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2.4 Festkörperdetektoren

2.4 Festkörperdetektoren

2.4

2.4 Festkörperdetektoren 2.4 Festkörperdetektoren 159 Werden kristalline Festkörper ionisierender Strahlung ausgesetzt, so entstehen in ihnen wie auch in den Gasen freie Ladungsträgerpaare aus Elektronen und Ionen. Sollen Festkörper als Ionisations- Detektoren verwendet werden, müssen diese durch Bestrahlung erzeugten freien Ladungen durch externe elektrische Felder abgeleitet und gesammelt werden. Dazu ist der Detektor in der Regel ähnlich wie gasgefüllte Ionisationskammern an eine Spannungsquelle mit geeigneter Elektronik anzuschließen. Kann ein Festkörper als Ladungsdetektor verwendet werden - dies hängt vor allem von der elektrischen Leifähigkeit des Festkörpermaterials ab -, so bezeichnet man solche Anord- nungen anschaulich als Festkörperionisationskammern (s. Kap. 2.4.2). Sind die Festkörper leitend wie Metalle, ist die durch Bestrahlung erzeugte geringe Ladungsmenge von dem durch die angelegte Spannung sowieso erzeugten ohmschen Stromfluß nicht zu unter- scheiden. Metallische Festkörper sind also unter diesen Bedingungen nicht als Strahlungsdetektoren zu verwenden. Dotierte Halbleiter sind dagegen wegen ihrer speziellen elektrischen Eigenschaften im allgemeinen sehr gut als Detektoren zum Ionisationsladungsnachweis geeignet. Isolatoren wei- sen unter Normalbedingungen eine äußerst geringe Leitfähigkeit auf. Werden sie an Spannungs- quellen angeschlossen, so entsteht dadurch nur ein vernachlässigbar kleiner Stromfluß, der Isolati- onsstrom. Bei der Bestrahlung mit einem ionisierenden Strahlungsfeld werden Isolatoren leitend, die in ihnen erzeugte Ladung kann durch externe Spannungen abgesaugt und zum Nachweis ver- wendet werden. Ob der induzierte Stromfluß für einen ordentlichen Detektorbetrieb ausreicht, hängt von den individuellen Festkörpereigenschaften des Isolators ab. In manchen geeignet dotierten und vorbehandelten Isolatorsubstanzen kommt es durch ionisierende Bestrahlung sogar zu einer deutli- chen, andauernden Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Eine externe Spannungsquelle kann dadurch einen länger anhaltenden Strom durch den Detektor verursachen, dessen insgesamt trans- portierte Ladung deutlich höher werden kann, als es den durch Ionisation im Kristall primär erzeug- ten Ladungen entspricht. Solche Substanzen werden als Leitfähigkeitdetektoren bezeichnet (s. Kap. 2.4.3). Neben dem Ladungsnachweis aus Festkörpern gibt es noch eine Reihe weiterer Strahlungseffekte von anorganischen und organischen Festkörpern und sogar Flüssigkeiten, bei denen auf verschiede- ne Weise Strahlungsenergie auf den Absorber übertragen oder gespeichert wird. Die Mechanismen dieser Energieübertragung und -speicherung sínd bis heute nur teilweise verstanden. Das am wei- testen ausgearbeitete physikalische Modell ist das Bändermodell für Festkörper, dessen Grundzüge im folgenden Abschnitt (Kap. 2.4.1) dargestellt werden. Gelingt der quantitative Nachweis der

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