Разработка и применение полупроводниковых детекторов для исследования редких процессов в низкофоновых экспериментах

• Автор: Гусев, Константин Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 82 с. : ил.

ГЛАВА 1. НИЗКОФОНОВЫЙ МНОГО ДЕТЕКТОРНЫЙ СПЕКТРОМЕТР

TGV-2 ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВОЙНЫХ ß-ПРОЦЕССОВ

§,1.1. Детекторная часть спектрометра

1.1.1. Используемые детекторы

1.1.2. Конструкция криостата

■ 1.113: Охлаждение детекторной сборки до рабочей температуры

§ 1.2. Пассивная защита спектрометра

§ 1.3; Электронная часть спектрометра

§ 1.4. Результаты измерений фона

§ 1.5. Заключение

ГЛАВА 2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ДЕТЕКТОРОВ,ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДВОЙНЫХ БЕТА-ПРОЦЕССОВ
§ 2.V. Имплантированные HPGe-детекторы для многодетекторных
спектрометров заряженных частиц
2.1.1. Методика создания детекторов
2.1.2. Характеристики детекторов
§ 2.2. Секционированные HPGe-детекторы
2.2.1. Секционирование имплантированного /ж-перехода
2.2.2. Секционирование диффузионного/ж-перехода
§ 2.3. Заключение
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ДЕТЕКТОРОВ ПРИ ГЕЛИЕВЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
§ 3.1. Экспериментальная ситуация с исследованиями работы
полупроводниковых детекторов при низких температурах
§ 3.2. Экспериментальное оборудование
3.2.1. Криостат и источник
3.2.2. Детекторы и электроника

§3.3. Результаты измерений и их интерпретация
3.3.1. 81(1л)-детектор
3.3.2. Детекторы из л
3.3.3. Детекторы изр-$
3.3.4. НРИе-детекторы
§3.4. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

С момента своего возникновения и по сегодняшний день полупроводниковые детекторы (п.п.д.) из кремния и германия остаются незаменимым инструментом экспериментаторов в ядерной физике и физике элементарных частиц. Из множества приборов, предназначенных для регистрации ядерных излучений, п.п.д. выделяет целый ряд достоинств: высокое энергетическое и пространственное разрешение, универсальность в отношении вида регистрируемого излучения, а также способность работать в магнитных полях и вакууме. Однако, при использовании стандартных п.п.д. в процессе проведения и планирования экспериментов в современной неускорительной физике, часто возникают проблемы, не имеющие тривиальных решений. Иногда для ответа на подобные вопросы достаточно исследования поведения характеристик детекторов в нестандартных условиях, в других случаях появляется необходимость в усовершенствовании существующих, а порой и в разработке новых типов п.п.д.
Одним из принципиальных направлений, исследуемых в современной физике, является двойной безнейтринный бета-распад. Наиболее важные причины интереса к этому процессу связаны с такими проблемами как: наличие или отсутствие массы покоя у нейтрино, нарушается ли закон сохранения лептонного числа, какова природа нейтрино (дираковская или майорановская) [1, 2]. Обнаружение 2|30у-распада будет означать необходимость пересмотра положений Стандартной модели электрослабых взаимодействий. Прямые, эксперименты по поиску двойного бета-распада можно подразделить на эксперименты с «активным источником» (или «источник = детектор» — это означает, что в состав материала детектора входит изотоп-кандидат на 20-распад) и эксперименты с внешним «пассивным» источником (тонкий слой источника помещается между регистрирующими детекторами). В обоих случаях на применяемые детекторы накладывается ряд важных требований. Детекторы должны иметь низкий внутренний радиоактивный фон, обладать хорошим энергетическим разрешением, высокой эффективностью регистрации

зависимости (кривые Г и 2') и спектрометрические характеристики п.п.д. практически не меняются при многократном термоциклировании и разгерметизации криостата.
Таким образом, показана возможность секционирования германиевых детекторов, как с имплантированными, так и с диффузионными выпрямляющими' контактами со специальной пассивацией поверхности, повышающей надежность, их работы. Изготовленные таким способом детекторы обладают хорошими спектрометрическими характеристиками, а взаимное влияние отдельных регистрирующих элементов п.п.д. друг на друга практически полностью отсутствует. Следовательно, разработанная методика может быть применена для” секционирования детекторов в будущих экспериментах по поиску двойного 0-распада 7бСе.
§ 2.3'. Заключение;
Решение актуальных проблем современной неускорительной физики; таких как исследование процессов двойного 0-распада, невозможно без создания новых, специальных типов полупроводниковых детекторов. Основным шагом на этом пути является разработка методик создания таких п.п.д. Успешные результаты подобных разработок представлены в настоящей главе.
Разработана методика двухсторонней имплантации планарных НРОе-детекторов для спектрометра ТОУ-2. Методика отработана на нескольких образцах. Полученные п.п.д. отличаются прекрасными спектрометрическими характеристиками. Параметры детекторов остаются стабильными от образца к образцу и во времени. Это позволяет с уверенностью утверждать, что возможно производство нескольких десятков широкоапертурных планарных детекторов с тонкими входными окнами. Применение таких детекторов позволит увеличить эффективность спектрометра ТСУ-2 почти в два раза:
Разработана методика секционирования НРОе-детекторов. Секционирование реализовано для ^-переходов и имплантированного, и