Was ist das Signal-Rausch-Verhältnis – Definition

Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist ein in Wissenschaft und Technik verwendetes Maß, das das elektrische Ausgangssignal mit dem im Kabelverlauf oder in der Instrumentierung erzeugten elektrischen Rauschen vergleicht. Strahlungsdosimetrie
Detektor für ionisierende Strahlung - Geigerrohr
Detektor für ionisierende Strahlung – Geigerrohr

Nehmen wir gasförmige Ionisationsdetektoren an . Der grundlegende Gasionisationsdetektor besteht aus einer Kammerdas mit einem geeigneten Medium (Luft oder einem speziellen Füllgas) gefüllt ist, das leicht ionisiert werden kann. In der Regel ist der Mitteldraht die positive Elektrode (Anode) und der äußere Zylinder die negative Elektrode (Kathode), so dass (negative) Elektronen vom Mitteldraht und positive Ionen vom äußeren Zylinder angezogen werden. Die Anode hat eine positive Spannung in Bezug auf die Detektorwand. Wenn ionisierende Strahlung zwischen den Elektroden in das Gas eintritt, wird eine endliche Anzahl von Ionenpaaren gebildet. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes bewegen sich die positiven Ionen zur negativ geladenen Elektrode (äußerer Zylinder) und die negativen Ionen (Elektronen) zur positiven Elektrode (zentraler Draht). Die Sammlung dieser Ionen erzeugt eine Ladung an den Elektroden und einen elektrischen Impuls über die Erfassungsschaltung.verstärkt und dann mit Standardelektronik aufgezeichnet .

Signal-Rausch-Verhältnis

Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist ein in Wissenschaft und Technik verwendetes Maß, das das elektrische Ausgangssignal mit dem im Kabelverlauf oder in der Instrumentierung erzeugten elektrischen Rauschen vergleicht.

Signal-Rausch-Verhältnis – Germaniumdetektoren

Die Gesamtabsorption eines 1 MeV-Photons erzeugt etwa 3 x 10 5 Elektron-Loch-Paare. Dieser Wert ist im Vergleich zur Gesamtzahl der freien Ladungsträger in einem intrinsischen Halbleiter von 1 cm 3 gering .

Durch den Detektor laufende Teilchen ionisieren die Halbleiteratome und erzeugen die Elektron-Loch-Paare. Bei Detektoren auf Germaniumbasis bei Raumtemperatur dominiert jedoch die thermische Anregung. Es wird durch Verunreinigungen, Unregelmäßigkeiten im Strukturgitter oder durch Dotierstoffe verursacht. Dies hängt stark von der E- Lücke (einem Abstand zwischen Valenz und Leitungsband) ab, die für Germanium sehr gering ist (Egap = 0,67 eV). Da thermische Anregung zu Detektorrauschen führt, ist für einige Halbleitertypen (z. B. Germanium) eine aktive Kühlung erforderlich.

Es ist zu beachten, dass eine 1 cm 3 -Probe von reinem Germanium bei 20 ° C ungefähr 4,2 × 10 22 Atome enthält, aber auch ungefähr 2,5 × 10 13 freie Elektronen und 2,5 × 10 13 Löcher enthält. . Wie zu sehen ist, wäre das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) minimal. Die Zugabe von 0,001% Arsen (eine Verunreinigung) spendet zusätzlich 10 17freie Elektronen im gleichen Volumen und die elektrische Leitfähigkeit wird um den Faktor 10.000 erhöht. In dotiertem Material wäre das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) noch kleiner. Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke aufweist, müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern (also den umgekehrten Leckstrom) auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Andernfalls zerstört durch Leckstrom induziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors.

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