粒子探测技术第5章第5节.pdf

§5-5 半导体探测器的应用 一、优点： • 能量线性好。 • 能量分辨高。 如对5.3MeV粒子，能量分辨E=10.8KeV(0.2%) ，超过电离室； 对1.33MeV射线，能量分辨E=1.3KeV(0.13%)超过NaI(Tl) ； 对5.9KeVx射线，能量分辨E=150eV(1.4%) ，超过正比计数器。 • 时间响应快，时间分辨好。脉冲上升时间短，ns量级，可用于时间 和快符合测量。 • 窗薄，死层小。可用于测量重带电粒子、核裂片和低能电子及X射 线。 • 灵敏区厚度可调。 • 结构简单、体积小，重量轻。易制成各种形状，满足多种要求。 • 对磁场(B10KG)不灵敏。宜于磁谱仪和加速器中使用。 2013/10/29 中国科大 汪晓莲 1 二、缺点： • 灵敏体积不够大。包括面积和灵敏区厚度，测 量高能粒子有困难。 • 输出信号幅度小。常需要在低温下工作，要求 较高的电子学线路和低温装置。 • 对温度敏感。 • 抗辐照性能差。 2013/10/29 中国科大 汪晓莲 2 三、使用技术 •根据被测粒子的种类、能量、使用条件和所要解决的问题，选择半导 体探测器的类型、面积和灵敏区的厚度。 •选择合适的工作电压。一般说工作电压高了，漏电流大，高频噪声大， 且电压过高易造成探测器击穿，但脉冲上升时间快，能量分辨好。工 作电压太低，结电容大，低频噪声大。应选取合适的工作电压。注意 电压极性不能接错，半导体探测器工作在反向偏置状态。 •低温干燥保存和使用。如面垒型存放在干燥皿中，锂漂移型要低温下 加一定反向偏压保存，Ge(Li)必须在液氮温度下工作。 •保护探测器的窗。窗很薄，使用时必须小心，不用时加盖保护罩。 •加盖不透光的防护罩。半导体探测器对光灵敏，特别是金硅面垒型。 •为了降低噪声，作能谱测量的Si(Li)和Ge(li)探测器必须使用真空低温 装置。 •防止计数率过载。高计数率会造成基线漂移，使谱形畸变，能量分辨 率变差。 •电子学仪器要预热。高精度能谱测量，为防止多道的道漂，多道要预 热，必要时应使用稳谱仪稳谱。 2013/10/29 中国科大 汪晓莲 3 四、半导体探测器在高能物理实验中的应用 • 因为硅微条等新型半导体探测器的位置分辨率比气体探测 器、闪烁探测器的位置分辨率高一到两个数量级, 所以在近 十几年来, 世界各大高能物理实验室都采用它作为顶点探测 器。如美国的FERMI LAB 的CDF 和D0 实验, SLAC 实验 室的B 介子工厂的BaBar 实验, 欧洲高能物理中心CERN 的 LEP正负电子对撞机上的L 3、ALEPH、DELPHI、OPAL 和正在建造的质子－质子对撞机LHC 的ATLAS、CMS及 日本高能物理实验室KEK, 德国的HARA、HARAB 实验等 全采用了它。 • LHC 的ATLAS、CMS采用硅微条探测器代替漂移室作径 迹测量。 2013/10/29 中国科大 汪晓莲 4 1. D0顶点探测器 F －Disk 桶部 H －Disk 美国费米实验室D0 实验采用硅微条探测器作顶点探测器。 为了增大覆盖立体角, 除了桶部设计得比较长外, 还设计了 H －DISK 和F －DISK 。这个顶点探测器所用的硅微条探 测器都是用交流耦合输出的, 其桶部是采用单边读出的硅 微