Application of metal case, use of adhesives with low collected volatile condensable material, carrying out the encapsulation process in the conditions of controllable atmosphere with low amount of water steam assure required stability.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17046 |
| citation_txt |
Герметизированные модули кремниевых детекторов ионизирующего излучения / Г.П. Васильев, В.К. Волошин, С.К. Киприч, Н.И. Маслов, С.В. Наумов, С.М. Потин, В.И. Яловенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 200-204. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vasilʹevgp germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT vološinvk germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT kipričsk germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT maslovni germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT naumovsv germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT potinsm germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT âlovenkovi germetizirovannyemodulikremnievyhdetektorovioniziruûŝegoizlučeniâ AT vasilʹevgp germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT vološinvk germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT kipričsk germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT maslovni germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT naumovsv germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT potinsm germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT âlovenkovi germetizovanímodulíkremníêvihdetektorívíonizuûčogovipromínûvannâ AT vasilʹevgp encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT vološinvk encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT kipričsk encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT maslovni encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT naumovsv encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT potinsm encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation AT âlovenkovi encapsulatedmodulesofsilicondetectorsofionizingradiation |
| first_indexed |
2025-11-26T08:38:53Z |
| last_indexed |
2025-11-26T08:38:53Z |
| _version_ |
1850616035203350528 |
| fulltext |
УДК 539.1.074.5: 620.179.152
ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ МОДУЛИ КРЕМНИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Г.П. Васильев, В.К. Волошин, С.К. Киприч, Н.И. Маслов, С.В. Наумов, С.М. Потин,
В.И. Яловенко
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: nikolai.maslov@kipt.kharkov.ua
Для проведения исследований в области физики высоких энергий, ядерной физики, ядерной энергетики и в
различных областях прикладных исследований в условиях воздействия дестабилизирующих факторов окру-
жающей среды разработаны и используются герметизированные модули неохлаждаемых кремниевых планар-
ных детекторов. Методы герметизации модулей детекторов предусматривают применение методов сварки,
пайки, приклеивания. Стабильность параметров детекторных модулей в процессе эксплуатации обеспечивает-
ся комплексом мероприятий, включая применение рациональных конструктивных и технологических реше-
ний, а также чистоту используемых материалов. Применение металлических элементов корпуса, использова-
ние клеев с низким уровнем газовыделения, проведение процесса герметизации в условиях контролируемой
атмосферы с пониженным содержанием паров воды позволяет обеспечивать требуемую стабильность.
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время рядом зарубежных фирм вы-
пускаются детекторные системы регистрации иони-
зирующего излучения на основе планарных крем-
ниевых детекторов (ПКД) различных типов и раз-
личного назначения. С целью улучшения техниче-
ских характеристик детекторных систем в большин-
стве детекторных модулей используются различные
виды охлаждения – охлаждение жидким азотом или
термоэлектрическое охлаждение [1-3]. Вместе с тем,
в ряде случаев требуемые характеристики детектор-
ных систем достигаются при использовании детек-
торных модулей при комнатной температуре.
ПКД в детекторных модулях с применением ох-
лаждения герметизируется, т.е. помещается в герме-
тичный корпус, вакуумированный или с контроли-
руемой атмосферой. Герметизация в случае охлаж-
даемых модулей применяется для предотвращения
конденсации влаги или льда на поверхности ПКД и
ухудшения их характеристик.
Условия окружающей среды также влияют на
характеристики детекторов неохлаждаемых моду-
лей, что в большинстве случаев требует применения
герметизации модулей.
2. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И
ВЛАЖНОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПЛАНАРНЫХ КРЕМНИЕВЫХ
ДЕТЕКТОРОВ
2.1. Влияние температуры на характеристики ПКД
Базовая характеристика полупроводникового де-
тектора – энергетическое разрешение, в основном
определяется темновыми токами утечки детектора.
Для неохлаждаемых ПКД темновой ток утечки оп-
ределяется выражением [4]:
,
2
WAqnI i
τ
= (1)
где q – заряд электрона; W – толщина обедненного
слоя детектора; А – активная площадь детектора;
nj – собственная концентрация носителей заряда в
полупроводниковом материале детектора; τ – эффек-
тивное время жизни неравновесных носителей.
Величина τ при фиксированной температуре оп-
ределяется концентрацией и состоянием генерацион-
но-рекомбинационных центров в объеме полупро-
водникового материала детектора и в поверхностных
слоях детектора.
Температура оказывает существенное влияние на
темновые токи утечки детектора, так как при изме-
нении температуры материала детектора изменяется
вероятность генерационно-рекомбинационных про-
цессов в объеме полупроводникового материала де-
тектора и в поверхностных слоях детектора.
На Рис.1 представлены результаты измерений
вольт-амперных характеристик детектора с активной
площадью (5×5) мм2 в зависимости от температуры
полупроводникового материала детектора.
Рис.1. Вольт-амперные характеристики в зависи-
мости от температуры полупроводникового
материала детектора
Из рисунка видно, что с ростом температуры тем-
новые токи утечки резко увеличиваются. Причем, чем
выше температура, тем сильнее прирост токов утечки
при увеличении напряжения на детекторе.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.200-204.
200
mailto:nikolai.maslov@kipt.kharkov.ua
На Рис.2 представлены результаты измерений
энергетического разрешения в зависимости от тем-
пературы полупроводникового материала детектора.
Рис.2. Энергетическое разрешение детектора
в зависимости от температуры
Энергетическое разрешение при увеличении тем-
пературы материала детектора в исследованном ин-
тервале увеличивается меньше, чем токи утечки.
Объясняется это тем, что ток утечки входит в соот-
ношение для шума детектора и предварительного
усилителя следующим образом [5]:
( )
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+⋅++⋅⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
= 2
2
22
2
2 4442
8
CACekTRi
R
kTIqeQ fnasna
p
den τ
τ ,(2
)
где e – основание натуральных логарифмов; qe – за-
ряд электрона; Id – ток утечки детектора; k – констан-
та Больцмана; T – абсолютная температура; Rp – эк-
вивалентное входное параллельное сопротивление; ina
– спектральная плотность шума входного тока преду-
силителя; τ – время формирования сигнала; Rs – экви-
валентное входное последовательное сопротивление;
ena – спектральная плотность шума входного напря-
жения предусилителя; C – суммарная входная ём-
кость; Af – спектральная плотность шумов вида 1/f.
Для дробового шума детектора в единицах заря-
да на входе предусилителя часто используют упро-
щенное соотношение:
,qI2 фq τ=σ (3)
где q – заряд электрона; τф – время формирования
сигнала в усилителе.
При остывании детектора характеристики детек-
тора восстанавливаются, в том числе и энергетиче-
ское разрешение.
2.2. Влияние влажности на характеристики ПКД
В отличие от температуры, влияние влажности
на характеристики ПКД имеет более сложный ха-
рактер. При использовании негерметизированных
детектирующих модулей на основе ПКД в закрытом
помещении при комнатной температуре было заме-
чено, что при повышении влажности (более 50%)
характеристики ПКД начинают медленно ухудшать-
ся. Медленно увеличиваются токи утечки и ухудша-
ется энергетическое разрешение. Обычно такие из-
менения начинаются весной. При уменьшении
влажности (менее 50%) ухудшившиеся характери-
стики длительное время сохраняются. Для восста-
новления характеристик детектирующих модулей
необходимо применение длительного прогрева и
вакуумирования.
На Рис.3-6 в качестве примера приведены изме-
рения характеристик детектора при воздействии
влажности. На Рис.3 и 4 показаны вольт-амперные
характеристики и спектральное распределение для
негерметизированного детектирующего модуля при
влажности 30%.
Рис.3. Вольт-амперные характеристики негермети-
зированного ПКД с активной зоной (5×5) мм2:
● - ток утечки с активной зоны; ▲- ток утечки
защитного кольца. Измерения после сборки
детектора при влажности 30%
Рис.4. Спектральные характеристики негерметизи-
рованного ПКД с активной зоной (5×5) мм2. Измере-
ния рентгеновского излучения изотопного источника
241Am после сборки детектора при влажности 30%
На Рис.5 и 6 представлены вольт-амперные харак-
теристики и спектральное распределение для негер-
метизированного детектора, измеренные после экс-
плуатации в течение года при влажности более 70%.
Как видно из этих рисунков токи утечки и спек-
тральные характеристики детекторов в результате
воздействия влажности значительно ухудшились.
Вероятно, ухудшение характеристик ПКД происхо-
дит в результате накопления влаги в приповерхно-
стных слоях детектора и изменения состояния гене-
рационно-рекомбинационных центров. Подтвер-
201
ждением этого предположения является улучшение
характеристик ПКД при прогреве.
Рис.5. Вольт-амперные характеристики негерме-
тизированного ПКД с активной зоной (5×5) мм2:
● - ток утечки с активной зоны;
▲- ток утечки защитного кольца.
Измерения через 1 год при влажности более 70%
Рис.6. Спектральные характеристики негерметизи-
рованного ПКД с активной зоной (5×5) мм2. Измере-
ния через 1 год и 8 месяцев при влажности более 70%
3. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ДЕТЕКТИРУЮЩИХ
МОДУЛЕЙ
Для защиты от воздействия дестабилизирующих
факторов окружающей среды при проведении ис-
следований в области физики высоких энергий,
ядерной физики, ядерной энергетики и прикладных
исследований разработаны и используются гермети-
зированные неохлаждаемые детектирующие модули
на основе ПКД. Разработано и изготовлено несколь-
ко типов детектирующих модулей, базовые конст-
рукции которых представлены на Рис.7, 9 и 10.
На Рис.7 изображен герметизированный модуль
для регистрации β-излучения низких энергий и
рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 5
до 50 кэВ.
Модуль содержит ПКД размером 2×2 мм, закреп-
ленный на керамической плате с промежуточными
выводами и помещенный на основании в корпусе с
входным окном, закрытым алюминиевой или берил-
лиевой фольгой. Модуль с предусилителем, разрабо-
танным и изготовленным в ННЦ ХФТИ, обеспечива-
ет без охлаждения энергетическое разрешение 1 кэВ
(Рис.8).
Рис.7. Кремниевый детектирующий модуль:
1 – кремниевый планарный детектор; 2 - керамиче-
ская плата; 3 – входное окно, алюминиевая фольга
толщиной 8 мкм; 4 – корпус; 5 – основание
Рис.8. Измерение излучения изотопного источника
Am241 герметизированным модулем на основе ПКД
с размером активной зоны (2×2) мм2
Спектрометрический модуль, рассчитанный на
диапазон энергий рентгеновского излучения от
50 кэВ до энергий γ-излучения в единицы, десятки и
сотни мегаэлектронвольт (см. Рис.8), содержит
кремниевый детектор, работающий в режиме фото-
диода, со сцинтиллятором, приклеенным к активной
зоне детектора. Для обеспечения направленного
действия модуля в корпусе также располагается
свинцовый коллиматор. Размер сцинтиллятора
СsI(Tl) 1,8×1,8×10 мм.
Рис.9. Детектирующий модуль со сцинтиллятором.
1 – кремниевый планарный детектор; 2 - керамиче-
ская плата; 3 – входное окно, алюминиевая фольга
толщиной 8 мкм; 4 – корпус; 5 – основание;
6 – сцинтиллятор; 7 – коллиматор
202
На Рис.9 показана конструкция детектирующего
модуля, используемого для регистрации частиц в
условиях вакуума.
Рис.10. Детектирующий модуль для регистрации
частиц в условиях вакуума:
1 – кремниевый планарный детектор;
2 – вакуумный фланец; 3 – предусилитель
Вместо планарного кремниевого детектора в ус-
ловиях вакуума может использоваться также детек-
тирующая система ПКД-сцинтиллятор (Рис.10,11).
Рис.11. Фотография фрагмента детектирующего
модуля со сцинтиллятором CsI(Tl): 1 – кремниевый
планарный детектор; 2 – керамическая плата;
3 – сцинтиллятор CsI(Tl) размером 1,8×1,8×10 мм
Для повышения стабильности характеристик
конструкция детектирующих модулей сделана гер-
метичной. Для изготовления детектирующих моду-
лей применялись материалы с низким уровнем газо-
выделения, а процесс герметизации проводился в
условиях контролированной атмосферы со снижен-
ным содержанием водяных паров.
Известно, что различные загрязнения и техноло-
гические материалы, попадающие на фронтальную
поверхность детектора (в том числе клеи), могут
ухудшать характеристики детектора. При выборе
клеев основное внимание уделялось их чистоте, то
есть отсутствию примесей.
Критичный участок, от которого в значительной
степени зависят характеристики детектирующей
системы «кремниевый детектор-сцинтиллятор», −
это клеевой шов между сцинтиллятором и кремние-
вым детектором. Оптические силиконовые клеи,
имеющие высокую чистоту, не обладают высокой
адгезией. Для увеличения адгезии используются так
называемые праймеры. С целью проверки влияния
праймера на характеристики ПКД были проведены
измерения энергетического разрешения до и после
применения праймера. Применение праймера уве-
личивает механическую прочность клеевого шва и
при этом не ухудшает характеристики детектора.
Благодаря комплексному подходу к вопросам
оптимизации схемотехнических решений предвари-
тельного усилителя, минимизации емкости входного
тракта усилителя, применению особо чистых мате-
риалов для приклейки сцинтиллятора к кремниево-
му PIN-фотодиоду, возможна регистрация в спек-
трометрическом режиме излучения Am241 (59,6 кэВ)
с использованием сцинтиллятора CsI(Tl).
Также возможна регистрация в спектрометриче-
ском режиме излучения изотопного источника Cs137
(пик 662 кэВ) с использованием сцинтиллятора
Lu2SiO5:Ce (LSO) (Рис.12).
Рис.12. Измерение излучения изотопного источника
Cs137 герметизированным модулем на основе де-
тектирующей системы «ПКД-сцинтиллятор».
ПКД с размером активной зоны (2×2) мм2, сцин-
тиллятор LSO размером 1,8×1,8×10 мм
На рисунке верхняя линия (В) − спектр излуче-
ния изотопного источника Cs137; нижняя линия (А) −
спектр излучения собственной радиоактивности
сцинтиллятора LSO; средняя линия (С) − спектр
излучения изотопного источника Cs137 с вычетом
спектра излучения собственной радиоактивности
сцинтиллятора LSO и шумов.
LSO − перспективный сцинтилляционный мате-
риал для детектирующих систем, работающих в ре-
жиме на совпадение. В таблице представлено сравне-
ние характеристик LSO с характеристиками традици-
онных сцинтилляционных материалов.
Сцинтил-
лятор
ρ
(г/см3)
Свето-
выход
(γ/МэВ)
λмакс.
(нм)
τ
(нс)
NaI(Tl) 3,67 38000 415 230
CsI(Tl) 4,51 54000 550 1000
BGO 7,13 9000 480 300
LSO 7,4 27000 420 40
203
Из рисунка видно, что световое излучение с дли-
ной волны 420 нм из сцинтиллятора LSO уверенно
регистрируется кремниевым PIN-фотодиодом. Этот
результат показывает возможность создания моду-
лей на основе детектирующей системы «традицион-
ный ПКД-сцинтиллятор» с применением коротко-
204
волновых сцинтилляторов, в данном случае LSO.
Такие детектирующие модули могут использовать-
ся, например, для создания систем мечения фотонов
в ядерно-физических экспериментах и медицинских
диагностических устройствах, работающих с при-
менением позитрон-эмиссионных изотопов. Ранее в
качестве светового сенсора при создании детекти-
рующих систем с использованием коротковолновых
сцинтилляторов использовался фотоэлектронный
умножитель или лавинный фотодиод [6].
ВЫВОДЫ
Изготовленные в ННЦ ХФТИ герметизирован-
ные модули неохлаждаемых планарных кремниевых
детекторов показали высокую стабильность при
использовании в экспериментах физики высоких
энергий, ядерно-физических экспериментах, в уст-
ройствах контроля концентрации элементов, в ме-
дицинских диагностических устройствах. Получен-
ные на этапе изготовления значения энергетическо-
го разрешения неохлаждаемых детекторов на уров-
не 1,0…1,2 кэВ не изменили свои значения в тече-
ние двух лет при колебаниях влажности от 30 до
100%.
ЛИТЕРАТУРА
1. H. Feng, P. Kaaret and H. Andersson. Double-layer
silicon PIN photodiode X-ray detector for a future
X-ray timing mission // NIM. 2006, v.A564,
p.347-351.
2. http://www.amptek.com/
3. http://www.iftp.ru/
4. A.S. Grove. Physics and Technics of Semiconductor
Device. New York, Wiley, 1967, Ch. 6, p.176-177.
5. Helmuth Spieler. Semiconductor detector systems.
Oxford University press. 2005, p.147.
6. F. Powolny, D. Moraes, E. Auffray, et al. Develop-
ment of a new photo-detector readout technique for
PET and CT imaging // NIM. 2007, v.A571,
p.329-332.
Статья поступила в редакцию 04.02.2010 г.
ENCAPSULATED MODULES OF SILICON DETECTORS OF IONIZING RADIATION
G.P. Vasilyev, V.K. Voloshin, S.K. Kiprich, N.I. Maslov, S.V. Naumov, S.M. Potin, V.I. Yalovenko
Encapsulated modules of uncooled silicon planar detectors have been developed and manufactured for protec-
tion against the influence of environment destabilizing factors during research in high energy physics, nuclear phys-
ics, nuclear power engineering and different kind of applied tasks. The existing methods of detector modules encap-
sulation usually use the process of welding, soldering, gluing. Onstream stability of detector modules parameters is
provided by the complex of actions including application of rational design, technological process, as well as pure
materials use. Application of metal case, use of adhesives with low collected volatile condensable material, carrying
out the encapsulation process in the conditions of controllable atmosphere with low amount of water steam assure
required stability
ГЕРМЕТИЗОВАНІ МОДУЛІ КРЕМНІЄВИХ ДЕТЕКТОРІВ ІОНИЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Г.П. Васильєв, В.К. Волошин, С.К. Кіпріч, М.І. Маслов, С.В. Наумов, С.М. Потін, В.І. Яловенко
Для захисту від дії дестабілізуючих чинників навколишнього середовища при проведенні досліджень в
області фізики високих енергій, ядерної фізики, ядерної енергетики і в різних областях прикладних дослі-
джень розроблені і використовуються герметизовані модулі неохолоджуваних кремнієвих планарних детек-
торів. Методи герметизації модулів детекторів передбачають застосування процесів зварювання, паяння,
приклеювання. Стабільність параметрів детекторних модулів в процесі експлуатації забезпечується ком-
плексом заходів, включаючи застосування раціональних конструктивних і технологічних рішень, а також
чистоту матеріалів, що використовуються. Застосування металевих елементів корпусу, використання клеїв з
низьким рівнем газовиділення, проведення процесу герметизації в умовах контрольованої атмосфери з по-
ниженим вмістом парів води дозволяє забезпечувати необхідну стабільність.
УДК 539.1.074.5: 620.179.152
3. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ДЕТЕКТИРУЮЩИХ МОДУЛЕЙ
|