Der Hauptnachteil von Germaniumdetektoren besteht darin, dass sie auf Temperaturen von flüssigem Stickstoff abgekühlt werden müssen. Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke aufweist , müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern auf ein akzeptables Maß zu reduzieren . Andernfalls zerstört durch Leckstrom induziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors. Es sei daran erinnert, dass die Bandlücke (ein Abstand zwischen Valenz und Leitungsband ) für Germanium sehr gering ist (Egap = 0,67 eV). Das Abkühlen auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (-195,8 ° C; -320 ° F) reduziert die thermischen Anregungen von Valenzelektronen, so dass nur eine Gammastrahlenwechselwirkung einem Elektron die Energie geben kann, die erforderlich ist, um die Bandlücke zu überschreiten und das Leitungsband zu erreichen.
Daher sind HPGe-Detektoren normalerweise mit einem Kryostaten ausgestattet . Germaniumkristalle werden in einem evakuierten Metallbehälter aufbewahrt, der als Detektorhalter bezeichnet wird . Der Detektorhalter sowie die „Endkappe“ sind dünn, um eine Dämpfung von Photonen mit niedriger Energie zu vermeiden. Der Halter besteht im Allgemeinen aus Aluminium und ist typischerweise 1 mm dick. Die Endkappe besteht in der Regel ebenfalls aus Aluminium. Der HPGe-Kristall im Inneren des Halters steht in thermischem Kontakt mit einem Metallstab, der als Kaltfinger bezeichnet wird . Der kalte Finger überträgt Wärme von der Detektoranordnung zum Reservoir für flüssigen Stickstoff (LN 2 ). Die Kombination aus Vakuummetallbehälter, Kaltfinger und Dewar-Kolbenfür den flüssigen Stickstoff wird Kryogen Kryostat genannt. Der Germaniumdetektor-Vorverstärker ist normalerweise im Lieferumfang des Kryostat-Pakets enthalten. Da der Vorverstärker so nahe wie möglich angeordnet sein sollte, damit die Gesamtkapazität minimiert werden kann, wird der Vorverstärker zusammen installiert. Die Eingangsstufen des Vorverstärkers werden ebenfalls gekühlt. Der kalte Finger erstreckt sich über die Vakuumgrenze des Kryostaten hinaus in einen Dewar-Kolben, der mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Das Eintauchen des kalten Fingers in den flüssigen Stickstoff hält den HPGe-Kristall auf einer konstant niedrigen Temperatur. Die Temperatur des flüssigen Stickstoffs wird durch langsames Kochen der Flüssigkeit konstant bei 77 K (-195,8 ° C; -320 ° F) gehalten, was zur Entwicklung von Stickstoffgas führt. Je nach Größe und Ausführung beträgt die Haltezeit von Vakuumkolben einige Stunden bis einige Wochen.
Das Abkühlen mit flüssigem Stickstoff ist unpraktisch, da der Detektor Stunden benötigt, um auf Betriebstemperatur abzukühlen, bevor er verwendet werden kann, und sich während des Gebrauchs nicht erwärmen darf. HPGe Detektoren können auf Raumtemperatur erwärmen gelassen werden , wenn sie nicht in Gebrauch . Es muss beachtet werden, dass sich Ge (Li) -Kristalle niemals erwärmen dürfen, da das Lithium aus dem Kristall driften und den Detektor ruinieren würde.
Kommerzielle Systeme wurden verfügbar, die fortschrittliche Kühltechniken (zum Beispiel einen Pulsrohrkühler ) verwenden, um die Notwendigkeit einer Kühlung mit flüssigem Stickstoff zu beseitigen. Dieses Kühlsystem ist ein elektrisch betriebener Kryostat, der vollständig LN 2 -frei ist .
Siehe auch: Germaniumdetektoren, MIRION Technologies. <verfügbar unter: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.
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