Clover™ Detectors

Description

In der Detektorbaugruppe CLOVER sitzen die Kristalle auf einem minimierten Kristallhalter, um die Menge des die Kristalle umgebenden Materials zu reduzieren und das Peak-zu-Hintergrund-Verhältnis zu verbessern. Anhand dieses Prinzips bietet Mirion eine optimierte Menge an HPGe-Material innerhalb der Kappe.

Darüber hinaus sind die Kristalle sehr dicht beieinander positioniert, um den Add-Back-Faktor zu verbessern. Der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Kristallen beträgt ≤ 0,7 mm. Dabei ist entlang der gesamten Kristalllänge kein absorbierendes Material erforderlich, welches mehr als 1 % der 20-keV-Gammastrahlung absorbieren würde.

Die vier Kristalle sind in einem gemeinsamen Kryostaten mit einer sich verjüngenden oder gleichmäßig quadratischen Endkappe montiert.

Der Abstand zwischen der Endkappe und den Kristallen wurde auf ein absolutes Minimum reduziert, um den Raumwinkel und die Effizienz eventueller Veto-Detektoren (BGO) zu verbessern, welche die CLOVER-Kappe umgeben. Für bestimmte CLOVER-Typen sind auch sogenannte Back-Catcher-Kryostaten erhältlich, bei denen ein dedizierter BGO-Detektor an der Rückseite der Kappe installiert werden kann.

Ein großer Vorteil eines CLOVER-Detektors besteht in seiner hohen Absorptionseffizienz: Die Ergebnisse sind viermal so hoch wie die Ergebnisse eines Einkristalls, und darüber hinaus lässt sich dank der Montage der Kristalle ohne zusätzliches absorbierendes Material die volle Energie des Compton-Effekts eines Photons bestimmen, da die Streuung in einem zweiten (oder sogar einem dritten) Kristall absorbiert wird. Der Full-Energy-Peak lässt sich durch Summierung („Add-Back“) der im N-Segment-Ring deponierten Energien erzielen.

In den EUROGAM CLOVER-Detektoren (Durchmesser = 50 mm, L = 70 mm) liegt die mittlere relative Effizienz eines jeden Kristalls zwischen 21 und 22 %, während die gesamte relative Effizienz im „Add-Back“-Modus zwischen 130 und 140 % liegt. Siehe Duchene et Al NIM A432-1999-90.

Die Energieauflösung der vier geformten Kristalle ist typischerweise geringer als 2,1 keV bei 1,33 MeV und 1,05 keV bei 122 keV. Im Add-Back-Modus erreicht die Energieauflösung immer noch hervorragende 2,3 keV bei 1,33 MeV.

Vergleichbare Auflösungen wurden mit größeren CLOVER-Detektoren erreicht.

Datenblätter für verschiedene Detektorgrößen mit oder ohne Segmente für Kryostaten vom Typ EUROBALL oder für Back-Catcher-Kryostaten sind auf Anfrage erhältlich.

Die Anordnung mehrerer kleiner n-Typ-Kristalle induziert weitere Vorteile im Vergleich zu einem großen Einkristall:

• Die Reduzierung des Kristallöffnungswinkels ermöglicht eine Reduzierung der Dopplerverbreiterung. Die Segmentierung des äußeren Kontakts (erhältlich für einige CLOVER-Detektoren) kann ebenfalls eine weitere Reduzierung der Dopplerverbreiterung ermöglichen.
• Die Empfindlichkeit für Neutronenschäden wird durch die Verwendung von n-Typ-HPGe-Kristallen ebenfalls reduziert.
• Die Timing-Reaktion jedes einzelnen Kristalls ist sehr gut, gemessen mit einer ⁶⁰Co-Quelle zusammen mit einem kleinen BaF2-Szintillator. Die durchschnittliche FWHM beträgt 5 bis 6 ns und die FWTM/FWHM beträgt ca. 3,0 für einen Energieschwellenwert von 50 keV und eine DFC-Verzögerung von 30 ns.
• Die CLOVER-Detektoren können aufgrund der vier Kristalle auch als Polarimeter verwendet werden.

Das Detektorportfolio CLOVER von Mirion wurde in den letzten 15 Jahren kontinuierlich verbessert: zunächst durch Erhöhung der Gesamteffizienz der CLOVER-Technologie durch die Verwendung von Kristallen mit größerem Volumen, dann durch die Verbesserung der Granularität des Detektors zur Verbesserung der Auflösungsleistung.

Die Granularität steht für die Anzahl der unabhängigen Zellen, die den Detektor bilden. Die ersten CLOVER-Detektoren hatten eine Granularität von vier Kristallen. Eine 2- oder 4-fache Längssegmentierung der Kristalle erhöht diese Granularität drastisch.

Solche Detektoren ermöglichen eine starke Reduzierung der Gammastrahlungsverbreiterung durch den Dopplereffekt. Darüber hinaus liefert die Verwendung interner und externer Kontakte des Kristalls (im Falle der Detektorsegmentierung) Informationen zur Interaktionsposition:

• Vertikal wie auch transversal durch die Analyse der durch die Spiegelladung induzierten Signale zur weiteren Erhöhung der Granularität.
• Radial durch die Pulsformanalyse.

Die genaue Lokalisierung der Interaktionspunkte ermöglicht nicht nur die Reduzierung der Dopplerverbreiterung, sondern auch das Tracking der Gammastrahlung im Detektor.

Darüber hinaus wurde die Wartung der Instrumente für die Benutzer vereinfacht: einfacher Zugang zur gekühlten Eingangsstufe der ladungsempfindlichen Vorstufe zum Austausch des Feldeffekttransistors (FET). Mirion bietet Schulungen zur Wartung vor Ort. Auch Vorstufen-Leiterplatten sind erhältlich. Alle Clover-Detektoren verfügen über Hauptplatinen im Vorstufengehäuse, wo die Vorstufen- und Alarmplatinen angeschlossen sind.

Die Dewar-Gefäße der CLOVER-Serie sind klein und ermöglichen Folgendes:

• Kompakte Anordnung auf nahezu 4π.
• Positionierung in alle Richtungen ohne signifikante Temperaturabweichung.
• 1 ganzer Tag LN₂-Haltezeit.

Dazu kommt die Entwicklung weiterer Clover-Detektoren, darunter zum Beispiel sogenannte Well-Type-Detektoren, welche die Messung großer Proben mit einer Rundumsicht von fast 4π ermöglichen.

Anwendungen

• Nuklearphysik
• Polarisationsmessungen
• Gesundheitsphysik (Well-Typ-CLOVER-Detektor)
• Jede Art von Anwendungen, bei denen höchste Effizienz ohne Kompromisse bei der Energie- oder Timing-Auflösung erforderlich ist.