Полупроводниковые детекторы. 
Ядерная физика

В последние десятилетия для регистрации ионизирующих излучений наибольшее распространение получили полупроводниковые детекторы (ППД) — германиевые, кремниевые и т. д. Принцип их действия подобен принципу действия ионизационной камеры. В среде с низкой проводимостью (ПРИЛОЖЕНИЕ Н) создается электрическое поле. При проникновении в эту среду ионизирующих частиц происходит образование носителей заряда (электронов проводимости и дырок). Заряды разделяются электрическим полем и собираются на электродах, формируя электрический импульс, который можно усилить и измерить.

В среднем на образование одной электронно-дырочной пары независимо от вида излучения расходуется 3,75 эВ в кремнии и около 3 эВ в германии, т. е. средняя энергия ионизации W на порядок меньше, чем в воздухе. Поэтому возникающий при собирании заряда электрический импульс будет соответственно на порядок выше, что облегчает регистрацию частиц. При этом следует учесть, что плотность вещества полупроводникового детектора примерно на три порядка выше плотности газа в обычном газоразрядном счетчике. Поэтому поглощенная энергия (в расчете на одинаковую плотность потока излучения) в ППД на несколько порядков выше, чем в газовом. Если пробег быстрой заряженной частицы в рабочей области детектора меньше ее толщины, то количество образующихся электронно-дырочных пар пропорционатьно энергии этой частицы. Это способствует широкому использованию ППД в спектрометрии. Малые размеры рабочей области и высокая подвижность элекгронов и дырок определяют малое время собирания зарядов на электродах и, как следствие, малое разрешающее время (~ 10″ * с). В области относительно невысоких энергий ионизирующего излучения (электроны до 2 МэВ, протоны до 20 МэВ и т. п.) ППД обладают практически стопроцентной эффективностью к заряженным частицам и превосходят счетчики других типов по компактности и точности измерения энерг ии.

Отметим, что свойства ППД способны заметно ухудшаться вследствие радиационных повреждений кристаллической структуры уже при небольших интегральных потоках проходящих частиц.^[1]

• [1] Это объясняется тем, что пробег электронов приблизительно обратно пропорционален Z, в то времякак коэффициент поглощения у-квантов за счет эффекта Комптона прямо пропорционален Z. В облает малых энергии, где преобладает фотоэффект, счетчики со стенками из материалов с большим Zобладают большей эффективностью, поскольку сечение фотоэффекта пропорционально Z5. В областивысоких энергии, где преобладает процесс образования элсктрон-познтроииых пар, материалы сбольшими Z также дают большую эффективность, поскольку сечение образования пар возрастает какZ2 (Лекция 21).