Hybridní detektory ionizujícího záření

Abstract

V posledních letech se polovodičové detektory ukázaly jako vynikající nástroje pro měření ionizujícího záření. Hybridní pixelové detektory, nejnovější vývojový stupeň polovodičových detektorů, vzhledem k jejich vysokým nákladům na plochu a typicky malé jednotkové velikosti, nejsou obvykle používány pro aplikace ve velkém měřítku. Zde stripové detektory, technologie před pixely, poskytují levnější způsob sledování, počítání částic, a s poslední generací ASIC čipů také spektroskopii a časová měření. Další výhodou je, že front-end ASIC je umístěn vedle senzoru, kde může být snadno chráněn před primárním ozářením. Obvykle také neexistuje žádný přenos tepla mezi senzorem a ASIC a v případě poškození lze senzor nebo ASIC jednoduše vyměnit. Cílem této práce bylo zkoumat schopnosti stripových detektorů jako spektroskopů měřením tradičních zdrojů ionizujících částic, jako jsou fotony nebo alfa-částice, které mají dobře definovanou energii. K tomuto účelu byl vyvinut 128 stripový nízko šumový měřící systém založený na FPGA, společně s potřebným programovým vybavením, připojený ke křemíkovému stripovému detektoru. Kromě toho byly vyvinuty adekvátní metody vyrovnání různých hladin šumu a kalibrace tak, aby se dosáhlo rovnoměrnější odezvy z kanálů a tím i lepšího rozlišení energie. Aby bylo možné číst všech 128 kanálů použitého snímače, musely být použity 4 nezávislé ASIC čipy, z nichž každý obsahoval 32 kanálů. V průběhu měření bylo získáno sigma 1.6 keV pro průměr všech kanálů v energetickém rozsahu 15-60 keV, které překonaly srovnatelné Si hybridní pixelové detektory typicky mající sigma 2.3 keV [1]. Pomocí 6-sigma vzdálenosti k elektronické hladině šumu bylo stále dosaženo systémové prahové úrovně 3 keV. Tento výzkum poskytuje cenné informace pro více aplikací, ve kterých by mohly být stripové detektory efektivně použity jako náhrada hybridních pixelových detektorů.