PIN硅光电二极管用于γ射线探测的试验研究.pdfVIP

维普资讯 第29卷 第8期 核 技 术 Vb1．29．No．8 2006年8月 NUCLEARTECHNIQUES August2006 PIN硅光电二极管用于 丫射线探测的试验研究 杨世明 龚光华 邵贝贝 李 金 1(清华大学工程物理系 北京 100084) 2(中国科学院高能物理研究所 北京 100049) 摘要 在x、Y射线的剂量或剂量率测量场合，常用到PIN硅光电二极管。比起传统的电离室等，它有体积小、 灵敏度高、成本低、不需要高压等优点；与计数管、闪烁探测器相比，其电流输出的特性可以避免脉冲场下 的死时间问题。但大剂量照射造成的辐射损伤是影响其性能的最大因素。以XRB100s-CB380为例，通过试验 研究了PNI 硅光电二极管的杼陛，包括灵敏度、偏压影响、温度补偿、辐射损伤及退火等，并简单介绍了实 际应用中对输出电流信号的处理方法。 关键词 PNI硅光电二极管，累积剂量，暗电流，辐射损伤，剂量率 中图分类号 TL8 PIN硅光电二极管是在硅二极管P层和N层之 PNI硅光电二极管用于x或Y射线探测时的一些试 间加入一层高阻的本征半导体层 (I区)而构成的。 验研究结果。 在内建电场的作用下，I区处于耗尽状态，大大增 加了灵敏体积，提高了灵敏度。PNI 硅光电二极管 1 试验方案 主要用途有：与各种晶体闪烁体配合，利用脉冲输 测量选用的PNI硅光电二极管为芬兰地太公司 出方式测量能谱 l【；电流输出方式用于x或Y射线 生产的 XRB100s．CB380，其灵敏区域表面积为 的剂量率及累积剂量测量；另外还可以组成阵列用 lcm2 ， 厚度为380~un；人射表面覆盖一层阻光型的 于辐射成像领域。 环氧树脂窗，可以有效防止可见光的影响，并能滤 当x或Y射线穿过PNI硅光电二极管的灵敏区 除4keV以下低能x射线；另外，其内部集成的保 域 (耗尽层)时，光子与物质相互作用损失掉部分 护环可以降低约一半暗电流I引。放射源为中国计量 或全部能量，引起价电子跃迁，在灵敏区域产生电 科学研究院的6OCo源，通过滑行导轨调节PNI硅光 子一空穴对；在内建电场的作用下，自由电子和空 电二极管与放射源的距离获得不同的瞬时剂量率， 穴分别向N极和 P极漂移，形成信号电流。美国 最高可达0．20Gylmin左右。其中剂量率通过空气电 SLAC的Babar探测 和 日本 KEK的Belle探测 离室测定，其误差控制在±5％以内，空气电离室和 器L3都是利用这一原理来测量其硅顶点探测器的辐 PNI 硅光电二极管由于安装位置不同引起的误差不 照本底。另外，合肥国家同步辐射试验室的束流损 超过±3％。 失监测系统H]、中国科学院高能物理研究所的 图 1为在线数据采集系统的框图，PNI硅光电 BESm剂量率在线检测和保护系统也使用PNI硅光 二极管的电流通过 20m 的双屏蔽电缆引出到采集