Detector de centelleo de fotodiodos para espectroscopia gamma

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Estoy tratando de construir un detector básico para rayos X o espectroscopia gamma de baja energía. Tengo un gran fotodiodo con un cristal de centelleo CsI (Tl) pegado en la parte superior (Hamamatsu S8559 para detección de rayos X [1]) y quiero detectar, por ejemplo, radiación gamma de una fuente de ~ 1uCi Am-241.

Para realizar la espectroscopia y poder discernir los impulsos por la energía, primero tendría que poder medir los impulsos individuales provenientes de la radiación que llega al detector. Así que intenté calcular la carga de estos pulsos:
El cristal de centelleo CsI (Tl) [2] tiene un rendimiento de luz de 54 fotones / keV y Am-241 se descompone en parte a través de la desintegración gamma con una energía de 59.541keV, por lo tanto calculo el número de fotones de 550nm producidos por el cristal después del impacto con un fotón gamma que sea 54 fotones / keV * 59.541keV = 3215.2 fotones.
Se calculó que la eficiencia cuántica era de 0.586 para mi fotodiodo a 550 nm, por lo que esperaría 3215.2 fotones * 0.586 = 1884.1 electrones generados por el fotodiodo, lo que equivale a una carga de aproximadamente 0,3 femtocoulombs.

Esto parece realmente bajo, por lo que mis preguntas son:

  • Me doy cuenta de que esto no es un intercambio de pila de física, pero ¿alguien puede comprobar si mis cálculos son realistas?

  • Si este es realmente el cargo que tengo que detectar, ¿cómo haría esto? ¿Debo usar un circuito amplificador de carga con una pequeña capacitancia de realimentación, por ejemplo con un LMC662? [3]

  • ¿Es esta combinación de fotodiodo + cristal incluso utilizable para esta aplicación o tendría que usar un fotomultiplicador de silicio?

  • Lamentablemente, mi fotodiodo tiene una capacidad de unión enorme de más de 500 pF, incluso con el mayor sesgo de inversión permitido. ¿Puedo usar el bootstrapping del fotodiodo para reducir la capacitancia? [4]

Encontré un circuito que parece cercano a lo que necesito en [5], pero usa un fotodiodo sin cristal de centelleo que también tiene una capacitancia mucho menor que la mía, así que no estoy seguro de que funcione.

[1] enlace
[2] enlace
[3] enlace
[4] enlace
[5] enlace

    
pregunta Marco Zollinger

1 respuesta

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Puede considerar la utilización de un fotodiodo de avalancha para poder detectar una radiación muy débil.

Los fotodiodos de avalancha generan corriente, por lo que básicamente un solo fotón genera miles de electrones y facilita la medición del número de partículas que golpean el detector. Hay dispositivos listos que utilizan diodos de detección de fotón único, pero sospecho que son bastante caros.

La otra cosa es que:

  

"El americio-241 se descompone principalmente a través de la desintegración alfa, con un rayo gamma débil   subproducto. "[1]

Los rayos alfa son básicamente 4 | 2 Él y penetran distancias muy pequeñas. Am es una mala fuente de rayos gamma, por lo que es posible que desee utilizar otras fuentes de radiación para detectar los rayos gamma.

[1] enlace

    
respondido por el QST

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