2.4 Festkörperdetektoren

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

190 2 Strahlungsdetektoren Diese können sich im Leitungsband (Elektronen) oder Valenzband (Defektelektronen, Löcher) frei bewegen (Fig. 2.23a). Nach kurzer Zeit werden sie entweder in metastabile Zustände (Löcher- bzw. Elektronen-Traps) eingefangen (Fig. 2.23b), sie rekombinieren direkt mit Lochzuständen im Va- lenzband (Fig. 2.23c) oder werden in Leuchtzentren eingefangen, die sie dadurch aktivieren. Die prompte Rekombination kann entweder unter Emission von Fluoreszenzstrahlung oder strahlungsfrei stattfinden, wobei die Differenzenergie im letzteren Fall durch den ganzen Kristall in Form von Schwingungsenergie übernommen wird. Elektronen und Löcher können außerdem in Leuchtzentren eingefangen werden, die vorher bereits durch andere Löcher aktiviert wurden, und diese unter Ab- gabe von Licht desaktivieren (Fig. 2.23d). Zur Auswertung wird der Thermolumineszenzdetektor im Auswertegerät aufgeheizt. Dabei werden die in Traps eingefangenen Elektronen oder Löcher durch Übernahme thermischer Energie zurück ins Leitungs- oder Valenzband befördert (Fig. 2.24a). Sie können sich dort wieder frei bewegen, der Festkörper wird dadurch kurzfristig elektrisch leitend. Elektronen und Löcher erleiden jetzt das gleiche Schicksal wie zuvor bei der Bestrahlung. Sie können also entweder wieder in metastabile Zustände (Traps) oder von Leuchtzentren eingefangen werden und diese aktivieren (Fig. 2.24b). Sie können auch direkt strahlend oder strahlungsfrei mit den Lochzuständen im Valenzband rekombinieren (Fig. 2.24c) oder sie werden in bereits aktivierten Leuchtzentren eingefangen und desaktivieren diese unter Abgabe von Licht (Fig. 2.24d). Da das dabei entstehende und emittierte Licht erst nach Übertragung von Wärmeenergie entsteht, wird diese Art der Lumineszenz als Thermolumi- neszenz bezeichnet. Direkte Rekombination von Elektronen mit Lochzuständen im Valenzband er- zeugt entweder Strahlung mit Energien, die in der Regel wesentlich höher sind als die Traptiefe (Fig. 2.24c), oder sie findet strahlungsfrei statt. Die Übergangsenergie ist etwa so groß wie die Energielücke (der Bandabstand) zwischen Valenzband und Leitungsband. Die Rekombinati- onsstrahlung wird deshalb in der Mehrzahl der Fälle durch Selbstabsorption im Kristall wieder ver- nichtet. Bei den strahlungsfreien Rekombinationsübergängen wird die Energiedifferenz in Form von kollektiven Gitterschwingungen, den Phononen, vom Kristall übernommen, steht also auch für Lichtemission nicht zur Verfügung. Direkte Rekombinationsübergänge tragen deshalb insgesamt nur unwesentlich zur Emission von Licht aus dem Kristall bei. Glowkurven: Reale thermolumineszierende Materialien haben mehrere metastabile Elektronenni- veaus in der Energielücke zwischen Valenz- und Leitungsband, die sich in ihrer energetischen Lage relativ zum Leitungsband unterscheiden (Fig. 2.25a). Elektronen können dem entsprechend nicht nur in einer Art von Traps eingefangen werden; die zu ihrer Befreiung aus den Traps erforderliche Energie ist deshalb je nach Traptiefe verschieden. Wird die beim Aufheizen eines thermolumines-
<strong>2.4</strong> <strong>Festkörperdetektoren</strong> 191 zierenden Materials emittierte Lichtintensität in Abhängigkeit von der Temperatur der Probe aufge- tragen, so erhält man sogenannte Glühkurven (engl.: glow-curve, Fig. 2.25b). Glowkurven enthal- ten aus den oben genannten Gründen in der Regel mehrere Intensitätsmaxima (Peaks), deren Form und Größe neben den Eigenschaften des Kristalls (energetische Lage der Traps, Dotierung) auch von der Heizrate, also dem zeitlichen Verlauf des Temperaturanstiegs im Detektor, und der thermi- schen und Strahlungs-Vorgeschichte des Detektors abhängt. Die Höhe der Maxima bzw. die Flächen der Glowpeaks sind ein Maß für die Zahl der während der Bestrahlung besetzten metastabilen Niveaus, ihre Lage auf der Temperaturachse korrespondiert mit der energetischen Tiefe der Traps. Je schneller die Heiztemperatur erhöht wird, um so höher werden die Amplituden der Glow-Kurven-Peaks. Wegen der für den Wärmeübergang benötigten Zeit schei- nen die Maxima zu höheren Temperaturen hin verschoben zu sein. Die Form von Glowkurven ist unter sonst gleichen experimentellen Bedingungen vor allem vom verwendeten Thermolumines- zenz-Material abhängig. Wegen der zum Teil komplexen Formen von Glowkurven (Überlagerung einzelner Peaks) werden oft nicht die Amplituden sondern die Flächen unter den Glowpeaks als Maß für die gespeicherte Energie verwendet. Diese Flächen sind proportional zur Lichtsumme, d. h. dem Zeitintegral über den Lichtstrom im Auswertegerät. Sie sind weniger von der Heizrate abhän- gig als die Peakhöhen. Fig. 2.25: (a): Schematische Darstellung der Lage verschiedener Elektronentraps (1-4) in der Energielücke eines TLD. (b): Komponenten der zugehörigen Glowkurve beim Ausheizen eines bestrahlten TLD (schematisch). Die zu einer bestimmten Traptiefe gehörige Lichtausbeute entspricht der Fläche unter der entsprechenden Glowkurve. Experimentelle Glowkurven bestehen aus der Summe der Einzelkomponenten. Trap (1) entleert sich schon bei Zimmertemperatur, da der Abstand zum Leitungsband zu gering ist (Fading). Glowkurve (3) hat die höchste Lichtausbeute, da die Trapzustände (3) am stärksten besetzt waren.
Seite 1 und 2: 2.4 Festkörperdetektoren 2.4 Festk
Seite 3 und 4: 2.4 Festkörperdetektoren 161 über
Seite 5 und 6: 2.4 Festkörperdetektoren 163 netis
Seite 7 und 8: 2.4 Festkörperdetektoren 165 oft a
Seite 9 und 10: 2.4 Festkörperdetektoren 167 nur v
Seite 11 und 12: 2.4 Festkörperdetektoren 169 durch
Seite 13 und 14: 2.4 Festkörperdetektoren 171 Kombi
Seite 15 und 16: ler 2.4 Festkörperdetektoren 173 (
Seite 17 und 18: 2.4 Festkörperdetektoren 175 Wird
Seite 19 und 20: 2.4 Festkörperdetektoren 177 Gläs
Seite 21 und 22: 2.4 Festkörperdetektoren 179 Fig.
Seite 23 und 24: 2.4 Festkörperdetektoren 181 stanz
Seite 25 und 26: 2.4 Festkörperdetektoren 183 Je na
Seite 27 und 28: 2.4 Festkörperdetektoren 185 Die V
Seite 29 und 30: Fig. 2.22: Aufbau eines Röntgenbil
Seite 31: 2.4 Festkörperdetektoren 189 Fig.
Seite 35 und 36: 2.4 Festkörperdetektoren 193 Li2B4
Seite 37 und 38: 2.4 Festkörperdetektoren 195 CaSO4
Seite 39 und 40: 2.5 Chemische Detektoren 197 hoher
Seite 41 und 42: 2.5 Chemische Detektoren 199 wirken
Seite 43 und 44: undurchsichtig. Werden zwei Filme h
Seite 45 und 46: 2.6 Filmemulsionen 203 abhängig vo
Seite 47 und 48: 2.7 Kalorimeter, Lyolumineszenz- un
Seite 49: 2.7 Kalorimeter, Lyolumineszenz- un

2.4 Festkörperdetektoren

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?