DETECTOR MODELING USING CA-ZN-TE SOLID SOLUTION FOR RADIATION MONITORING SYSTEMS - Банзак, О.В.; Лєнков, С.В.; Сєлюков, О.В.; Габер, А.А.; Добровольська, С.В. (Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, 2022)
The article created a model of the primary converter - a gamma radiation sensor. It is based on the following properties of a semiconductor crystal: maximum quantum efficiency; maximum mobility of charge carriers; minimum density of structural defects; maximum values of resistivity and density. The combination of these properties provides a significant sensitivity of sensor with the minimum size of crystal. The inconsistency of such a combination must be eliminated both in the process of manufacturing a crystal (for example, a high-resistance crystal can be obtained by the simultaneous use of cleaning, components, and compensating doping) and subsequent processing by the methods proposed in this work (thermal field method, ionization annealing). Among the known materials for gamma radiation sensors, single crystals of Cdx-Zn1-xTe solid solutions have the optimal combination of the above properties and possibilities of their preparation. The advent of modern semiconductor sensors for the first time linked nuclear instrumentation and electronics into a single complex - a semiconductor detector. It combines a semiconductor primary converter of ionizing radiation (sensor), a secondary converter of information from the sensor (electronics) and software for processing this information, interconnected in terms of problem being solved and parameters. However, the development of nuclear energy and the spread of nuclear technologies have put forward new requirements for the control and metrology of ionizing radiation. The current level of nuclear instrumentation cannot fully satisfy them. The solution to this problem can be provided by the development of: methods for choosing the optimal type of semiconductor materials and controlling their properties to create uncooled detectors; sensors with higher resolution; electronics with lower noise level; computer methods and information processing programs with lower estimated costs; control systems for nuclear materials and the state of AES protective barriers that meet the requirements of the existing automatic control of radiation safety (ARS). This article is devoted to the solution of such problems, which ensures the relevance of its topic. The main principle of solving the named scientific problem was results of nuclear-physical studies of the interaction of ionizing radiation with semiconductors, the development and experimental verification of physical-mathematical models of technological processes dosimetry and control of nuclear materials.

У статті створено модель первинного перетворювача – датчика гамма-випромінювання. Вона ґрунтується на наступних властивостях кристала напівпровідника: максимальна квантова ефективність; максимальна рухливість носіїв заряду; мінімальна густина дефектів структури; максимальні значення питомого опору та щільності. Поєднання цих властивостей забезпечує значну чутливість датчика при мінімальних розмірах кристала. Суперечливість такого поєднання необхідно усувати як у процесі виготовлення кристала (наприклад, високоомний кристал отримувати одночасним застосуванням очищення, компонентів та легування, що компенсує), так і подальшою обробкою в цій роботі методами, що запропоновані (термопольовий метод, іонізаційний відпал). Серед відомих матеріалів для датчиків гамма-випромінювання оптимальним поєднанням перерахованих вище властивостей і можливостями їх отримання мають монокристали твердих розчинів Cdx-Zn1-xTe. Поява сучасних напівпровідникових датчиків уперше пов'язало ядерне приладобудування та електроніку в єдиний комплекс – напівпровідниковий детектор. У ньому поєднуються взаємопов'язані за задачею, що розв'язується та параметрами напівпровідникового первинного перетворювача іонізуючого випромінювання (датчик), вторинного перетворювача інформації від датчика (електроніка) та програмне забезпечення для обробки цієї інформації. Однак розвиток атомної енергетики, поширення ядерних технологій висунули нові вимоги до контролю та метрології іонізуючих випромінювань. Сучасний рівень ядерного приладобудування неспроможна задовольнити їх у повною мірою. Вирішення цієї проблеми може бути забезпечене розробкою: методів вибору оптимального типу напівпровідникових матеріалів та управління їх властивостями для створення детекторів, що неохолоджуються; датчиків з більшою роздільноюздатністю; електроніки з меншим рівнем шумів; комп'ютерних методів та програм обробки інформації з меншими розрахунковими витратами; систем контролю ядерних матеріалів та стану захисних бар'єрів АЕС, які відповідають вимогам існуючого автоматичного контролю радіаційної безпеки. Вирішенню таких завдань присвячено цю статтю, що забезпечує актуальність її теми. Основним принципом вирішення названої наукової проблеми стали результати ядерно-фізичних досліджень взаємодії іонізуючих випромінювань з напівпровідниками, розробка та експериментальна перевірка фізико-математичних моделей технологічних процесів дозиметрії та контролю ядерних матеріалів.
МОДЕЛЮВАННЯ ДЕТЕКТОРА З ВИКОРИСТАННЯМ ТВЕРДОГО РОЗЧИНУ CA-ZN-TE ДЛЯ СИСТЕМ РАДІАЦІЙНОГО КОНТРОЛЮ
Keywords: первинний перетворювач; датчик гама-випромінювання; напівпровідниковий детектор; радіаційна безпека; іонізуючі випромінювання