Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения

Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения

Выполнено моделирование функции отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов на индивидуальные источники излучения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr с помощью кода GEANT4. Получены спектры для случаев, когда перед детектором размещается бета-фильтр для поглощения электронов и без него. С помощью моделирования методом Монте-Карло н...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2015
Автор: Скрыпник, А.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2015
Назва видання:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:
Сенсоэлектроника
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100474
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения / А.И. Скрыпник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 17-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-100474
record_format dspace
spelling irk-123456789-1004742016-05-23T03:02:23Z Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения Скрыпник, А.И. Сенсоэлектроника Выполнено моделирование функции отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов на индивидуальные источники излучения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr с помощью кода GEANT4. Получены спектры для случаев, когда перед детектором размещается бета-фильтр для поглощения электронов и без него. С помощью моделирования методом Монте-Карло найдена оптимальная толщина Al бета-фильтра для полного подавления конверсионных электронов в спектре ¹³⁷Cs. Также получена функция отклика TlBr-детектора на смешанный источник излучения (¹³⁷Cs+⁹⁰Sr). Виконано моделювання функції відгуку CdZnTe- і TlBr-детекторів на індивідуальні джерела випромінювання ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr за допомогою коду GEANT4. Отримано спектри для випадків, коли перед детектором розміщується бета-фільтр для поглинання електронів і без нього. За допомогою моделювання методом Монте-Карло знайдено оптимальну товщину Al бета-фільтра для повного заглушення конверсійних електронів в спектрі ¹³⁷Cs. Також отримано функції відгуку TlBr-детектора на змішане джерело випромінювання (¹³⁷Cs + ⁹⁰Sr) з бета-фільтром і без нього. The paper deals with the problems of measuring Fourier spectrum of signals in the base of discrete exponential functions. Methods and algorithms of sliding measurements of energy Fourier spectrum of signals on finite intervals were described. The invariance of current energy Fourier spectrum to moving discrete real signals (which are not periodic) were investigated. The authors identify a new effect of digital spectral analysis — the effect of non-invariance of the current energy Fourier spectrum. Theoretical and practical results of analysis of invariance of current energy Fourier spectrum of tonal components are shown. The conducted studies allow us: — to see in a new light the measurement results on finite intervals of current Fourier spectrum and the current energy Fourier spectra of signals; give a numerical estimate of the non-invariance of the current energy Fourier spectrum of real tonal components. — to increase the effectiveness of digital spectral analysis in its many applications, in particular, for solving the problems on detection and identification of hidden periodicities in such subject areas as radar, vibroacoustic diagnostics, passive sonar, biomedicine, etc. 2015 Article Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения / А.И. Скрыпник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 17-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2015.1.17 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100474 539.1.074 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Сенсоэлектроника
Сенсоэлектроника
spellingShingle Сенсоэлектроника
Сенсоэлектроника
Скрыпник, А.И.
Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Выполнено моделирование функции отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов на индивидуальные источники излучения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr с помощью кода GEANT4. Получены спектры для случаев, когда перед детектором размещается бета-фильтр для поглощения электронов и без него. С помощью моделирования методом Монте-Карло найдена оптимальная толщина Al бета-фильтра для полного подавления конверсионных электронов в спектре ¹³⁷Cs. Также получена функция отклика TlBr-детектора на смешанный источник излучения (¹³⁷Cs+⁹⁰Sr).
format Article
author Скрыпник, А.И.
author_facet Скрыпник, А.И.
author_sort Скрыпник, А.И.
title Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
title_short Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
title_full Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
title_fullStr Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
title_full_unstemmed Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
title_sort моделирование отклика cdznte- и tlbr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2015
topic_facet Сенсоэлектроника
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100474
citation_txt Моделирование отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов для регистрации смешанного бета- и гамма-излучения / А.И. Скрыпник // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 17-21. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT skrypnikai modelirovanieotklikacdznteitlbrdetektorovdlâregistraciismešannogobetaigammaizlučeniâ
first_indexed 2025-07-07T08:52:16Z
last_indexed 2025-07-07T08:52:16Z
_version_ 1836977579023663104
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 17 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 539.1.074 А. И. СКРЫПНИК Óêðàèíà, Нàцèîíàëьíыé íàóчíыé цåíòð «Хàðьêîâñêèé фèзèêî-òåõíèчåñêèé èíñòèòóò» E-mail: belkas@kipt.kharkov.ua МОÄЕЛИРОВАНИЕ ОÒÊЛИÊА CdZnTe- И TlBr-ÄЕÒЕÊÒОРОВ ÄЛЯ РЕГИСÒРАЦИИ СМЕШАННОГО БЕÒА- И ГАММА-ИЗЛÓЧЕНИЯ С èíòåíñèâíым ðàзâèòèåм ÿдåðíîé ýíåðãåòè- êè àêòóàëьíîé âî âñåм мèðå îñòàåòñÿ зàдàчà ðà- дèàцèîííîãî мîíèòîðèíãà îêðóжàющåé ñðåды, îñíîâíымè èñòîчíèêàмè зàãðÿзíåíèÿ êîòîðîé ÿâëÿюòñÿ ðàдèîàêòèâíыå âыбðîñы íà ïðåдïðè- ÿòèÿõ ïî ïåðåðàбîòêå îòðàбîòàâшåãî ÿдåðíîãî òîïëèâà, ðàдèîõèмèчåñêèõ зàâîдàõ, àâàðèè íà АЭС è ò. д. Рàдèîàêòèâíыå ýëåмåíòы âыбðà- ñыâàюòñÿ â àòмîñфåðó, ïîïàдàюò â ïîчâó è âî- дíыå ðåñóðñы, à â дàëьíåéшåм, ñîîòâåòñòâåííî, è â ïðîдóêòы ïèòàíèÿ. Пîýòîмó îчåâèдíà ïî- òðåбíîñòь â âыñîêîýффåêòèâíыõ è îòíîñèòåëь- íî дåшåâыõ ïðèбîðàõ èдåíòèфèêàцèè ðàдèîíó- êëèдîâ íà мåñòíîñòè. Зíàчèòåëьíàÿ òðóдíîñòь îïðåдåëåíèÿ êîí- цåíòðàцèè ðàдèîíóêëèдîâ íà мåñòíîñòè ñ ïîмî- щью ãàммà-ñïåêòðîмåòðèчåñêîãî ïðèбîðà âы- зâàíà ïðèñóòñòâèåм ðàзëèчíыõ âèдîâ èзëóчå- íèÿ — êàê бåòà, òàê è ãàммà. Êîмïòîíîâñêîå ðàññåÿíèå ãàммà-êâàíòîâ âåдåò ê ðàзмыòèю èñ- õîдíîãî ñïåêòðà ðàññåÿíèÿ ðàдèîíóêëèдîâ è дå- ãðàдàцèè фîòîïèêîâ â ýêñïåðèмåíòàëьíî èзмå- ðåííыõ ñïåêòðàõ. В ýêñïåðèмåíòàõ ïî âîññòàíîâ- ëåíèю ñïåêòðà îò ñèëьíîãî ãàммà-èзëóчàòåëÿ íà фîíå íèзêîãî óðîâíÿ шóмà мîжåò èñïîëьзîâàòь- ñÿ ñòàíдàðòíàÿ мåòîдèêà, ñóòь êîòîðîé ñâÿзàíà ñ ïîèñêîм è èдåíòèфèêàцèåé фîòîïèêîâ èзмåðåí- íîãî ñïåêòðà. Одíàêî íà ïðàêòèêå â бîëьшèí- ñòâå ñëóчàåâ èíòåíñèâíîñòь èзмåðåííîãî ñèãíàëà îò ðàдèîàêòèâíîãî èñòîчíèêà ëèбî ïðàêòèчåñêè ðàâíà èíòåíñèâíîñòè ðàдèàцèîííîãî фîíà, ëèбî ñèãíàë ïîдàâëÿåòñÿ мàñêèðóющèм èзëóчåíèåм (êàê бåòà, òàê è ãàммà), чòî ïðèâîдèò ê íåîбõî- Выполнено моделирование функции отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов на индивидуальные источ- ники излучения 137Cs и 90Sr с помощью кода GEANT4. Получены спектры для случаев, когда перед де- тектором размещается бета-фильтр для поглощения электронов и без него. С помощью моделиро- вания методом Монте-Карло найдена оптимальная толщина Al бета-фильтра для полного подавле- ния конверсионных электронов в спектре 137Cs. Также получена функция отклика TlBr-детектора на смешанный источник излучения (137Cs+90Sr). Ключевые слова: код GEANT4, метод Монте-Карло, моделирование, СdZnTe- и TlBr-детекторы, источники излучения 137Cs и 90Sr, Al бета-фильтр. дèмîñòè èзóчåíèÿ ñмåшàííыõ èñòîчíèêîâ ðàдè- îàêòèâíîãî èзëóчåíèÿ. В ñëóчàÿõ ðåãèñòðàцèè бåòà-èзëóчåíèÿ ïðèмåíÿюòñÿ õèмèчåñêèå мåòî- ды ðàздåëåíèÿ íóêëèдîâ èëè мåòîды, îñíîâàí- íыå íà èзмåðåíèè è àíàëèзå ñïåêòðîâ [1]. Бîëåå ýффåêòèâíымè ÿâëÿюòñÿ мåòîды дåêîíâîëюцèè èзмåðåííîãî ñïåêòðà, ïîñêîëьêó õèмèчåñêèå мå- òîды ðàздåëåíèÿ íå âñåãдà ïîзâîëÿюò âыдåëèòь чèñòыé èзîòîï [2]. Рåàëèзàцèÿ àëãîðèòмà âîññòà- íîâëåíèÿ è ðàздåëåíèÿ èзмåðåííîãî ñïåêòðà òðå- бóåò íàëèчèÿ èзмåðåííыõ ëèбî ïðîмîдåëèðîâàí- íыõ фóíêцèé îòêëèêà дåòåêòèðóющåãî óñòðîé- ñòâà íà êàждыé èíдèâèдóàëьíыé ðàдèîíóêëèд, êîòîðыé âõîдèò â ñîñòàâ ñмåñè ðàдèîàêòèâíîãî èñòîчíèêà. Иññëåдîâàíèå фóíêцèé îòêëèêà ÿâ- ëÿåòñÿ êëючåâым мîмåíòîм â èзóчåíèè è ïðè- мåíåíèè àëãîðèòмîâ дåêîíâîëюцèè. Цåëью íàñòîÿщåé ðàбîòы быëî ïîëóчåíèå è èññëåдîâàíèå фóíêцèé îòêëèêà CdZnTe- è TlBr-дåòåêòîðîâ íà èíдèâèдóàëьíыå èñòîчíèêè èзëóчåíèÿ 137Cs è 90Sr è ñмåшàííîãî ãàммà-бåòà- èзëóчåíèÿ, à òàêжå ïîèñê îïòèмàëьíîé òîëщè- íы Al-фèëьòðà дëÿ ïîëíîãî ïîдàâëåíèÿ êîíâåð- ñèîííыõ ýëåêòðîíîâ â ñïåêòðå 137Cs. Проверка модели Фóíêцèè îòêëèêà CdZnTe- è TlBr-дåòåêòîðîâ быëè ïîëóчåíы ñ ïîмîщью мîдåëèðîâàíèÿ ïðî- õîждåíèÿ ãàммà-êâàíòîâ è ýëåêòðîíîâ чåðåз дå- òåêòîð. Äëÿ ýòîãî èñïîëьзîâàëñÿ óíèâåðñàëьíыé êîд GEANT4 âåðñèè 4.9.6 — íàбîð бèбëèîòåê дëÿ мîдåëèðîâàíèÿ ïðîõîждåíèÿ зàðÿжåííыõ чàñòèц, íåéòðîíîâ è ãàммà-êâàíòîâ чåðåз âåщå- ñòâî [3]. Мîдåëèðîâàíèå ïðîâîдèëîñь мåòîдîм Мîíòå-Êàðëî ñ ïîмîщью ðàзðàбîòàííîãî ïðî- ãðàммíîãî êîдà, ñîâмåщåííîãî ñ GEANT4 [4]. Еãî ðàбîòà ðàздåëåíà íà дâå чàñòè. Нà ïåðâîм ýòàïå мîдåëèðîâàíèÿ ïðîãðàммà ðàññчèòыâàåò DOI: 10.15222/TKEA2015.1.17 Аâòîð âыðàжàåò ñâîю бëàãîдàðíîñòь А. В. Рыбêå зà ïðåдîñòàâëåíèå ýêñïåðèмåíòàëьíыõ дàííыõ è ïðî- фåññîðó М. А. Хàжмóðàдîâó зà åãî ïîмîщь â èíòåð- ïðåòàцèè ïîëóчåííыõ ðåзóëьòàòîâ. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 18 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 ýíåðãèю èîíèзàцèè Ei, ïåðåдàâàåмóю дåòåêòî- ðó ïîãëîщåííым ãàммà-êâàíòîм ñ íàчàëьíîé ýíåðãèåé Eγ. Нà âòîðîм ýòàïå ðàññчèòыâàюòñÿ зíàчåíèÿ зàðÿдà, èíдóцèðîâàííîãî íà êîíòàê- òàõ дåòåêòîðà, дëÿ êàждîãî ïðîâзàèмîдåéñòâî- âàâшåãî фîòîíà. В цåëÿõ ïîëóчåíèÿ ðåзóëьòà- òîâ, íàèбîëåå ñîãëàñóющèõñÿ ñ ðåàëьíым ýêñ- ïåðèмåíòîм, â дàííîм ïðîãðàммíîм êîдå óчè- òыâàюòñÿ ñòàòèñòèчåñêèå ýффåêòы ðîждåíèÿ ýëåêòðîí-ïîзèòðîííыõ ïàð âíóòðè àêòèâíîãî îбъåмà дåòåêòîðà è мîдèфèêàцèÿ àмïëèòóды âыõîдíîãî èмïóëьñà ïîд âëèÿíèåм шóмà ýëåê- òðîííîé àïïàðàòóðы è зàõâàòà íîñèòåëåé зàðÿ- дà. Мîдåëь ðàзðàбîòàíà òàêèм îбðàзîм, чòî дàåò ïîëьзîâàòåëю âîзмîжíîñòь óïðàâëÿòь åå âõîд- íымè ïàðàмåòðàмè [4]. Нà рис. 1 ïðèâåдåíы ðåзóëьòàòы мîдåëèðîâà- íèÿ îòêëèêà CdZnTe-дåòåêòîðà íà èñòîчíèêè èз- ëóчåíèÿ 137Cs è 90Sr, à òàêжå ñïåêòðы, ïîëóчåí- íыå ýêñïåðèмåíòàëьíî âî âðåмÿ íàñòðîéêè èзмå- ðèòåëьíîãî ñòåíдà â [5] (Ni — êîëèчåñòâî ñчå- òîâ â i-м êàíàëå, ΣNi — ñóммàðíîå êîëèчåñòâî ñчåòîâ âî âñåõ êàíàëàõ). Здåñь âèдíî, чòî ïðè- âåдåííыå дàííыå õîðîшî ñîãëàñóюòñÿ мåждó ñî- бîé. Пîëîжåíèå фîòîïèêà ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ íà ïðîмîдåëèðîâàííîм ñïåêòðå 137Cs ñîîòâåòñòâóåò ýêñïåðèмåíòàëьíым дàííым. Нàбëюдàåмыå îò- ëèчèÿ ñïåêòðîâ мîãóò быòь âызâàíы ðàзëèчíы- мè ñëóчàéíымè фàêòîðàмè, íî ãëàâíàÿ ïðèчèíà ëåжèò, êàê è â [4], â óïðîщåííîм îïèñàíèè ãå- îмåòðèè è õèмèчåñêîãî ñîñòàâà ýëåмåíòîâ, ðàñ- ñåÿííыõ îò èзмåðèòåëьíîãî ñòåíдà. Моделирование функций отклика CdZnTe- и TlBr-детекторов Иññëåдîâàíы шèðîêîзîííыå ïîëóïðîâîдíè- êîâыå CdZnTe- è TlBr-дåòåêòîðы, íåêîòîðыå õà- ðàêòåðèñòèêè êîòîðыõ быëè èзóчåíы â [4, 6]. Нà рис. 2 ïîêàзàíî ðàñïðåдåëåíèå ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé â CdZnTe-дåòåêòîðå ðàзмåðàмè 6×6×3 мм, îбëóчåííîм 137Cs. Иíòåðâàë дèñêðå- òèзàцèè ΔE ðàâåí 0,05 êýВ. Äàííыå ýòîãî ðèñóí- êà èëëюñòðèðóюò êîмïòîíîâñêóю дîëèíó è êîм- ïòîíîâñêèé êðàé. Òàêжå íà ñïåêòðå õîðîшî âè- дåí фîòîïèê ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ. Êðîмå òîãî, ïîñêîëьêó íå быëè èñïîëьзîâàíы êàêèå-ëèбî фèëьòðы, ïîãëîщàющèå ýëåêòðîíы, íà ñïåêòðå ïðèñóòñòâóюò ïèêè îò êîíâåðñèîííыõ ýëåêòðî- íîâ ñ ýíåðãèåé 624 è 656 êýВ. Пðåдïîëàãàåòñÿ, чòî дðóãèå íåбîëьшèå ïèêè мåждó êîмïòîíîâ- ñêèм êðàåм è фîòîïèêîм ÿâëÿюòñÿ ïèêàмè óòåч- êè, êîòîðыå ñîîòâåòñòâóюò ãàммà-èзëóчåíèю èз ðàзëèчíыõ îбîëîчåê àòîмîâ Cd è Te. Пðè ðåãèñòðàцèè бåòà- è ãàммà-èзëóчåíèÿ шè- ðîêîзîííымè ïîëóïðîâîдíèêîâымè дåòåêòîðàмè ïîëóчàюò ðàзëèчíыå èмïóëьñы â зàâèñèмîñòè îò âèдà èзëóчåíèÿ. Äëÿ ïîëóчåíèÿ чèñòыõ ãàммà- ñïåêòðîâ îò èñòîчíèêà 137Cs (бåз âêëàдà êîíâåð- ñèîííыõ ýëåêòðîíîâ), êîòîðыå íåîбõîдèмы ïðè âîññòàíîâëåíèè è ðàздåëåíèè ñïåêòðîâ èзëóчå- íèÿ, ïîëóчåííыõ îò ñмåшàííыõ бåòà- è ãàммà- èñòîчíèêîâ, ïåðåд дåòåêòîðîм ðàзмåщàåòñÿ ïîãëî- щàющèé бåòà-фèëьòð. Нàмè быëî ïðîâåдåíî êîм- ïьюòåðíîå мîдåëèðîâàíèå CdZnTe-дåòåêòîðà, îб- ëóчåííîãî 137Cs бåз èñïîëьзîâàíèÿ бåòà-фèëьòðà è ñ èñïîëьзîâàíèåм Al-фèëьòðà ðàзëèчíîé òîë- щèíы (îò 0,1 дî 1,0 мм ñ шàãîм 0,1 мм). Аíàëèз ðåзóëьòàòîâ ïîêàзàë, чòî ïîëíîñòью ïîдàâèòь Ni/ΣNi 10–3 10–4 10–5 0 100 200 300 400 500 600 700 Нîмåð êàíàëà 1 2 Рèñ. 1. Сïåêòðы 137Cs (а) è 90Sr (б), ïîëóчåííыå ïó- òåм мîдåëèðîâàíèÿ (1) è ýêñïåðèмåíòàëьíî (2) Ni/ΣNi 10–3 10–4 10–5 0 400 800 1200 1600 Нîмåð êàíàëà 1 2 б) à) Рèñ. 2. Рàñïðåдåëåíèå ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé â CdZnTe-дåòåêòîðå, îбëóчåííîм 137Cs 106 105 104 103 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Эíåðãèÿ, МýВ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 656 êýВ624 êýВ 661,7 êýВ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 19 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 Рèñ. 3. Сïåêòð ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé CdZnTe- дåòåêòîðîм бåз фèëьòðà (1) è ïðè èñïîëьзîâàíèè Al бåòà-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм (2) ïðè îбëóчå- íèè 137Cs 106 105 104 103 102 101 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Эíåðãèÿ, МýВ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 2 1 106 105 104 103 102 101 100 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Эíåðãèÿ, МýВ 1 2 Рèñ. 4. Эíåðãåòèчåñêèå ïîòåðè (а) è ñïåêòð (б) ãàммà-êâàíòîâ ñ Eg = 0,662 МýВ, ïîëóчåííыå ïðè îбëóчåíèè CdZnTe-дåòåêòîðà ãàммà-êâàíòàмè ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ бåз фèëьòðà (1) è ïðè èñïîëьзîâàíèè Al-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм (2) 104 103 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Е×ССЕ, МýВ 1 2 б)à) Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 106 105 104 103 102 101 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Е×ССЕ, МýВ 1 2 Рèñ. 5. Сïåêòðы ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé CdZnTe-дåòåêòîðîм ïðè îбëóчåíèè 137Cs (а) бåз фèëьòðà (1) è ïðè èñ- ïîëьзîâàíèè Al-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм (2) è ïðè îбëóчåíèè 90Sr (б) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Е×ССЕ, МýВ б)à) Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ êîíâåðñèîííыå ýëåêòðîíы мîжíî ñ ïîмîщью Al-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм (рис. 3). Äëÿ îïðåдåëåíèÿ âëèÿíèÿ òàêîãî фèëьòðà íà âåðîÿòíîñòь ðàññåÿíèÿ â фîòîïèê ïðè ðåãèñòðà- цèè èзëóчåíèÿ èñòîчíèêà 137Cs быë ïðîмîдåëè- ðîâàí îòêëèê CdZnTe-дåòåêòîðà íà мîíîõðîмà- òèчåñêîå ãàммà-èзëóчåíèå ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ. Рåзóëьòàòы мîдåëèðîâàíèÿ ïîêàзàëè, чòî ïðè èñ- ïîëьзîâàíèè Al-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм âåðîÿò- íîñòь ðàññåÿíèÿ â фîòîïèê íà 0,99% мåíьшå, чåм ïðè îбëóчåíèè бåз фèëьòðà (рис. 4, а), ò. å. èñ- ñëåдóåмыé фèëьòð íå âëèÿåò íà âыñîòó è фîðмó фîòîïèêà ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ (ðèñ. 4, б, ãдå íà îñè àбñцèññ Е×ССЕ — ïðîèзâåдåíèå ýíåðãèè íà ýффåêòèâíîñòь ñбîðà зàðÿдà). Нà рис. 5 ïðåдñòàâëåíы фóíêцèè îòêëèêà CdZnTe-дåòåêòîðà ðàзмåðîм 6×6×3 мм íà èзëóчåíèå èñòîчíèêîâ 137Cs è 90Sr ñ íàïðÿжåíèåм Ub=300 В. Общèé óðîâåíь шóмà â ñïåêòðîмåòðèчåñêîé CdZnTe-ñèñòåмå быë ïðèíÿò ðàâíым 300 e– è òåм- íîâîé òîê дåòåêòîðà 3 íА. Зíàчåíèÿ ïðîèзâåдåíèÿ 106 105 104 103 102 101 100 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 20 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 ïîдâèжíîñòè íà âðåмÿ жèзíè дëÿ ýëåêòðîíîâ (μτ) e è дëÿ дыðîê (μτ)h быëè óñòàíîâëåíы, ñîîòâåò- ñòâåííî, 3⋅10–3 è 3⋅10–4 ñм2/В. Êðèâàÿ 1 íà ðèñ. 5, а, ïîëóчåííàÿ бåз ïðèмåíåíèÿ фèëьòðà, ñî- дåðжèò âèдèмыé фîòîïèê ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ è ïèêè îò êîíâåðñèîííыõ ýëåêòðîíîâ, êîòîðыå íàêëàдыâàюòñÿ дðóã íà дðóãà. Здåñь âèдíî, чòî âêëàд â íèõ âíîñÿò ïèêè óòåчêè, îдíàêî èз-зà íåбîëьшîé âåëèчèíы èõ íåâîзмîжíî ðàзëèчèòь íà êðèâîé ñïåêòðà 137Cs. Нàëîжåíèå ïèêîâ мî- жåò ïðèâåñòè ê ïåðåîцåíêå фîòîïèêà, îдíàêî, êàê ïîдòâåðждàюò дàííыå ðèñ. 4, фîòîïèêè íà êðèâыõ 1 è 2 ðèñ. 5, а ñîâïàдàюò. Ещå îдíèм ïåðñïåêòèâíым ïîëóïðîâîдíèêî- âым мàòåðèàëîм дëÿ ýффåêòèâíîé ðåãèñòðàцèè ãàммà-êâàíòîâ ÿâëÿåòñÿ TlBr, îдíàêî èíфîðмà- цèè îб ýêñïåðèмåíòàõ ïî дåòåêòèðîâàíèю бåòà- èзëóчåíèÿ ñ åãî ïîмîщью íà дàííыé мîмåíò íå- дîñòàòîчíî. Оïèñàííыå âышå êîмïьюòåðíыå ýêñ- ïåðèмåíòы быëè ïðîâåдåíы дëÿ TlBr-дåòåêòîðà ðàзмåðàмè 2,7×2,7×2,0 мм (рис. 6). Нàïðÿжåíèå Ub быëî âыбðàíî 400 В, îбщèé óðîâåíь шóмà â ñïåêòðîмåòðèчåñêîé TlBr-ñèñòåмå — ïðèбëè- зительно 400 e–. Предполагалось, что темновой òîê дåòåêòîðà ñîñòàâëÿåò 4 íА. Äëÿ òîãî чòîбы ïîëóчèòь дîñòàòîчíî âèдèмыå фîòîïèêè, быëè óñòàíîâëåíы зíàчåíèÿ (μτ)e è (μτ)h, ñîîòâåò- ственно, 5∙10–4 и 1∙10–4 ñм2/В. Нà рис. 7 ïðåдñòàâëåíы фóíêцèè îòêëè- êà TlBr-дåòåêòîðà íà ñмåшàííîå èзëóчåíèå îò (137Cs+90Sr)-èñòîчíèêà. Выводы Òàêèм îбðàзîм, ñ ïîмîщью мîдåëèðîâàíèÿ быëè ïîëóчåíы è èññëåдîâàíы фóíêцèè îòêëèêà CdZnTe- è TlBr-дåòåêòîðîâ íà èíдèâèдóàëьíыå èñòîчíèêè èзëóчåíèÿ 137Cs è 90Sr, êîòîðыå ÿâëÿюòñÿ ñàмымè ðàñïðîñòðàíåííымè зàãðÿзíèòåëÿмè îêðóжàющåé ñðåды, ïðèчåм îдíèмè èз íàèбîëåå дîëãîжèâóщèõ è îïàñíыõ ðàдèîíóêëèдîâ, âñòðåчàющèõñÿ â ïîчâå. Иññëåдîâàíèÿ ïîêàзàëè, чòî èмåющèåñÿ â фóíêцè- ÿõ îòêëèêà ïèêè îò êîíâåðñèîííыõ ýëåêòðîíîâ мî- ãóò быòь ïîëíîñòью ïîдàâëåíы Al бåòà-фèëьòðîм òîëщèíîé 0,5 мм. Пðèмåíåíèå фèëьòðà â ñëóчàå èзëóчåíèÿ 137Cs ïðèâîдèò ê óмåíьшåíèю âåðîÿò- íîñòè ðàññåÿíèÿ â фîòîïèê CdZnTe-дåòåêòîðîм íà 0,99%, TlBr-дåòåêòîðîм — íà 1,03%, à фîòîïèê ñ ýíåðãèåé 661,7 êýВ óмåíьшàåòñÿ, ñîîòâåòñòâåííî, â òðè è â дâà ðàзà. Пðîâåдåííîå ýêñïåðèмåíòàëьíîå мîдåëèðîâà- íèå òàêжå óêàзыâàåò íà òî, чòî îдèíàêîâàÿ мî- дåëь дåòåêòîðà мîжåò ïðèмåíÿòьñÿ дëÿ дåòåêòè- ðîâàíèÿ êàê ãàммà- (137Cs), òàê è бåòà-èзëóчåíèÿ (90Sr). Сëåдîâàòåëьíî, ïîëóïðîâîдíèêîâыå CdZnTe- è TlBr-дåòåêòîðы мîãóò быòь èñïîëь- зîâàíы дëÿ ðåãèñòðàцèè ãàммà/бåòà èзëóчåíèÿ îò ñмåшàííыõ èñòîчíèêîâ (137Cs + 90Sr). Пîëóчåííыå фóíêцèè îòêëèêà дåòåêòîðîâ íà èíдèâèдóàëьíыå è ñмåшàííыé èñòîчíèêè èзëó- чåíèÿ ïîñëóжàò îñíîâîé дàëьíåéшèõ èññëåдî- âàíèé, íàïðàâëåííыõ íà ïîèñê мåòîдèê âîññòà- íîâëåíèÿ è ðàздåëåíèÿ ñïåêòðîâ èзëóчåíèÿ, ïî- ëóчåííыõ îò ñмåшàííыõ èñòîчíèêîâ. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ 1. Nebelung С., Jähnigen P., Bernhard G. Simultaneous determination of beta nuclides by liquid scintillation spectrometry // Proc. of the Int. Conf. on Advances in Liquid Scintillation Spectrometry.— Davos, 2008.— P. 193—201. 2. Dobrin R. I., Pavelescu M., Dulama C. N., Toma Al. Measurement of multiple labeled samples by beta spectrum Рèñ. 6. Сïåêòðы ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé TlBr-дåòåêòîðîм ïðè îбëóчåíèè 137Cs (а) бåз фèëьòðà (1) è ïðè èñ- ïîëьзîâàíèè Al-фèëьòðà òîëщèíîé 0,5 мм (2) è ïðè îбëóчåíèè 90Sr (б) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Е×ССЕ, МýВ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Е×ССЕ, МýВ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 2 1 б)à) Рèñ. 7. Сïåêòð ýíåðãèè, ïîãëîщåííîé TlBr-дåòåêòîðîм ïðè ñмåшàííîм îбëóчåíèè îò (137Cs+90Sr)-èñòîчíèêà 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Е×ССЕ, МýВ Ê îë èч åñ òâ î ñч åò îâ 106 105 104 103 102 101 100 106 105 104 103 102 101 100 106 105 104 103 102 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 21 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ISSN 2225-5818 А. І. СКРИПНИК Óêðàїíà, Нàціîíàëьíèé íàóêîâèé цåíòð «Хàðêіâñьêèé фізèêî-òåõíічíèé іíñòèòóò» E-mail: belkas@kipt.kharkov.ua МОÄЕЛЮВАННЯ ВІÄГÓÊÓ CdZnTe- ÒА TlBr-ÄЕÒЕÊÒОРІВ ÄЛЯ РЕЄСÒРАЦІЇ ЗМІШАНОГО БЕÒА- ÒА ГАММА-ВИПРОМІНЮВАННЯ Виконано моделювання функції відгуку CdZnTe- і TlBr-детекторів на індивідуальні джерела випромінювання 137Cs та 90Sr за допомогою коду GEANT4. Отримано спектри для випадків, коли перед детектором розміщується бета-фільтр для поглинання електронів і без нього. За допомогою моделю- вання методом Монте-Карло знайдено оптимальну товщину Al бета-фільтра для повного заглушення конверсійних електронів в спектрі 137Cs. Також отримано функції відгуку TlBr-детектора на змішане джерело випромінювання (137Cs + 90Sr) з бета-фільтром і без нього. Ключові слова: код GEANT4, метод Монте-Карло, моделювання, СdZnTe- і TlBr-детектори, джерела випромінювання 137Cs та 90Sr, Al бета-фільтр. A. I. SKRYPNYK Ukraine, Kharkov, National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology” E-mail: belkas@kipt.kharkov.ua CdZnTe- AND TlBr-DETECTORS RESPONSE SIMULATION FOR REGISTRATION OF THE MIXED BETA- AND GAMMA-RADIATION One of the approaches for reconstructing the spectra of the mixed beta- and gamma-radiation, produced by wide band-gap semiconductor detectors, and the subsequent identification of radionuclides that are comprised in the mixture composition is a method based on various methods of spectral deconvolution. The presence of the detector response functions for each individual source of radiation is a key point in the studying such techniques. The response of TlBr- and CdZnTe-detectors to gamma-rays from 90Sr and 137Cs was simulated by Monte-Carlo method via Geant4 package. The computer experiments were conducted with using a β-filter and without it. It was shown that optimal thickness of the Al β-filter required for complete suppressing the conversion electrons in the 137Cs spectrum is 0.5 mm. The modification of 661.7 keV photopeaks with a using β-filter was investigated. Keywords: GEANT4 code, Monte-Carlo method, simulation, CdZnTe- and TlBr-detectors, 137Cs and 90Sr radiation sources, Al β-filter. DOI: 10.15222/TKEA2015.1.17 UDC 539.1.074 REFERENCES 1. Nebelung С., Jähnigen P., Bernhard G. Simultaneous determination of beta nuclides by liquid scintillation spec- trometry. Proc. of the Intern. Conference on Advances in liquid scintillation spectrometry, Davos, 2008, ðð. 193-201. 2. Dobrin R. I., Pavelescu M., Dulama C. N., Toma Al. Measurement of multiple labeled samples by beta spectrum un- folding. Rom. Journ. Phys., 2011, vol. 56, nî 1-2, ðð. 93-102. 3. Agostinelli S. et al. Geant4: A simulation toolkit. Nuclear instruments and methods in physics research. Section A, 2003, vol. 506, iss. 3, ðð. 250-303, DOI: 10.1016/S0168- 9002(03)01368-8 4. Zakharchenko A., Rybka A., Kutny V., Skrypnyk A., Khazhmuradov M., Fochuk P., Bolotnikov A., James R. Transport properties and spectrometric performances of CdZnTe-gamma-ray detectors. Proc. of SPIE, 2012, vol. 8507, pp. 85071I-1-7. 5. Dzhur E.A., SaninA.F., Bozhko S.A., Andrianov A.Yu., Belous V.A., Rybka A.V., Zakharchenko A.A., Borisenko V.N., Zinov’ev A.M., Kuznetsov A.P., Plisak Yu.V. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta, 2013, no 6, pp. 126-131. (in Russian) 6. Skrypnyk A., Zakharchenko A., Khazhmuradov M. Comparison of GEANT4 with EGSnrc for simulation of gamma-radiation detectors based on semi-insulating mate- rials. Problems of atomic science and technology. Series: Nuclear Physics Investigations, 2011, vol. 5, iss. 56, pp. 93-100. unfolding // Rom. Journ. Phys.— 2011.— Vol. 56, N 1—2.— P. 93—102. 3. Agostinelli S. et al. Geant4: A simulation toolkit // Nuclear instruments and methods in physics research. Section A.— 2003.— Vol. 506, iss. 3.— P. 250—303.— DOI: 10.1016/S0168-9002(03)01368-8 4. Zakharchenko A., Rybka A., Kutny V. et al. Transport properties and spectrometric performances of CdZnTe-gamma- ray detectors // Proc. of SPIE.— 2012.— Vol. 8507.— P. 85071I-1—7. 5. Äжóð Е.А., СàíèíА.Ф., Бîжêî С.А. è дð. Êîмïîзè- цèîííыé мàòåðèàë дëÿ зàщèòы ðàдèîýëåêòðîííîé àïïàðà- òóðы êîñмèчåñêèõ àïïàðàòîâ îò èîíèзèðóющåãî èзëóчåíèÿ // Вåñòíèê Сèбèðñêîãî ãîñóдàðñòâåííîãî àýðîêîñмèчåñêî- ãî óíèâåðñèòåòà.— 2013.— ¹ 6.— C. 126—131. 6. Skrypnyk A., Zakharchenko A., Khazhmuradov M. Comparison of GEANT4 with EGSnrc for simulation of gamma- radiation detectors based on semi-insulating materials // Problems of atomic science and technology. Series: Nuclear Physics Investigations.— 2011.— Vol. 5, iss. 56.— P. 93—100. Äата поступления рукописи в редакцию 14.08 2014 г.

Схожі ресурси