к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

ПЗС-детектор

ПЗС-детектор - координатный детектор частиц, основой к-рого является прибор с зарядовой связью (ПЗС, [1]). Создание детекторов частиц с высоким координатным разрешением - одна из важнейших задач ядерной физики и физики элементарных частиц (см. Координатные детекторы). Актуальность этой задачи возросла в связи с открытием семейства короткоживущих частиц (время жизни15045-79.jpg 10-12 с), содержащих тяжёлые кварки. Регистрация таких частиц по продуктам их распада требует увеличения точности определения координат. Одним из наиб. перспективных управляемых координатных детекторов с электронным съёмом информации является ПЗС-Д. Матрица ПЗС с рабочей площадью ~1 см2 и числом ячеек ~ 2,5 х 105 (500 х 500) имеет один выходной канал и позволяет получить для каждой траектории (трека) частицы 2 координаты в одной плоскости, что существенно для многотрековых процессов с координатным разрешением15045-80.jpg ~ 1 - 6 мкм. Впервые ПЗС в качестве координатного детектора предложен в 1980 [2].
Матрица ПЗС представляет собой подложку из полупроводникового материала, на к-рую наносятся слой диэлектрика и система электродов (см. МДП-структура ).При подаче на электроды напряжения под ними в полупроводнике образуются потенциальные ямы для

неосновных носителей (обеднённые области). Потенциальные ямы под электродами разделены потенциальными барьерами. Совокупность потенциальных ям (ячеек) образует матрицу. Вводить заряд в ячейку можно термо- или фотогенерацией, а также за счёт свободных носителей заряда, образуемых заряж. частицей. При подаче на электроды последовательности тактовых импульсов напряжения происходит управляемое перемещение зарядов, накопившихся в потенциальных ямах, вдоль полупроводниковой подложки в выходной регистр и далее в выходное устройство [1].
До прихода управляющего (триггерного) сигнала (см. Триггер)напряжения на ячейках матрицы устанавливаются малыми. С помощью внеш. источника света все ячейки матрицы заполняются носителями (избыток уходит в подложку), чтобы потенциальные ямы полностью отсутствовали. В этой ситуации при прохождении частицы образовавшиеся носители диффузионно рассасываются и рекомбинируют (см. Рекомбинация носителей заряда). По триггерному сигналу через ~100 нс после регистрируемого события (время "быстрой электроники") на матрицу подаются рабочие напряжения, появляются потенциальные ямы, в к-рые происходит сбор носителей вблизи траектории частицы.
Комбинируя неск. матриц, прослоённых веществом мишени, создают т. н. вершинные детекторы [3,4]. По координатам точек прохождения частиц через ПЗС определяют траектории частиц. Пересечение траекторий позволяет непосредственно наблюдать точку (вершину) траектории, где произошло первичное взаимодействие или распад исследуемых частиц (см. Комбинированные системы детекторов).
Релятивистская частица оставляет в Si (подложке) ок. 110 электронно-дырочных пар на 1 мкм траектории. Сбор носителей заряда осуществляется с глубины потенциальной ямы ~10 мкм (пучок частиц направлен перпендикулярно матрице), а также за счёт диффузии с глубины ~ 50 мкм. В результате этого с учётом диффузионного размытия на центр. ячейку приходится ~1,5 х 103 носителей. Благодаря малой выходной ёмкости ПЗС(~0,1 пФ) этот заряд создаёт на выходе сигнал ~1 мВ.
ПЗС обычно состоит из двух независимых секций - накопления и памяти. Пучок частиц падает на секцию накопления. По приходе триггерного сигнала информация за время ~50 мкс быстро выпосится из области пучка в секцию памяти, откуда поэлементно считывается.
Разрешающее время ПЗС-Д. (точность, с к-рой можно определить момент прохождения частицы через детектор) определяется диффузионным размытием заряда по ячейкам. За счёт диффузионного размытия трека до подачи триггерного сигнала собранный заряд для исследуемой частицы имеет распределение по ячейкам с шириной на половине высоты, равной 3 ячейкам. Для фоновых частиц это распределение имеет др. ширину. Анализируя быстрым процессором на выходе ПЗС ширины распределения, можно определить момент прохождения частицы с точностью до 400 нс при Т = 300 К и 100 нс при Т = 100 К.
Мёртвое время прибора15045-81.jpgопределяется временем считывания информации. При тактовой частоте f ~ 10МГц крупноформатная матрица считывается за время порядка 10 мс, для проектируемых ПЗС с f=1 ГГц (время15045-82.jpg ~ 0,1 мс).
Шумы прибора включают шум предусилителя (расположенного на кристалле Si), флуктуации фонового заряда, системный шум (нестабильность источника питания и т. д.). Значит. часть шума можно подавить с помощью двойной коррелпров. выборки. Для частоты считывания ~10 МГц суммарный среднеквадратичный шум ~100 носителей при Т = 300 К (~ 50 носителей при Т = 100 К). Отношение сигнал/шум ~10. Эффективность регистрации одиночной релятивистской частицы > 98%.
Макс. загрузка детектора определяется кол-вом фоновых частиц за время его чувствительности (время накопления, быстрого сброса в секцию памяти и время считывания). При загрузках ~ 106 с-1 фоновых частиц с учётом т. н. гало пучка (~1%) срабатывает ~200 ячеек (0,2% полезной площади), т. е. эффективность регистрации исследуемых частиц практически не изменится.
Диффузионное размытие определяет координатное разрешение - точность локализации точки траектории. Исследуя "центр тяжести" распределения заряда по ячейкам, можно для ячеек размером 20 х 20 мкм2 получить координатное разрешение15045-83.jpg = 1 - 6 мкм (в зависимости от ширины распределения). Разрешение между треками составляет 40 - 100 мкм. С увеличением детектирующих матриц координатное разрешение улучшается в15045-84.jpg раз, где п - число матриц. Используя 10 матриц, можно измерять т. н. распадные длины (путь, проходимый короткоживущей частицей до распада) ~ 10 мкм и достичь возможности измерять времена жизни частиц ~- 5 х 10-15с.
ПЗС применяют для съёма световой информации с искровых и стримерных камер, а также с пропорциональных камер. При этом свет путём переизлучения вводится в сцинтиллирующие волокна и далее в ПЗС. Перспективны сцинтилляц. годоскопы и детекторы на волокнах [5]. Свет от таких детекторов усиливается электронно-оптич. преобразователями и выводится на ПЗС. В детекторе на сцинтилляц. волокнах (диам. ~ 25 мкм) получено15045-85.jpg ~ 20 мкм при межтрековом разрешении ~50 мкм (см. Сцинтилляционный детектор ).ПЗС - многоканальная система с аналоговой записью информации; поэтому в детекторах, где требуется обработка большого числа электрич. сигналов (калориметры), можно эти сигналы преобразовать в световые с последующей записью в ПЗС.
ПЗС применяются также для считывания электрич. сигналов с детекторов частиц. Чаще всего это линейные ПЗС, к-рые служат задержками аналоговых сигналов, а также используются, напр., для считывания с полосковых кремниевых детекторов (см. Полупроводниковый детектор).

Литература по ПЗС-детекторам

  1. Секен К., Томпсет М., Приборы с переносом заряда, пер. с англ., М., 1978;
  2. Головкин С. В., Рыкалин В. И., Препринт ИФВЭ 80 - 10, Серпухов, 1980;
  3. Головкин С. В., Рыкалин В. И., Препринт ИФВЭ 84 - 82, Серпухов, 1984;
  4. Damеге11 С. J. S., Vertex detectors. Rutherford Appleton Laboratory, Preprint RAL - 86 - 077, July, 1986;
  5. Kirkby Jasper, Today and tomorrow for scintillating fibre detectors, Preprint CERN - EP 87 - 60, March, 1987.

С. В. Головкин

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 19.10.2019 - 18:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 14:00: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биохимия мозга от проф. С.В. Савельева и не только - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:39: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:26: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 18:29: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Ядерные эксперименты - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:07: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
16.10.2019 - 19:24: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 18:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution