Lazarus effekt (fysikk)

Den Lazarus effekt (Lazarus Syndrome), den lungeredning ( "tilbakevending") av silisium - detektorer ved lave temperaturer .

I 1997, Vittorio Palmieri , Kurt Borer , Stefan Janos , Cincia Da VIA og Luca Casagrande fra University of Bern oppdaget at nedkjølings ikke-funksjonelle silikon partikkeldetektorer K kan bringe dem tilbake i en funksjonell tilstand. Med andre ord kan de "døde" detektorene "reanimeres" ved en slik prosess. I analogi med den bibelske historien ble dette fenomenet kalt " Lazarus- effekten" (gjenoppliving).

beskrivelse

I halvlederstrålingsdetektorer akselereres ladebærerne ( elektroner og defektelektroner ) skapt av ionisering av et eksternt elektrisk felt, og den tilhørende elektriske strømmen registreres som et signal om strålingen som passerer gjennom detektoren. Når silisiumdetektorer brukes i miljøer med økt strålingseksponering , oppstår gitterdefekter så vel som gratis ladningsbærere i krystallgitteret til halvlederen . Det sistnevnte er forårsaket av høy-energi- partikler som samhandler med nettverkatomer som de passerer gjennom halvledermaterialet, og derved skifte dem ut av sin likevektstilstand i krystallgitteret. Disse forstyrrelsene kalles ledige stillinger, og Interstitial refererer til form i detektormaterialet midlertidige feller ( engelsk felle ) gratis. Fellene fører til en svekkelse av signalet. Hvis tallet er for stort, kan detektoren ikke lenger brukes.

Forklaringen på Lazarus-effekten ligger i å forstå dynamikken i strålingsskader i krystallgitteret. Ved romtemperatur kan slike rutenettforstyrrelser kort felle ladebærerne som har oppstått. Interaksjoner (f.eks. Gittervibrasjoner) kan ionisere fellene og de fangede ladningsbærerne går tilbake til lednings- eller valensbåndet etter en viss tid . Denne tiden er vanligvis lengre enn den karakteristiske avlesningstiden for leseelektronikken , som måler den elektriske ladningen etter at høyenergipartikkelen har passert. Dette fører til en svekkelse av det målte signalet og dermed til et lavere signal / støy-forhold (til detektoren blir for ufølsom og derfor ubrukelig). Ved temperaturer lavere enn 130 K er de termiske vibrasjonene i grillen betydelig svakere sammenlignet med romtemperaturen. Dette øker tiden (dager til år, avhengig av temperaturen og forstyrrelsen) der de fangede ladningsbærerne sendes ut i ledningsbåndet eller inn i valensbåndet. Siden okkuperte fangstpunkter ikke kan fange flere lastbærere, fører et slikt fangstpunkt ikke lenger til en svekkelse av signalet. Denne effekten gjør detektorer med et stort antall nettforstyrrelser brukbare igjen.

litteratur

  • Å heve de døde detektorene. I: CERN Courier. 29. mars 1999 ( online ).
  • Strålingsharde silisiumdetektorer viser an. I: CERN Courier. 1. januar 2003 ( online ).

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ Vittorio Giulio Palmieri, Kurt Borer, Stefan Janos, Cinzia Da Viá, ​​Luca Casagrande: Bevis for gjenoppretting av ladningsoppsamlingseffektivitet i sterkt bestrålte silisiumdetektorer som drives ved kryogene temperaturer . I: Nukleære instrumenter og metoder i fysikkforskning Seksjon A: Akseleratorer, spektrometre, detektorer og tilhørende utstyr . teip 413 , nr. 2–3 , 1998, s. 475-478 , doi : 10.1016 / S0168-9002 (98) 00673-1 .