Упрощенная модель детектора

Мы начнем с гипотетического датчика, который является радиационным и вначале рассмотрим, например, взаимодействие одной альфа-частицы или гамма-кванта с веществом детектора. Для того, чтобы детектор полностью соответствовал своему назначению, частица или квант должны провзаимодействовать посредством одного из механизмов, которые описаны в главе 2. Согласно уравнению (2-3) время взаимодействия или торможения очень мало (обычно несколько наносекунд в газах или несколько пикосекунд в твердых телах). В большинстве случаев эти времена настолько короткие, что поглощение энергии радиации можно считать мгновенным.

Основной результат радиационного взаимодействия для многих датчиков - появление некоторого количества электрического заряда внутри активного объема датчика[*]. Таким образом, наша упрощенная модель детектора предполагает, что заряд Q появляется внутри детектора в момент времени t = 0 в результате действия одной частицы или кванта. Затем этот заряд должен быть собран для формирования электрического сигнала. Как правило, сбор заряда достигается путем создания электрического поля в детекторе, которое заставляет положительные и отрицательные заряды, созданные радиацией, двигаться в противоположных направлениях. Время, требуемое для полного сбора заряда, сильно варьируется для разных детекторов. Например, в ионизационных камерах время сбора может быть несколько миллисекунд, тогда как в полупроводниковых детекторах оно составляет единицы наносекунд. Эти времена зависят от подвижности носителей заряда внутри активного объема детектора и от среднего расстояния до соответствующих электродов.

Поэтому мы начинаем с модели типового детектора, ответом которого на одну частицу или квант радиации будет ток, который течет некоторое время равное времени сбора заряда. Ниже проиллюстрирован пример временной зависимости тока детектора, где t_c - время сбора заряда.

t ∫ i(t) dt = Q

Интеграл по времени протекания тока должен быть равен Q, общему количеству заряда, образованному при взаимодействии частицы с детектором.

В реальной ситуации в течение определенного периода времени взаимодействует много частиц или квантов излучения. Если интенсивность потока частиц велика, могут возникнуть ситуации, в которых ток в детекторе течет дольше, чем от одного взаимодействия в данное время. В настоящем обсуждении будем предполагать, что поток частиц невелик и каждое конкретное взаимодействие формирует импульс тока, который не накладывается на другие. Величина и продолжительность каждого импульса тока могут изменяться в зависимости от типа взаимодействия, поэтому график мгновенного тока в детекторе может быть таким, как показано ниже.

Важно напомнить, что распределение частиц во времени носит случайный характер, подчиняющийся статистике Пуассона, поэтому временные интервалы между последовательными импульсами тока, также являются случайными.

Дата добавления: 2015-07-26