ゲルマニウム検出器の種類

ゲルマニウム検出器はp-i-n構造の半導体ダイオードで、固有の（i）領域が電離放射線、特にX線やガンマ線に対して高感度を有しています。逆バイアス下では、電界はこの固有領域または空乏領域全体に広がります。検出器の空乏領域内で光子が物質と相互作用すると、電荷キャリア（正孔と電子）が生成され、電界によってp電極とn電極に掃引されます。この電荷は、入射光子によって検出器に蓄積されたエネルギーに比例し、積分電荷感応型プリアンプによって電圧パルスに変換されます。

ゲルマニウムはバンドギャップが比較的小さいため、電荷キャリアの熱発生（つまり逆漏れ電流）を許容レベルまで低減するためにこれらの検出器を冷却する必要があります。これを行わないと、漏れ電流から生じたノイズにより、検出器のエネルギー分解能が悪くなります。このような検出器で一般的に使用される冷却媒体は、-196℃の液体窒素です。検出器は、LN²デュワーに取り付けるか、これと接続する真空チャンバーに取り付けます。こうすれば高感度な検出器の表面を湿気や凝縮性の汚染物質から保護できます。

ゲルマニウム検出器の種類

Mirionは、業界で最も幅広い種類の検出器を提供しています。Mirionは、材料と加工技術の両面で適切な技術を採用することで、幅広い用途に最適な検出器を提供できます。 当社では、p型とn型のゲルマニウムの両種類を使用し、拡散、注入、バリア接点を使用して製品バリエーションを提供しています。

以下の図とグラフは、Mirionが提供するさまざまな検出器のジオメトリー、それらがカバーするエネルギー範囲、およびその主要な性能特性を示しています。各タイプの詳細な説明、性能範囲、モデルの有無については、各仕様書を参照してください。

クライオスタット
液体窒素クライオスタットは、ゲルマニウム検出器システムの信頼性の高い長期性能を保証する上で、最も重要でありながら、過小評価されているコンポーネントです。Mirionは、最も過酷な動作条件下の使用で長寿命を保証するため、厳格な品質基準に従ってクライオスタットを自社製造しています。

Mirionの標準的なクライオスタットは、検出器チャンバーとプリアンプをコンパクトなシリンダーにパッケージ化した当社のスリムライン設計です。

Ultra-LEGesやSi(Li)などの低エネルギー検出器には、このタイプの検出器で使用されている小径（25mm）エンドキャップと互換性のあるフランジ型クライオスタットが使用されています。 フランジ型クライオスタットは、追加費用オプションとして他の検出器タイプでも利用できます。

Mirionでは、小型真空チャンバーにパッケージ化した検出器と組み合わせて、現場で再構成できるコンバーチブル型クライオスタットの製品ラインも提供しています。

液体窒素を使用しない操作が必要な用途向けに、MirionではCryolectric IIを用意しています。この電気冷却式クライオスタットは、フロンガスフリーの冷媒を使用しており、工業用や研究室での使用に最適です。

プリアンプ
Ge検出器で使用するプリアンプには、基本的に2種類しかありません。これらは荷電感度の高いプリアンプであり、積分器を放電させるために、ダイナミック電荷回復（RCフィードバック）またはパルス電荷回復（パルス光またはトランジスターリセット）のいずれかの方法を採用します。以下の図は、直流結合RCフィードバックプリアンプのエネルギーレートの制限を示しています。これは、フィードバック抵抗値と積分器のダイナミック出力電圧範囲の関数であり、約20ボルトに制限されています。

エネルギーレートの限界は、より低い値のフィードバック抵抗を選択することで大幅に増加させることができますが、それに伴ってノイズも増加します。典型的な検出器の実際の性能データは、以下の表に示されています。

パルス光リセット方式のプリアンプは、分解能が最も重要視される低エネルギー検出器に広く使用されていますフィードバック抵抗を排除すると、イベントあたりの平均エネルギーが低から中程度であれば、デッドタイムに深刻な影響を与えずにノイズが減少します。 5.9keV/イベントで、Mirion 2008プリアンプはリセット間にほぼ1000パルスを処理できます。リセット回復時間はアンプのパルス幅の2～3倍であるため、この状況で失われるデータはほとんどありません。 しかし、光フィードバックシステムは、FETの表面状態が光によって活性化されるため、長い回復時間を示すことがあります。コンポーネントを適切に選択し、処理することでこの問題を最小限に抑えることができますが、一般的にパルス光システムでは、ある程度存在します。高エネルギーでは、リセットが必然的に頻繁に発生し、場合によって10回程度のイベント後でもこのスプリアス応答は深刻な問題となり得ます。そのため、パルス光フィードバックシステムは
一般的に同軸型検出器では使用されません。

トランジスターリセットプリアンプは、高エネルギー、高レートシステムにおけるパルス光リセットプリアンプに関連する問題を克服するために開発されました。 フィードバックコンデンサーは、FETゲートに接続されたトランジスタースイッチによって放電されます。このトランジスターは、ある程度のキャパシタンスとノイズを入力回路に加えますが、高カウントまたは高エネルギーレートを伴うほとんどのアプリケーションでは許容範囲です。高レート性能を発揮するように向けに選択されたフィードバック抵抗を備えたRCプリアンプと比較すると、トランジスターリセットプリアンプはノイズの発生が少ないもの、プリアンプの周期的なリセットから回復するには2～3パルス幅を必要とするため、デッドタイムを犠牲にすることになります。したがって、高スループットレートを必要とするアプリケーションでは、トランジスターリセットプリアンプは適切な選択ではありません。 エネルギーレートが非常に高いため、RCプリアンプが飽和する状況で使用できますが、この場合はスループットレートが小さくなることがあります。

システム
Mirionでは、本カタログに記載されているNIM、MCA、コンピューターシステムに加えて、ゲルマニウム検出器の製品ラインを補完するために設計された多くのオプションとアクセサリーを提供しています。 以下は、当社が提供する機器とシステムの一部のリストです。これらのシステムの一部は、個別の仕様書やパンフレットに記載されていますが、カスタムメイドのシステムもあります。当社は、お客様の特定の要件を満たすシステムをご提案し、ご提供いたします。 問題が生じた場合や用途についてのご質問等がございましたら、最寄りのMirionの営業担当者または工場にご連絡ください。すぐにご提案をお送りいたします。

アクセサリー
• 液体窒素供給デュワー
• LN²搬送装置
• 自動LN²搬送システム
• LN²レベルアラーム
• 低レベル計数用鉛シールド
• コンプトン抑制スペクトロメーター