Germaniumdetektoren sind Halbleiterdioden mit p-i-n-Struktur, bei denen der intrinsische (i) Bereich für ionisierende Strahlung empfindlich ist, insbesondere für Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Unter korrekt angelegter Hochspannung wird im intrinsischen Bereich ein elektrisches Feld erzeugt. Wenn Photonen mit dem Material innerhalb des abgereicherten Volumens eines Detektors wechselwirken, werden Ladungsträger (Löcher und Elektronen) erzeugt, die vom elektrischen Feld zu den p- und n-Elektroden gezogen werden. Diese Anzahl an Ladungsträgern, die proportional zur vom eingehenden Photon im Detektor deponierten Energie ist, wird von einem integrierten, ladungsempfindlichen Vorverstärker in einen Spannungsimpuls umgewandelt.
Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband aufweist, müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern (also von umgekehrtem Leckstrom) auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Andernfalls wird durch Leckstrom induziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors verschlechtert. In der Regel wird flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von 77 K als Kühlmedium für solche Detektoren verwendet. Der Detektorkristall wird in einem Kryostaten, in der ein Vakuum erzeugt wird, montiert. Dieser Kryostat kann in ein LN2-Dewar-Gefäß integriert wird oder mit eigenständigem Vakuum in dieses eingesetzt wird. Die empfindlichen Detektorflächen sind somit vor Feuchtigkeit und Kontaminationen durch Moleküle, die bei den entsprechenden Temperaturen kondensieren können geschützt.
ARTEN VON GERMANIUM-DETEKTOREN
MIRION bietet die branchenweit größte Auswahl an Detektortypen. Durch den Einsatz der entsprechenden Technologie sowohl bei den Materialien als auch bei den Verarbeitungstechniken kann MIRION den optimalen Detektor für eine Vielzahl von Anwendungen anbieten. Wir verwenden sowohl p-Typ als auch n-Typ Germanium und setzen Diffusionstechnologien, Implantationstechnologien und Schottky-Barriere-Kontakt ein, um diese Produktvielfalt zu erreichen.
Die folgenden Abbildungen und Grafiken zeigen die verschiedenen Kristalltypen, die von MIRION verfügbar sind, den abgedeckten Energiebereich und die wesentlichen Leistungsmerkmale. Detaillierte Beschreibungen, Leistungsbereiche und die Verfügbarkeit der Modelle finden Sie in den individuellen Spezifikationsblättern.
KRYOSTAT
Dieser Flüssigstickstoff-Kryostat ist die wichtigste und vielleicht die am wenigsten beachtete Komponente zur Gewährleistung einer langfristig zuverlässigen Leistung eines Ge-Detektorsystems. MIRION stellt seine eigenen Kryostaten unter höchsten Qualitätsstandards her, um eine lange Detektorlebensdauer unter den härtesten Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Der Standard-Kryostat von MIRION ist unser Slimline-Design, bei dem die Detektorkammer und der Vorverstärker in einem kompakten Zylinder zusammengefasst sind.
Niedrigenergie-Detektoren wie die Ultra-LEGI-Detektoren und Si(Li)-Detektoren verwenden angeflanschte Kryostate. Diese sind mit den Endkappen dieses Detektortyps, die einen kleinen Durchmesser (25 mm) haben, kompatibel. Geflanschte Kryostate sind als Option für andere Detektortypen von MIRION erhältlich.
MIRION bietet auch eine Modellreihe konvertierbarer Kryostate an. Diese können in Verbindung mit Detektoren, die in kleinen Endkappen verpackt sind, vor Ort rekonfiguriert werden.
Für Anwendungen, die einen Betrieb ohne Flüssigstickstoff erfordern, bietet MIRION Varianten der elektrischen Kühlung an. Ein elektrisch gekühlter Kryostat eignet sich für den Einsatz in Industrie- und Laboranwendungen.
VORVERSTÄRKER
Es gibt nur zwei grundlegende Arten von Vorverstärkern, die bei Ge-Detektoren verwendet werden. Dies sind ladungsempfindliche Vorverstärker, die entweder widerstandsgekoppelte (RC-Kopplung) oder eine gepulste Rücksetzung (gepulste optische oder Transistor-Reset-Methode) zur Entladung des Integrators verwenden. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Begrenzung der Energiedepositionsrate von gleichstromgekoppelten RC-Vorverstärkern. Diese ist eine Funktion des Rückkopplungswiderstands und des dynamischen Ausgangsspannungsbereichs des Integrators, der auf etwa 20 Volt begrenzt ist.
Der Grenzwert für die Energierate kann durch die Wahl eines Rückkopplungswiderstandes mit geringerem Wert erheblich erhöht werden, was jedoch mit einer Zunahme des Rauschens einhergeht. Die tatsächlichen Leistungsdaten eines typischen Detektors sind in der folgenden Tabelle angegeben:
Gepulste optische Reset-Vorverstärker werden häufig bei Niedrigenergie-Detektoren eingesetzt, bei denen die Auflösung von größter Bedeutung ist. Durch die Eliminierung des Rückkopplungswiderstands wird das Rauschen verringert, ohne dass sich dies gravierend auf die Totzeit auswirkt, solange die durchschnittliche Energie pro Ereignis niedrig bis moderat ist. Bei 5,9 keV/Ereignis kann ein Vorverstärker des Typs 2008 zwischen zwei Resets fast 1000 Impulse verarbeiten. Da die Rücksetzzeit zwei bis drei Impulsverarbeitungszeiten der Elektronik beträgt, gehen in dieser Situation nur wenige Daten verloren. Aufgrund verzögerter lichtaktiver Oberflächenzustände am FET können Vorverstärker mit optischer Rücksetzung lange Resetzeiten aufweisen. Durch die richtige Auswahl und Behandlung der Komponenten kann das Problem minimiert werden, aber in gepulsten optischen Systemen ist es im Allgemeinen bis zu einem gewissen Grad vorhanden. Bei Messungen von höheren Energien, bei denen Rücksetzungen notwendigerweise sehr häufig vorkommen, vielleicht schon nach 10 Ereignissen, kann diese unerwünschte Reaktion ein ernstes Problem darstellen. Aus diesem Grund werden gepulste optische Rückkopplungssysteme
im Allgemeinen nicht mit Koaxialdetektoren verwendet.
Der Transistor-Reset-Vorverstärker wurde entwickelt, um die Probleme zu überwinden, die bei gepulsten optischen Reset-Vorverstärkern für Messungen höherer Energien und hoher Zählraten verbunden sind. Der Rückkopplungskondensator wird mithilfe eines Transistorschalters entladen, der mit dem FET-Gate verbunden ist. Durch diesen Transistor erhöht sich für die Eingangsschaltung die Kapazität und das Rauschen wird erhöht, was jedoch bei den meisten Anwendungen mit hohen Zähl- oder Energieraten tolerierbar ist. Im Vergleich zu einer RC-Vorstufe mit ausgewähltem Rückkopplungswiderstand für hohe Leistung weist die Transistor-Reset-Vorstufe weniger Rauschen auf. Allerdings muss sie bei der Totzeit Einbußen hinnehmen, da der Verstärker 2 bis 3 Impulsbreiten benötigt, um sich vom regelmäßigen Reset der Vorstufe zu regenerieren. Bei Anwendungen, die einen hohen Durchsatz erfordern, ist die Transistor-Reset-Vorstufe daher keine gute Wahl. Der Transistor-Reset-Vorverstärker kann in Situationen verwendet werden, in denen die Energierate so hoch ist, dass eine RC-Vorstufe in die Sättigung geraten könnte – die Durchsatzrate kann jedoch in diesem Fall verschwindend gering sein.
SYSTEME
Zusätzlich zu den NIMs, MCAs und Computersystemen, die an anderer Stelle in diesem Katalog beschrieben sind, bietet MIRION viele Optionen und Zubehörteile an, die unsere Germanium-Detektoren ergänzen. Nachfolgend finden Sie eine teilweise Auflistung der von MIRION angebotenen Geräte und Systeme. Einige dieser Systeme werden in separaten Datenblättern und Broschüren beschrieben, andere werden auf eine Anwendung maßgeschneidert. Wir stehen Ihnen zur Verfügung, um Systeme zu konzipieren und bereitzustellen, die Ihren spezifischen Anforderungen gerecht werden. Wenden Sie sich einfach an Ihren MIRION-Vertreter vor Ort oder an das Werk und schildern Sie Ihr Problem oder Ihre Anwendung. Wir werden Ihnen dann umgehend einen Vorschlag unterbreiten.
ZUBEHÖR
• Dewars zur Versorgung mit Flüssigstickstoff
• LN2-Transfergeräte
• Automatische LN2-Transfersysteme
• LN2-Füllstandsalarme
• Bleiabschirmungen für Zählanwendungen im Niedrigenergiebereich
• Compton-Suppressionsspektrometer
