Language
Country/Area
No result found
Rahasia detektor semikonduktor: Bagaimana mereka mengukur radiasi dengan sangat akurat?
Dalam konteks teknologi yang berubah dengan cepat saat ini, detektor semikonduktor memainkan peran penting dalam bidang pengukuran radiasi dengan kinerjanya yang luar biasa. Perangkat ini didasarkan pada bahan semikonduktor (biasanya silikon atau germanium) dan mampu mendeteksi dan mengukur efek partikel bermuatan yang datang, atau foton. Detektor ini banyak digunakan dalam perlindungan radiasi, spektroskopi sinar gamma dan sinar-X, dan sebagai detektor partikel, di mana mereka telah menunjukkan nilai yang tak tergantikan.
Inti dari detektor semikonduktor terletak pada pendeteksian pembawa muatan bebas, yang bergantung pada pembawa yang tereksitasi oleh radiasi.
Mekanisme Deteksi
Dalam detektor semikonduktor, ketika radiasi pengion memasuki detektor, ia mengeksitasi elektron bebas dan lubang elektron di dalam bahan deteksi. Jumlah pembawa bebas ini sebanding dengan energi radiasi. Ini berarti bahwa jumlah pasangan elektron-lubang yang diinduksi per peristiwa radiasi dapat digunakan untuk mengukur energi radiasi yang diuji.
Di bawah pengaruh medan listrik, elektron dan lubang bergerak ke elektroda masing-masing, sehingga menghasilkan pulsa yang dapat diukur di sirkuit eksternal. Proses ini dijelaskan oleh teorema Shockley-Ramo. Dibandingkan dengan detektor gas, detektor semikonduktor memerlukan energi yang relatif rendah untuk menghasilkan pasangan elektron-lubang, sehingga menghasilkan variasi statistik yang rendah dalam amplitudo pulsa dan resolusi energi yang lebih baik. Selain itu, karena kecepatan tinggi pergerakan elektron, resolusi waktunya juga sangat baik.
Jenis Detektor
Detektor silikon
Sebagian besar detektor partikel silikon dibuat dengan mendoping strip silikon yang sempit, mengubahnya menjadi dioda, dan kemudian melakukan bias balik. Ketika partikel bermuatan melewati strip ini, mereka menginduksi arus ionisasi kecil, yang dapat dideteksi dan diukur. Desain ini memungkinkan detektor silikon, dengan ribuan detektor yang ditempatkan di sekitar titik tumbukan akselerator partikel, untuk menggambarkan jalur partikel secara akurat.
Detektor Berlian
Detektor berlian memiliki banyak kesamaan dengan detektor silikon tetapi diharapkan menawarkan keuntungan signifikan dalam hal kekerasan radiasi yang tinggi dan arus apung yang sangat rendah. Detektor ini juga cocok untuk deteksi neutron. Saat ini, biaya produksi detektor berlian tinggi dan produksinya sulit.
Detektor Germanium
Detektor Germanium terutama digunakan dalam spektroskopi gamma dan spektroskopi sinar-X dalam fisika nuklir. Ketebalan lapisan sensitifnya dapat mencapai beberapa sentimeter, sehingga mampu bertindak sebagai detektor penyerapan lengkap untuk sinar gamma. Detektor Germanium perlu dijaga pada suhu nitrogen cair untuk mencapai efisiensi kerja spektral yang baik. Hal ini karena pada suhu yang lebih tinggi, elektron dapat dengan mudah melewati celah pita energi, sehingga menimbulkan terlalu banyak gangguan listrik, yang juga membatasi penerapannya.
Detektor Kadmium Tellurida dan Seng Kadmium Tellurida
Detektor kadmium tellurida (CdTe) dan kadmium seng tellurida (CZT) telah dikembangkan untuk digunakan dalam spektroskopi sinar-X dan sinar gamma. Kepadatan tinggi bahan-bahan ini membuatnya efektif dalam memblokir sinar-X dan sinar gamma di atas 20 keV, yang tidak dapat dideteksi oleh sensor berbasis silikon tradisional. Karena kedua bahan memiliki celah pita yang lebar, bahan-bahan ini dapat beroperasi pada suhu yang mendekati suhu ruangan, sehingga memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam aplikasi.
Sistem Terpadu
Detektor semikonduktor sering kali diintegrasikan ke dalam sistem yang lebih besar untuk berbagai aplikasi pengukuran radiasi. Misalnya, spektrometer gamma yang menggunakan detektor germanium dengan kemurnian tinggi sering kali diperlukan untuk mengukur jumlah jejak radionuklida gamma dalam lingkungan dengan latar belakang rendah. Seiring dengan kemajuan teknologi, sistem pengambilan sampel otomatis yang transparan telah dikembangkan untuk memindahkan sampel secara otomatis dalam pelindung timbal tertutup.
KesimpulanSeiring dengan meningkatnya penggunaan detektor semikonduktor dalam pengukuran radiasi, inovasi dan peningkatan teknologi yang berkelanjutan akan semakin mendorong pengembangan fisika nuklir dan perlindungan radiasi. Bagaimana detektor berteknologi tinggi ini akan mengubah pemahaman kita tentang radiasi dalam aplikasi di masa mendatang?
