Dosimetría de radiación

Detectores de germanio de alta pureza ( detectores de HPGe ) son la mejor solución para precisa gamma y espectroscopia de rayos x . En comparación con los detectores de silicio , el germanio es mucho más eficiente que el silicio para la detección de radiación debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y debido a la menor energía promedio necesaria para crear un par de agujeros de electrones , que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio Debido a su mayor número atómico, Ge tiene un coeficiente de atenuación lineal mucho más lager, lo que conduce a una ruta libre media más corta. Además, los detectores de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, mientras que el germanio puede tener un agotamiento,espesor sensible de centímetros y, por lo tanto, se puede utilizar como detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.

Para lograr la máxima eficiencia, los detectores HPGe deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.

Detector HPGe – Principio de funcionamiento

El funcionamiento de los detectores de semiconductores se resume en los siguientes puntos:

• La radiación ionizante ingresa al volumen sensible ( cristal de germanio ) del detector e interactúa con el material semiconductor.
• El fotón de alta energía que pasa a través del detector ioniza los átomos de los semiconductores, produciendo los pares de electrones . El número de pares de electrones es proporcional a la energía de la radiación al semiconductor. Como resultado, se transfieren varios electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción, y se crea un número igual de agujeros en la banda de valencia.
• Dado que el germanio puede tener un espesor de centímetros agotado y sensible, pueden absorber fotones de alta energía totalmente  (hasta pocos MeV).
• Bajo la influencia de un campo eléctrico, los electrones y los agujeros viajan a los electrodos, donde producen un pulso que se puede medir en un circuito externo.
• Este pulso lleva información sobre la energía de la radiación incidente original. El número de tales pulsos por unidad de tiempo también proporciona información sobre la intensidad de la radiación.

En todos los casos, un fotón deposita una parte de su energía a lo largo de su trayectoria y puede ser absorbido totalmente. La absorción total de un fotón de 1 MeV produce alrededor de 3 x 10 ⁵ pares de electrones. Este valor es menor en comparación con el número total de portadores libres en un semiconductor intrínseco de 1 cm ³ . La partícula que pasa a través del detector ioniza los átomos del semiconductor, produciendo los pares de electrones. Pero en los detectores basados ​​en germanio a temperatura ambiente, la excitación térmica es dominante. Es causada por impurezas, irregularidades en la estructura reticular o por dopante . Depende mucho de la _brecha E(una distancia entre la valencia y la banda de conducción), que es muy baja para germanio (Egap = 0,67 eV). Dado que la excitación térmica produce el ruido del detector, se requiere enfriamiento activo para algunos tipos de semiconductores (por ejemplo, germanio).

Tenga en cuenta que una muestra de 1 cm ³ de germanio puro a 20 ° C contiene aproximadamente 4.2 × 10 ²² átomos, pero también contiene aproximadamente 2.5 x 10 ¹³ electrones libres y 2.5 x 10 ¹³ agujeros generados constantemente a partir de energía térmica. Como se puede ver, la relación señal / ruido (S / N) sería mínima (compárela con 3 x 10 ⁵ pares de electrones). La adición de 0.001% de arsénico (una impureza) dona un extra de 10 ¹⁷electrones libres en el mismo volumen y la conductividad eléctrica se incrementa en un factor de 10,000. En material dopado, la relación señal / ruido (S / N) sería aún menor. Debido a que el germanio tiene un intervalo de banda relativamente bajo, estos detectores deben enfriarse para reducir la generación térmica de portadores de carga (por lo tanto, invertir la corriente de fuga) a un nivel aceptable. De lo contrario, el ruido inducido por la corriente de fuga destruye la resolución energética del detector.

Detectores de germanio de alta pureza ( detectores de HPGe ) son la mejor solución para precisa gamma y espectroscopia de rayos x . En comparación con los detectores de silicio , el germanio es mucho más eficiente que el silicio para la detección de radiación debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y debido a la menor energía promedio necesaria para crear un par de agujeros de electrones , que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio Debido a su mayor número atómico, Ge tiene un coeficiente de atenuación lineal mucho más lager, lo que conduce a una ruta libre media más corta. Además, los detectores de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, mientras que el germanio puede tener un agotamiento,espesor sensible de centímetros y, por lo tanto, se puede utilizar como detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.

Para lograr la máxima eficiencia, los detectores HPGe deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.

Enfriamiento de detectores HPGe

El principal inconveniente de los detectores de germanio es que deben enfriarse a temperaturas de nitrógeno líquido. Debido a que el germanio tiene un intervalo de banda relativamente bajo , estos detectores deben enfriarse para reducir la generación térmica de portadores de carga a un nivel aceptable. De lo contrario, el ruido inducido por la corriente de fuga destruye la resolución energética del detector. Recuerde, la brecha de banda (una distancia entre la valencia y la banda de conducción ) es muy baja para germanio (Egap = 0.67 eV). El enfriamiento a la temperatura del nitrógeno líquido (-195.8 ° C; -320 ° F) reduce las excitaciones térmicas de los electrones de valencia, de modo que solo una interacción de rayos gamma puede dar a un electrón la energía necesaria para cruzar la brecha de banda y alcanzar la banda de conducción.

Por lo tanto, los detectores HPGe generalmente están equipados con un criostato . Los cristales de germanio se mantienen dentro de un recipiente de metal evacuado denominado soporte del detector . El soporte del detector, así como la «tapa final», son delgados para evitar la atenuación de los fotones de baja energía. El soporte generalmente está hecho de aluminio y típicamente tiene un grosor de 1 mm. La tapa final, también está generalmente hecha de aluminio. El cristal HPGe dentro del soporte está en contacto térmico con una varilla de metal llamada dedo frío . El dedo frío transfiere calor desde el conjunto del detector al depósito de nitrógeno líquido (LN ₂ ). La combinación del recipiente de metal al vacío, el dedo frío y el matraz Dewarpara el nitrógeno líquido el criógeno se llama criostato. El preamplificador detector de germanio normalmente se incluye como parte del paquete de criostato. Dado que el preamplificador debe ubicarse lo más cerca posible para que se pueda minimizar la capacitancia general, el preamplificador se instala conjuntamente. Las etapas de entrada del preamplificador también se enfrían. El dedo frío se extiende más allá del límite de vacío del criostato en un matraz Dewar que está lleno de nitrógeno líquido. La inmersión del dedo frío en el nitrógeno líquido mantiene el cristal HPGe a una temperatura baja constante. La temperatura del nitrógeno líquido se mantiene constante a 77 K (-195.8 ° C; -320 ° F) por ebullición lenta del líquido, lo que resulta en la evolución del gas nitrógeno. Dependiendo del tamaño y el diseño, el tiempo de retención de los matraces de vacío varía de unas pocas horas a unas pocas semanas.

El enfriamiento con nitrógeno líquido es inconveniente, ya que el detector requiere horas para enfriarse a la temperatura de funcionamiento antes de que pueda usarse, y no se puede permitir que se caliente durante el uso. Los detectores HPGe pueden calentarse a temperatura ambiente cuando no están en uso . Cabe señalar que los cristales de Ge (Li) nunca podrían calentarse, ya que el litio saldría del cristal y arruinaría el detector.

Se pusieron a disposición sistemas comerciales que utilizan técnicas avanzadas de refrigeración (por ejemplo, un  enfriador de tubos de pulso ) para eliminar la necesidad de enfriamiento con nitrógeno líquido. Este sistema de enfriamiento es un criostato alimentado eléctricamente, completamente libre de LN ₂ .

Ver también: detectores de germanio, MIRION Technologies. <disponible en: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.

Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan más comúnmente cuando se requiere una muy buena resolución de energía , especialmente para la espectroscopía gamma , así como la espectroscopía de rayos X. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía media más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía. Por otro lado, para lograr la máxima eficiencia, los detectores deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.

Dado que los detectores de germanio producen la resolución más alta disponible en la actualidad, se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones, incluido el monitoreo del personal y el medio ambiente para detectar contaminación radiactiva, aplicaciones médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares.

Aplicación de detectores de germanio – espectroscopía gamma

Como se escribió, el estudio y análisis de los espectros de rayos gamma para uso científico y técnico se llama espectroscopía gamma, y ​​los espectrómetros de rayos gamma son los instrumentos que observan y recopilan dichos datos. Un espectrómetro de rayos gamma (GRS) es un dispositivo sofisticado para medir la distribución de energía de la radiación gamma. Para la medición de rayos gamma por encima de varios cientos de keV, hay dos categorías de detectores de gran importancia,  centelleadores inorgánicos como NaI (Tl)  y  detectores de semiconductores.. En los artículos anteriores, describimos la espectroscopía gamma utilizando un detector de centelleo, que consiste en un cristal centelleador adecuado, un tubo fotomultiplicador y un circuito para medir la altura de los pulsos producidos por el fotomultiplicador. Las ventajas de un contador de centelleo son su eficiencia (gran tamaño y alta densidad) y las altas tasas de precisión y conteo que son posibles. Debido al alto número atómico de yodo, una gran cantidad de todas las interacciones dará como resultado la absorción completa de la energía de los rayos gamma, por lo que la fracción de la foto será alta.

Pero si  se requiere una  resolución energética perfecta , tenemos que usar  un detector a base de germanio , como el  detector HPGe . Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan con mayor frecuencia cuando se requiere una muy buena resolución energética, especialmente para  la espectroscopía gamma , así como  la espectroscopía de rayos X. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía media más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía. El FWHM (ancho completo a la mitad como máximo) para detectores de germanio es una función de la energía. Para un fotón de 1.3 MeV, el FWHM es 2.1 keV, que es muy bajo.

Detectores de semiconductores basados ​​en germanio

Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan con mayor frecuencia cuando se requiere una muy buena resolución de energía , especialmente para la espectroscopía gamma , así como la espectroscopía de rayos X.

Ventajas y desventajas de los detectores de germanio

Ventajas de los detectores de germanio

• Mayor número atómico. Se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción de rayos gamma.
• El germanio tiene una energía promedio más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio.
• Muy buena resolución energética . El FWHM para detectores de germanio es una función de la energía. Para un fotón de 1.3 MeV, el FWHM es 2.1 keV, que es muy bajo.
• Los cristales grandes . Si bien los detectores a base de silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, el germanio puede tener un espesor de centímetros agotado y sensible y, por lo tanto, puede usarse como un detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.

Desventajas de los detectores de germanio

• Enfriamiento . Para lograr la máxima eficiencia, los detectores deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.
• Precio . La desventaja es que los detectores de germanio son mucho más caros que las cámaras de ionización o los contadores de centelleo .

En física experimental, los detectores ΔE-E , conocidos como telescopios , son dispositivos potentes para la identificación de partículas cargadas . Para proporcionar una identificación de partículas cargadas, se pueden usar telescopios que consisten en pares de detectores de barrera de superficie delgada y gruesa . Estos detectores deben colocarse en serie. La velocidad se deduce de la potencia de frenado medida en los detectores delgados ( detectores ΔE ). Existe una fuerte correlación entre la energía depositada en cada detector. Esta correlación depende de la masa (A), la carga (Z) y la energía cinética (E) de cada partícula. La masa se deduce del rango o de la pérdida total de energía cinética en el detector más grueso (E detector ).

Los telescopios pueden estar compuestos por varios detectores ( cámaras de ionización , detectores de silicio y centelleadores, por ejemplo) apilados para ralentizar las partículas cargadas incidentes, siendo el primer detector el más delgado y el último el más grueso. Los contadores de centelleo CsI pueden usarse, por ejemplo, como contadores E finales. Como ejemplo de telescopio, se puede usar un conjunto basado en dos detectores de silicio ΔE frontales (10 o 30 µm) y un contador de silicio E de 1500 µm de espesor para la detección de partículas cargadas de alta energía.

Los detectores a base de silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas. Un detector de tiras de silicio es una disposición de implantes en forma de tiras que actúan como electrodos colectores de carga.

Los detectores de tiras de silicio de 5 x 5 cm ² de área son bastante comunes y se usan en serie (al igual que los planos de MWPC)) para determinar las trayectorias de partículas cargadas para precisiones de posición del orden de varios μm en la dirección transversal. Colocados en una oblea de silicio completamente empobrecida y dopada, estos implantes forman una matriz unidimensional de diodos. Al conectar cada una de las tiras metalizadas a un amplificador sensible a la carga, se construye un detector sensible a la posición. Se pueden lograr mediciones de posición bidimensionales aplicando una tira adicional como dopaje en la parte posterior de la oblea mediante el uso de una tecnología de doble cara. Dichos dispositivos se pueden usar para medir pequeños parámetros de impacto y, por lo tanto, determinar si alguna partícula cargada se originó a partir de una colisión primaria o si fue el producto de descomposición de una partícula primaria que viajó una pequeña distancia desde la interacción original y luego se descompuso.

Los detectores de tiras de silicio constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN. La mayoría de los detectores de partículas de silicio funcionan, en principio, al dopar tiras de silicio estrechas (generalmente de alrededor de 100 micrómetros de ancho) para convertirlas en diodos, que luego se polarizan inversamente. A medida que las partículas cargadas pasan a través de estas tiras, causan pequeñas corrientes de ionización que se pueden detectar y medir. Organizar miles de estos detectores alrededor de un punto de colisión en un acelerador de partículas puede proporcionar una imagen precisa de los caminos que toman las partículas.

Por ejemplo, el Sistema de seguimiento interno (ITS) de un gran experimento de colisionador de iones (ALICE) contiene tres capas de detectores basados ​​en silicio:

• Detector de píxeles de silicio (SPD)
• Detector de deriva de silicio (SDD)
• Detector de tiras de silicio (SSD)

Los detectores de semiconductores a base de silicio se usan principalmente para detectores de partículas cargadas (especialmente para rastrear partículas cargadas ) y detectores de rayos X blandos, mientras que el germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma. Un semiconductor grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad . Sin embargo, es difícil hacer cristales grandes con suficiente pureza. Los detectores de semiconductores tienen, por lo tanto, baja eficiencia, pero dan una medida muy precisa de la energía. Los detectores basados ​​en silicio tienen un ruido suficientemente bajo incluso a temperatura ambiente. Esto es causado por la gran brecha de banda de silicio (Egap = 1.12 eV), que nos permite operar el detector a temperatura ambiente, pero se prefiere enfriar para reducir el ruido.

Ventajas y desventajas de los detectores de silicio

Ventajas de los detectores de silicio

• En comparación con los detectores de ionización gaseosa, la densidad de un detector de semiconductores es muy alta, y las partículas cargadas de alta energía pueden emitir su energía en un semiconductor de dimensiones relativamente pequeñas.
• El silicio tiene una alta densidad de 2.329 g / cm ³ y, por lo tanto, la pérdida de energía promedio por unidad de longitud permite construir detectores delgados (por ejemplo, 300 µm) que aún producen señales medibles. Por ejemplo, en caso de mínima partícula ionizante (MIP) la pérdida de energía es de 390 eV / µm. Los detectores de silicio son mecánicamente rígidos y, por lo tanto, no se necesitan estructuras de soporte especiales.
• Los detectores basados ​​en silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas, constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN.
• Los detectores de silicio se pueden usar en campos magnéticos fuertes.

Desventajas de los detectores de silicio

• Precio . La desventaja es que los detectores de silicio son mucho más caros que las cámaras de nube o las cámaras de cables.
• La degradación . También sufren degradación con el tiempo por la radiación, sin embargo, esto se puede reducir en gran medida gracias al efecto Lázaro.
• Alto FWHM . En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía promedio menor necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía.

Los detectores de semiconductores a base de silicio se usan principalmente para detectores de partículas cargadas (especialmente para rastrear partículas cargadas ) y detectores de rayos X blandos, mientras que el germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma. Un semiconductor grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad . Sin embargo, es difícil hacer cristales grandes con suficiente pureza. Los detectores de semiconductores tienen, por lo tanto, baja eficiencia, pero dan una medida muy precisa de la energía. Los detectores basados ​​en silicio tienen un ruido suficientemente bajo incluso a temperatura ambiente. Esto es causado por la gran brecha de bandade silicio (Egap = 1.12 eV), que nos permite operar el detector a temperatura ambiente, pero se prefiere enfriar para reducir el ruido. El inconveniente es que los detectores de silicio son mucho más caros que las cámaras de niebla o cámaras de cables y requieren un enfriamiento sofisticado para reducir las corrientes de fuga (ruido). También sufren degradación con el tiempo debido a la radiación, sin embargo, esto se puede reducir en gran medida gracias al efecto Lázaro.

Aplicación de detectores de silicio

Dado que los detectores basados ​​en silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas, constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN. La mayoría de los detectores de partículas de silicio funcionan, en principio, al dopar tiras de silicio estrechas (generalmente de alrededor de 100 micrómetros de ancho) para convertirlas en diodos, que luego se polarizan inversamente. A medida que las partículas cargadas pasan a través de estas tiras, causan pequeñas corrientes de ionización que se pueden detectar y medir. Organizar miles de estos detectores alrededor de un punto de colisión en un acelerador de partículas puede proporcionar una imagen precisa de los caminos que toman las partículas. Por ejemplo, el Sistema de seguimiento interno (ITS) de un gran experimento de colisionador de iones (ALICE) contiene tres capas de detectores basados ​​en silicio:

• Detector de píxeles de silicio (SPD)
• Detector de deriva de silicio (SDD)
• Detector de tiras de silicio (SSD)

Detectores de tiras de silicio

Los detectores a base de silicio son muy buenos para rastrear partículas cargadas. Un detector de tiras de silicio es una disposición de implantes en forma de tiras que actúan como electrodos colectores de carga.

Los detectores de tiras de silicio de 5 x 5 cm ² de área son bastante comunes y se usan en serie (al igual que los planos de MWPC)) para determinar las trayectorias de partículas cargadas para precisiones de posición del orden de varios μm en la dirección transversal. Colocados en una oblea de silicio completamente empobrecida y dopada, estos implantes forman una matriz unidimensional de diodos. Al conectar cada una de las tiras metalizadas a un amplificador sensible a la carga, se construye un detector sensible a la posición. Se pueden lograr mediciones de posición bidimensionales aplicando una tira adicional como dopaje en la parte posterior de la oblea mediante el uso de una tecnología de doble cara. Dichos dispositivos se pueden usar para medir pequeños parámetros de impacto y, por lo tanto, determinar si alguna partícula cargada se originó a partir de una colisión primaria o si fue el producto de descomposición de una partícula primaria que viajó una pequeña distancia desde la interacción original y luego se descompuso.

Los detectores de tiras de silicio constituyen una parte sustancial del sistema de detección en el LHC en el CERN. La mayoría de los detectores de partículas de silicio funcionan, en principio, al dopar tiras de silicio estrechas (generalmente de alrededor de 100 micrómetros de ancho) para convertirlas en diodos, que luego se polarizan inversamente. A medida que las partículas cargadas pasan a través de estas tiras, causan pequeñas corrientes de ionización que se pueden detectar y medir. Organizar miles de estos detectores alrededor de un punto de colisión en un acelerador de partículas puede proporcionar una imagen precisa de los caminos que toman las partículas.

Por ejemplo, el Sistema de seguimiento interno (ITS) de un gran experimento de colisionador de iones (ALICE) contiene tres capas de detectores basados ​​en silicio:

• Detector de píxeles de silicio (SPD)
• Detector de deriva de silicio (SDD)
• Detector de tiras de silicio (SSD)

Delta E – Detector E – Telescopio

En física experimental, los detectores ΔE-E , conocidos como telescopios , son dispositivos potentes para la identificación de partículas cargadas . Para proporcionar una identificación de partículas cargadas, se pueden utilizar telescopios que consisten en pares de detectores de barrera de superficie delgada y gruesa . Estos detectores deben colocarse en serie. La velocidad se deduce de la potencia de frenado medida en los detectores delgados ( detectores ΔE ). Existe una fuerte correlación entre la energía depositada en cada detector. Esta correlación depende de la masa (A), la carga (Z) y la energía cinética (E) de cada partícula. La masa se deduce del rango o de la pérdida total de energía cinética en el detector más grueso (E detector ).

Los telescopios pueden estar compuestos por varios detectores ( cámaras de ionización , detectores de silicio y centelleadores, por ejemplo) apilados para ralentizar las partículas cargadas incidentes, siendo el primer detector el más delgado y el último el más grueso. Los contadores de centelleo CsI pueden usarse, por ejemplo, como contadores E finales. Como ejemplo de telescopio, se puede usar un conjunto basado en dos detectores de silicio ΔE frontales (10 o 30 µm) y un contador de silicio E de 1500 µm de espesor para la detección de partículas cargadas de alta energía.

Los detectores de semiconductores a base de silicio se usan principalmente para detectores de partículas cargadas (especialmente para rastrear partículas cargadas ) y detectores de rayos X blandos, mientras que el germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma. Un semiconductor grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad . Sin embargo, es difícil hacer cristales grandes con suficiente pureza. Los detectores de semiconductores tienen, por lo tanto, baja eficiencia, pero dan una medida muy precisa de la energía. Los detectores basados ​​en silicio tienen un ruido suficientemente bajo incluso a temperatura ambiente. Esto es causado por la gran brecha de bandade silicio (Egap = 1.12 eV), que nos permite operar el detector a temperatura ambiente, pero se prefiere enfriar para reducir el ruido. El inconveniente es que los detectores de silicio son mucho más caros que las cámaras de niebla o cámaras de cables y requieren un enfriamiento sofisticado para reducir las corrientes de fuga (ruido). También sufren degradación con el tiempo debido a la radiación, sin embargo, esto se puede reducir en gran medida gracias al efecto Lázaro.

Principio de funcionamiento de detectores de silicio  

El funcionamiento de los detectores de semiconductores se resume en los siguientes puntos:

• La radiación ionizante ingresa al volumen sensible del detector e interactúa con el material semiconductor.
• La partícula que pasa a través del detector ioniza los átomos del semiconductor, produciendo los pares de electrones . El número de pares de electrones es proporcional a la energía de la radiación al semiconductor. Como resultado, se transfieren varios electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción, y se crea un número igual de agujeros en la banda de valencia.
• Bajo la influencia de un campo eléctrico, los electrones y los agujeros viajan a los electrodos, donde producen un pulso que se puede medir en un circuito externo,
• Este pulso lleva información sobre la energía de la radiación incidente original. El número de tales pulsos por unidad de tiempo también proporciona información sobre la intensidad de la radiación.

La energía requerida para producir pares de electrones es muy baja en comparación con la energía requerida para producir iones emparejados en un detector de ionización gaseosa . En los detectores de semiconductores, la variación estadística de la altura del pulso es menor y la resolución de la energía es mayor. Como los electrones viajan rápido, la resolución de tiempo también es muy buena. En comparación con los detectores de ionización gaseosa, la densidad de un detector de semiconductores es muy alta, y las partículas cargadas de alta energía pueden emitir su energía en un semiconductor de dimensiones relativamente pequeñas.