فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:33
فهرست مطالب:
مقدمه
کلایسترون
کاربردهای کلایسترون
مگنترون
لامپ های O-TWT
ابزارهای نیمه هادی مایکروویو
ترانزیستور اثر میدان مایکروویو
ساختمان MOSEFET و عملکرد آن
عملکرد و کاربردها
دیودهای وراکتور
طرز عمل :
مواد و ساختمان :
دیود تونل
دیود پین (PIN) و کاربردهای آن :
دیودهای اثر گان :
معرفی :
دیود گان و کاربردهای آن :
اصول دیود شاتکی :
دیودهای IMPATT :
فیزیک دیود IMPATT :
دیودهای تراپت (TRAPTT) :
اصول کار :
دیودهای بریت BARITT
دیودهای DOVETT
لیزرهای گارنی :
لیزرهای نیمه هادی
منابـع
مقدمه:
با اختراع رادار نیازی پیدا شد به دستگاه های الکترونی که در طول موج های رادیویی کوچک تر کار کنند از آن هنگام، دانش و فنون تکامل سریعی یافته است.
فنون مایکروویو بیش از پیش در کاربردهایی گوناگون، مانند ستاره شناسی رادیویی، ارتباطات دور، دریانوردی و مطالعه خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، وارد شوند.
فنون مایکروویو که در مطالعات فضایی و در برخی از پژوهش های علمی نیز کاربردهای ارزنده ای دارند از ظریف ترین فنون امروزی هستند که تسلط بر آنها بدون شناخت کامل اصول بنیادی و نظری مربوط امکان پذیر نیست.
سیستم های مایکروویو، شامل موج برهای لوله ای توخالی و حفهره های مشدد تهی، می باشد. از نظر نمود به نحوی بارز از سیستم های الکترونیک مداری که از عناصر فشرده تشکیل می شوند، می باشد.
کلایسترون
کلایسترون یک لامپ خلاء است که به عنوان جنراتور یا تقویت کننده قدرت در فرکانس های مایکروویو به کار می رود. در موارد خاصی کلایسترون به عنوان ضرب کننده فرکانس هم به کار رفته است.
کاربردهای کلایسترون
کلایسترون به عنوان مولد امواج مایکروویو در فرستنده های مایکروویو در رادار فراوان به کار می رود. در گیرنده ها به عنوان L.O. اسیلاتور محلی به کار می رود. خروجی کلایسترون قابلیت مدوله شدن دارد.
کلایسترون مدوله شده فرکانس در ارتباطات مایکروویو متحرک به کار می رود، در تقویت کننده های پارامتریک به عنوان نوسان ساز پمپ نیز کاربرد دارد.
مگنترون
مگنترون یکی از منابع اولیه توان مایکروویو می باشد که در هنگام جنگ جهانی دوم سال ها قبل از اختراع کلایسترون و TWT و سایر جنراتورهای مایکرویو ساخت آن پیشرفت کامل کرد. مگنترون قادر است توان DC را به توان مایکرویو با راندمان 50 تا 80 درصد تبدیل نماید و توان پالسی در حدود مگاوات و توان CW در حدود چند کیلووات بدهد.
علی رغم توان بالا، چون مگنترون دارای راندمان بالائی است لذا مسأله تلفات حرارتی تا اندازه ای حل شده است. البته قابلیت مدولاسیون تنظیم فرکانسی این وسیله محدود است و به همین علت کلایسترون با پهنای زیاد و TWT جانشین مگنترون در فرستنده های قدرت راداری شده اند ولی در رادارهای نسبتاً ساده هنوز مگنترون بیشتر استفاده می شود چون قیمت ارزان تر و راندمان بیشتری دارد. مگنترون هم چنین در صنعت تأسیسات حرارتی زیاد به کار می رود.
مگنترون دارای 3 نوع مشهور است :
لامپ های O-TWT
لامپ های موج متحرک ( ORDINARY TYPE TRAVELING WAVE)
در بخش اول کلایسترون را مورد بررسی و مطالعه قرار دادیم که به عنوان نوسانگر دارای قدرت تنظیم فرکانس به صورت الکترونیک در حدود 25 مگا هرتز است و به صورت مکانیکی پهنای باند وسیع حدود 1000 تا 2000 مگا هرتز ولی سرعت عمل کم را دارد و تقویت کننده های چند محفظه ای دارای بهره بیشتر حدود 30 تا 70 دی بی با سطح توان پالسی چند مگاوات بوده و دارای پهنای باند 1 تا 8 درصد می باشد.
لامپ های TWT بر اساس کوپلینگ بیم الکترونی با میدان RF در وسیله موج آهسته SWS است.
میدان الکتریکی و مغناطیسی بایاس، در فضای داخل لامپ با یکدیگر موازی اند. و درنتیجه حرکت الکترون ها خطی است (در مقابل حرکت سیکلوئیدی الکترون ها در لامپ های میدان متقاطع). به همین دلیل این نوع را لامپ های بیم خطی (LINEAR BEAM) یا معمولی (ORDINARY) می نامند.
در فضای موج آهسته SWS، میدان الکتریکی RF حرکت می کند، به همین دلیل این ها را لامپ های موج رونده می نامند.
که به اختصار واژه فنی TWT را انتخاب می کنیم.
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:57
1-30 ابزار برقی نیمه هادی
دوران جدید از علم الکترونیک هیدرولیکی برقی با معرفی تراستورها در اواخر دهه 1950 آغاز شد. امروزه انواع مختلفی از ابزار برقی و هیدرولیکی برای کاربرد در فرکانس ها و قدرت های بالا در دسترس وجود دارد. برجسته ترین ابزار برقی و هیدرولیکی تراستورهای محل ورود گیت و خروج روشن خاموش ترانزیستور های دارلینگتون هیدرولیکی برقی و ترانزیستورهای دوقطبی گیت روکشدار شده (iGBIs) می بشند. ابزار هیدرولیکی قبرقی نیمه هادی مهمترین عناصر عملکردی در تمامی کاربردهای تبدیل قدرت برق محسوب می شود.
ابزار برقی اساساً به عنوان سوئیچ هایی برای تبدیل قدرت از یک شکل به شکل یدیگر به کار برده می شوند. آنها در سیتسم های کنترل موتوری ذخایر برقی متداوم انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا ذخایر قوه گرم سازی القایی و در بسیاری از سایر کاربردهای تبدیل قدرت به کار برده می شوند. بررسی ویژگی های اصلی این ابزارهای موتوری در این فص آمده است.
از تراستورها همچنین یک کننده گاهی کنترل شونده سیلیکونی نام برده می شود. که اساساً یک دستگاه pnpn هم کنشگر سه قسمتی چهار لایه می باش.د که دارای 3 ترمینال یا پایانه می باشد:
آند، کاتد و گیت محل ورودی، خروجی این دستگاه به واسطه ایجاد یک پالس کوتاه در مسیر گیت و کاتد روشن می شود.
به محض روشن شدن دستگاه گیت کنترل خود را برای خاموش کردن دستگاه از دست می دهد. و خاموش شدن به واسطه ایجاد ولتاژ برعکس در آند و کاتد رخ می دهد. شکل تراستور و ویژگی های ولتاژ آمپر آن در نمودار 3001 آمده است. اصولاص 2 طبقه بندی در مورد تیراستورها وجود دارد: دستگاه حرکت برگردان (که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند و حرکت وارون می سازد که جریان مستقیم را به متناوب تبدیل می کند) تفاوت میان یک دستگاه تیراستور برگردان و وارون ساز زمان پایین خاموش شدن دومی می باشد. تیراستورهای برگردان پایین است و در کاربردهای دگرسو سازی های طبیعی استفاده می شوند. تیراستورهای وارون ساز در کاربردهای تبدیل برق اضطراری همچون جاپرها dc-dc و وارون سازی dc-ac استفاده می شوند. تیراستورهای وارون ساز به ویسله تبدیل جریان به صفر با استفاده از یک مدار خارجی تبدیل برق خاموش می شوند. و این امر مستلزم اجزای سازنده تبیدل برق اضافی می باشد. از این رو خسارات اضافی در دستگاه وارون ساز جریان را موجب می شود.
تیراستورها در شرایط جریان های موقتی و قابلیت dv/dt بسیار قوی و نیرومند عمل می کنند. ولتاژ پیشین در تیراستورها حدود 5/1 تا 2 ولت می باشد. و حتی در جریان های بیشتر در ترتیب A1000 اغلب به 3 ولت هم می رسد.
هنگامی که میکروولتاژ پیشین کاهش برق دستگاه را در هر جریان ایجاد شده مشخص می کند کاهش برق تغییر یافته تبدیل به فاکتور مسلمی برای تحت تاثیر قرار دادن دمای هم کنشگر و بخش نیم رسانا در فرکانس های بسیار بالا م یشود. به همین علت ماکزیمم فرکانس های متغیر ممکن که از تیراستورها استفاده می کنند، در مقایسه با سایر دستگاه های برقی که در این فصل به آنها اشاره شده است محدودتر می باشد.
تیراستورها دارای قابلیت و توان مقاوم I2t می باشند و به وسیله فیزوها محافظت می شوند. قابلیت جریان فراتاخت بدون تکرار تیراستورها حدود 10 برابر جریان زاویه چهارگوشی دار میانگین ریشته رده بندی شده آنها می باشد. (rms) آنها باید توسط شبکه های اتصالی سربالایی به دلیل تاثیرات
di/d+ , dv محافظت شوند. اگر dr/dt مشخص شد. افزایش یابد تیراستورها ممکن است هدایت جریان را بدون استفاده یک پالس گیت (محل خروج و ورود) شروع کنند. در کاربردهای تبدیل جریان dc به ac لازم است از یک دیود غیر موازنی با میزان سرعت و براورد یکسان و مشابه در طول مسیر هر یک از تیراستورهای اصلی استفاده کنید. تیراستورها تا v 6000 و A 3500 قابل دسترسی و استفاده هستند.
یک ترایاک در واقع به طور عملکرد یک جفت از تیراستورهای برگردان جریان که به طور غیرعادی با هم مرتبط اند می باش.د شکل ترایاک و ویژگی های ولت آمپر آن در نمودار 3002 نمایش داده شده است. بعلت تلفیق و یکی سازی، ترایاک از ویژگی dr/dt دوباره به کار برده شده ضعیف، حساسیت ضعیف جریان گیت ورودی و خروجی در زمان روشن بودن دستگاه طولانی تر بودن مدت زمان خاموشی برخوردار می باش.د ترایاک اساساً در کاربرد های کنترل فاز همچون تنظیم کننده ac برای روشن کردن و کنترل فن و همچنین در رله های حالت جامد به کار برده می شوند.
تیراستورهای خاموش کننده گیت: (GTO)
GTO در واقع ابزار برقی می باشند که با یک پالس کوتاه جریان گیت روشن شده و به واسطه ایجاد یک پالس گیت برعکس جریان خاموش می شوند. این دامنه نوسان جریان بالعکس گیت بستگی به جریان آندی دارد که خاموش می شود. بنابراین نیازی به یک مدار دگرسو سازی خارجی برای خاموش کردن آن نیست. زیرا خاموش شدن به واسطه میان پر زدن مستقیم رساناگر ها به مدار گیت تامین می شود و زمان خاموش شدن آن بسیار کوتاه می باشد. در نتیجه قابلیت بیشتری نسبت به ترانزیستورها برای عملکرد با فرکانس بالا در اخترا قرار می دهد. نماد GTO و ویژگی های خاموش شدنش در نمودار 30.3 نشان داده شده است.
GTO داارای قابلیت و توانایی مقاوم I2t می باشد و در نتیجه با فیزوهای نیم هادی قابل محافظت هستند. برای قابل اطمینان بودن عملکرد GTO جنبه های حیاتی و مهم طراحی مناسب از مدار خاموش کردن گیت و مدار اتصالات سربالایی آن می باشد.
تیراستورهای بالعکس کننده جریان (RCT) و یکسو کننده کنترل شونده سیلیکونی نامتقارن (ASCR) معمولا در کاربردهای وارون سازی جریانی، یک دیود در حالت غیر موادی به تیراستور برای اهداف تبدیل جریان برق آزادسازی جریان متصل می شود. در RCT ها دیود با یک تیراستور تعویض متغیر جریان سریع در کی تراشه سیلیکوی تک ادغام شده است. بنابراین شمار ابزار موتوری و برقی قابل کاهش است.
این ادغام و ترکیب منجر به بهود و پیشرفت ویژگی های دینامیکی و استاتیکی راهی تندکارایی عملکرد نهایی مدار آن می شود. RTC ها اساساً برای کاربردهای خاصی همچون کشش طراحی شده اند. دیود ناموازی ولتاژ بالعکس را در مسیر تیراستور از 1 به 20 ولت تغییر محدود می کند. همچنین به خاطر عمل احیا بالعکس دیودها ممکن است زمانی که دیود از ولتاژ بالعکس خود دوباره پوشانده می شود تیراستور دوباره به کار برده شده در حد بسیار بالا به نظر آیند.
این امر استفاده وسیع شبکه های RC بزرگ و وسیع را برای حذف کردن ولتاژهای موقتی و گذرا ضروری ساخته است. همینطور که دامنه کاربرد تیراستورها و دیودها به فرکانس های بالاتر افزایش می یابد. شارژ بازیافت بالعکس آنها به طور روزافزونی مهمتر می شود. شارژ بازیافت و احیای بالعکس در سطح عالی و بالا به اتلاف انرژی و برق بیش از حد در هنگام انتقال منجر می شود.
ASCR، از قابلیت حذف و جلوگیری کردن جریان مشابهی همانند تیراستور وارون ساز جریان رخ می دهد. برخوردار است. اما دارای یک تیراستور محدود بالعکس از یک سرعت و برآورد مشابه می باشد. ASCR دارای این ویژگی خاص می باشد. زمان خاموش شدن سریع که در نتیجه می تواند در یک فرکانس بالاتر از یک SCR عمل می کند. از آنجائی که زمان خاموش شدن آن به وسیله یک عامل تقریباً 2 برابر پاینی کاهش آورده می شود. اندازه اجزای سازنده تبدیل جریان برق آن نیز به نصف کاهش می یابد. به همین علت خسارات و اتلاف انرژی در انتقال جریان نیز کاهش خواهند یافت. تکنیک های خاموش کردن با استفاده از گیت برای کاهش حتی بیشتر زمان خاموش کردن یک ASCR به کار برده می شوند. کاربرد یک ولتاژ منفی در یک گیت در مدت زمان خاموش بودن دستگاه کمک می کند. به تخلیه کردن بار الکتریکی ذخیره شده در دستگاه و هم چنین به مکانیزم احیاء و بازیافت نیز کمک می کند. این امر کاهش مدت زمان خاموش شدن را به وسیله یک فاکتور مهم تا حدود 2 برابر دستگاه های معمولی و سنتی تحت تاثیر قرار می دهد.
ترانزیستورهای برقی (موتوری هیدرولیکی)
ترانزیستورها موتوری در کاربردهایی از 1، 2 گرفته تا چندین هزار کیلووات استفاده می شوند و فرکانس ها را تا حدود 10KHz تغییر می دهند. ترانزیستورهای موتوری به کار برده شده در کاربردهای تبدیل جریان برق عمدتاً از انواع npn می باشند. این ترانزیستورها با ذخیره جریان اصلی کافی روشن می شوند و این محرک پایه باید در طول دوره هدایت جریان آن کاملا حفظ شود. با جابجایی و انتقال محرک پایه و منفی کردن ولتاژ پایه این ترانزیستور خاموش می شود. ولتاژ شجاع دستگاه معمولاً 5/0 تا 5/2 ولت می باشد. و زمانی که جریان افزایش می یابد بالا می رود. نتیجتاً خسارات و اتلاف نیرو در زمان روشن بودن دستگاه بیشتر از برقرار بودن جریان افزایش می یابد. خسارات و اتلاف حالت خاموش بودن ترانزیستور بسیار کمتر از اتلاف انرژی و خسارات در حالت روشن بودن دستگاه می باشد. زیرا جریان نشت دستگاه بر طبق تعداد کمی از میلی آمپرهایی می باشد. بعلت زمان های انتقال نسبتاً زیاد تر، اتلاف و خساره انتقال جریان به طور چشمگیری با تغییر دادن فرکانس افزایش می یابد. ترانزیستورهای موتوری تنها می توانند ولتاژهای پیشین را حذف و متوقف کنند. میزان سرعت و برآورد ولتاژ بالای بالای بالعکس این دستگاه های کمتر از 5 تا 10 ولت می باشد.
ترانزیستورهای موتوری توانایی مقاوم را ندارند. به بیانی دیگر آنها تنها قادر به حذف بسیار اندک انرژی قبل از خراب شدن و از کار افتادن هستند.
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:13
چکیده:
روستای لک لک آشیان
مطالعات طرح هادی
طرح هادی روستای لک لک آشیان
- خدمات تاسیساتی
غیر از روستای تقی آباد کلیه روستاها از خدمات برق رسانی و آبرسانی ا ستفاده می نمایند.روستای لکل ک آشیان از طریق جاده آسفالت به شهر نیشابور متصل می گردد.
- بررسی موقعیت و عشایر در حوزه نفوذ و تاثیرات ناشی از آنها
با توجه به بررسی هلای انجام شده در سطح حوزه نفوذ جمنعیت عشایری وجود ندارد.
- تعیین محدوده اراضی کشاورزی و منابع طبیعی
- اراضی زراعی و باغی روستا عموما در جنوب و جنوب غرب روستا واقع شده است. وسعت اراضی زراعی روستا حدود چهار هکتار می باشد ولی وسعت کل عرصه منابع طبیعی به دلیل عدم وجود ممیزی مراتع مشخص نمی باشد.
- بررسی منابع آب
بطور کلی آب شرب روستای لک لک آشیان از طریق یک حلقه چاه با ظرفیت 6اینچ تامین می شود آب کشاورزی علاوه برچاه عمیق از طریق آب قنات تامین می شود لازم به ذکر است دبی قنات به دلیل عدم لایروبی بسیار کم می باشد بطوری که مقدار متر مربع زمین کشاورزی آبیاری شده در هر 24ساعت توسط آب قنات 1000متر مربع می باشد.
ویژگیهای جمعیتی
- تعداد جمعیت وبعد خانوار
- تعداد جمعیت روستای خوجان در سال 1383،164نفر گزارش شده است که با توجه به 42خانوار است .بر اساس اطلاعات فوق در طی 30سال جمعیت روستای لک لک آشیان رشدی معادل 1/2داشته است بیشترین رشدجمعیتی در بین سالهای 55تا65دیده می شود در واقع در یان مدت جمعیت روستا تقریبا دو برابر شده است ولی زا سال 65تا83از شدت رشد جمعیت کاسته شده است و علت آن شاید وجود جمعیت زیر 25سال بوده است .در طی دوره 45تا75با توجهبه بعد خانوار بار تکفل افزایش داشته است.
- ترکیب جنسی و سنی
با توجه به اطلاعات بدست آمده از ترکیب جنسی رسنی روستای لک لک آشیان 7/38در صد در گروه سنی کودک و نوجوان (14-0سال) ،1،34درصد در گروه سنی جوانان (34-15سال) ،21درصد درگروه سنی بزرگسالان (64-35سال) 2/6درصد گروه سنی سالخوردگان (65+سال) قرار دارند.
اگر گروههای سنی 14-0سال و65+سال را جزو گروههای سنی غیر فعال در نظر گرفته شدود بنابراین 1/55درصد جمعیت روستا ر ا گروه سنی فعال تشکیل می دهد . نسبت جنسی (تعداد جمعیت زن به تعداد جمعیت مرد) روستای لک لک آشیان حدود 9/97نفر محاسبه شده است. با توجه به هرم سنی جمعیت روستای لکل ک آشیان جوان می باشد. ولی با توجه به سیاستهای کنترل جمعیت در سالهای اخیر از میزان زاد ولد کاسته شده است.
- بررسی تحولات جمعیتی وروند مهاجرت
براساس اطلاعات جمعیتی روستای لک لکآشیان طی دوره 30ساله تحولات جمعیتی مثبت می باشد برهمین اساس متوسط رشد سالانه جم عیت این روستا در این مدت 1/0 محاسبه شده است نرخ رشد جمعیت در دهه های مختلف فرق می کند بگونه ای که بیشتر ین نرخ رشد در سالهای 65/1355مشاهده می گردد .نرخ رشد جمعیت در طی دوره 30سال 1/3درصد و از سال 1375تا1383 8/2درصد بوده است به نظر می رسد با توجه به کمی مسافت این روستا تا مرکز شهرستان مهاجرت دائمی از روستا کم بوده است لذا احتمالا رشد جمعیتی مربوط به زاد وولد باشد.
- ویژگیهای اقتصادی
- وضعیت اقتصادی روسا در سه بخش کشاورزی ،صنعت و خدمات به رشح زیر مورد بررسی قرار گرفته است:
- کشاورزی
- زراعت و باغداری
- سطح زیر کشت
بر اساس اطلاعات گروه تحقیقات و بررسی مسایل روستایی جهاد کشاورزی زمین های زیر کشت محصولات زراعی و باغی روستای لک لک آشیان 3/65 هکتار گزارش گرددیه است که از این مقدار حدود 97درصد آن مربوط به محصولات زراعی و بقیه حدود 3درصد مربوط به اراضی باغی است . در مجموئع سهم کشاورزی به صورت دیم از کل زمینهای کشاورزی حدود 22درصد می باشد.
- محصولات عم ده زراعی وب اغی
عمده محصولات زرای و باغی روستای لک لک آشیان عبارتند از:گندمجو ،چغندر قند،پنبه ،یونجه ،حبوبات ،دانه خشک ،انگور،سیب،گوجه فرنگی ،ذرت ،گندم آبی با 36درصد سطح زیر کشت محصولات زراعی بیشترین و ینجه واسپرس آبی با 35/0درصد کمترین سهم را به خود اختصاص داده اند .در زمینه محصولات باغی بیشترین سطح زیر کشت به انگور اختصاص دارد.
شیوه کشت در روستای لک لک آشیان نیمه سنتی می باشد ولی استفاده از کودهای شیمیایی وآیش زمین رواج دارد درآبیاری مزراع وباغات از مکانیزم های جدید آبیاری استفاده نمی شود ولی در انجام مراحل کاشت،داشت وبرداشت استفاده از تراکتور ،کمباین ،دروگر،دیسک ،ماشین خرمنکوب و متورآب استفاده می شود در بخش دام ،پرورش دام وطیور به دو صورت سنتی وجدید انجام می شود.
- دامداری
دامداری در روستای لک لک آشیان به شویه سنتی می باشد.دامداری از نظر فعالیت اقتصادی روستا از اهمیت بالایی برخوردار است از بین دام های موجود گوسفند وبره بیشترین سهم را به خود اختصاص داده در حالی که بزوبزغاله سهم کمی را دارند .
- صنعت
- در روستای لک لک آشیان بیشترین فعالیت در زمینه صنایع دستی می باشد برهمین اساس در این روستا حدود 8تا10واحد قالی بافی دارد. این صنایع از جمله منابع مهم درآمد روستائیان محسوب می شود.
- شناخت علل پیدایش روستا وبررسی عوامل تاثیرگذار در شکل گیری بافت آن
در نوشته های برخی مورخین نام لک لک آشیان به عنوان قضیه ای از نیشابور آورده شده است .درپرسشگری های انجام شده علت پیدایش روستا دقیقا معلوم نیست ولی از شواهد امر برمی آید علت پیدایش روستا وجود قنات وخاک مناسب کشاورزی بوده است در عین حال محلی برای استراحت مسافرین شهر نیشابور نیز بوده است .نهر آب قنات درگذشته دور وراه ارتباطی به نیشابور در بعد زا انقلاب در شکل گیری بافت روستا موثر بوده اند. هسته اولیه روستا در محل استخر آب و در مجاورت زمینهای کشاورزی قرار دارد. با گذشت زمان گسترش فیزیکی روستا در حاشیه نهر آب قنات به دلیل دستیابی به آب مصرفی انجام شده است تا سال 1342گسترش فیزیکی روستا در ح.اشی نهرآب در جهات شمالی و جنوبی نهر بوده است. بخش جدید روستا مربوط به سالهای بعد از انقلب در قمست شمالغرب روست ا در جهت جاده نیشابور می باشد .
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:10
چکیده:
آشکار سازی های نیمه هادی نوترون برای رادیوبیولوژی نوترون و شمارش آن دارای اهمیت بسیار زیادی هستند. آشکار سازی های ساده سیلیکونی نوترون ترکیبی از یک دیود صفحه ای با لایه ای از یک مبدل مناسب نوترون مثل 6LiFمی باشند. چنین وسایلی دارای بهره آشکار سازی محدودی می باشندکه معمولاً بیشتر از 5% نیست. بهره آشکار سازی را می توان با ساخت یک ساختار میکرونی3D به صورت فرو رفتگی، حفره یا سوراخ و پر کردن آن با ماده مبدل نوترون افزایش داد. اولین نتایج ساخت چنین وسیله ای در این مقاله ارائه شده است.
آشکار سازهای سیلیکونیN با حفره های هرمی شکل در سطح پوشیده شده با 6LiF ساخته شده و سپس تحت تابش نوترونهای حرارتی قرار گرفتند. طیف ارتفاع پالس انرژی تابش شده به حجم حساس با شبیه سازی مورد مقایسه قرار گرفت. بهره آشکار سازی این وسیله در حدود 6.3% بود. نمونه هایی با سایز ستونهای مختلف ساخته شد تا خواص الکتریکی ساختارهای سه بعدی مورد مطالعه قرار گیرد.ضرایب جمع آوری بار در ستونهای سیلیکون از 10تا800 nm عرض و 80تا nm 200ارتفاع با ذرات آلفا اندازه گیری شد. بهره آشکار سازی یک ساختار 3D کامل نیز شبیه سازی شد. نتایج نشان از تقویت بهره آشکار سازی با فاکتور 6در مقایسه با آشکار سازهای صفحه ای استاندارد نوترون دارد.
1. مقدمه و اهداف: آشکار سازهای نوترونی نمی توانند مستقیماً برای آشکار سازی نوترونهای حرارتی به کار روند و باید از ماده ای استفاده کرد که نوترونها را به صورت تشعشع قابل آشکار سازی در آورد. مواد مختلفی برای این منظور وجود دارند که در بین آنها6Li از همه مناسب تر به نظر می رسد. واکنش گیر افتادن نوترون در6Li دارای سطح مقطع942 b در انرژی نوترونی0.0253eV است.
6Li+n→∝(2.05MeV) +3H(2.73MeV
مواد مبدل با پایه6Li دارای سطح مقطع گیر انداختن نورونهای بالایی بوده و انرژی محصولات تولید شده آن نیز برای آشکار شدن به قدر کافی بالا می باشد. هدف نهایی آشکار سازR&D که در اینجا شرح داده می شوند ایجاد یک سنسور تصویر برداری نوترون با حساسیت بالا و قدرت تفکیک فضایی مناسب است. ما قبلاً با موفقیت چیپMedipix-2 با چیپ سنسور صفحه ای پوشیده با مبدل نوترون6Li را آزمایش کرده ایم. قدرت تفکیک فضایی چنین وسیله ای در حدود 65nm(نشانه ای از FWHMتابع پخش خطی) به خوبی با ابزارهای تصویر برداری نوترون قابل رقابت است. نسبت سیگنال به نویز(SNR) آشکارسازی سیلیکون نیز بالاتر از آشکار سازهای نوترونی فعلی است. با این وجود بهره آشکار سازی چنین آشکارسازهای نیمه هادی صفحه ای(نسبت تعداد آشکار شده به تعداد نوترون برخوردی) در حدود5% محدود می باشد. بهره آشکارسازی را می توان با ایجاد حفره یا سوراخ هایی (ساختار 3D ) در بدنه آشکار ساز سیلیکون افزایش داد.
2. آشکار سازی آشکارسازهای نوترونی صفحه ای:
برای پیش بینی بهره آشکارسازی ساختار صفحه ای از یک بسته نرم افزار شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. این بسته ترکیبی بود ازMCNP-4C (شبیه سازی انتقال نوترونی) با SRIM/TRIM (قدرت توقف) و کد مونت کارلو C++ متعلق به خودمان(شبیه سازی انتقال انرژی، طیف ارتفاع پالس، بهره آشکار سازی و....)
شکل 1بهره آشکار سازی را در مقابل ضخامت ماده مبدل6LIF (6LI غنی شده تا 89%)، اول برای تشعشع قدامی که منحنی مقدار بیشینه 4.48% را در ضخامت 7mg/cm2 نشان می دهد. بهره آشکار سازی در ضخامتهای بیشتر از این حد کاهش می یابد چون ذرات آلفا و تریتیوم تولید شده در سطوح دورتر LiFاز مرز Si-LiF قادر به رسیدن به حجم حساس نیستند. به علاوه تعداد بیشتر نوترونها در نزدیکی سطح خارجی مبدل جذب می شوند(شکل 2a را ببینید). منحنی دوم در شکل1 مخصوص آشکار سازی است که از پشت تحت تابش قرار گرفته است.
در ضخامتهای بالا تراز7mg/cm2، بهره آشکار سازی در حدود 4.90%ثابت باقی می ماند. نوترونها به صورت قابل ترجیحی در نزدیکی مرز مبدل نیمه هادی جذب می شوند )شکل(b.2 و بهره آشکارسازی اشباع شده و مستقل از ضخامت آشکار ساز می باشد.
طیف انرژی تابشی در آشکار ساز صفحه ای ساده اندازه گیری شد(شکل 3). نمونه مورد استفاده یک آشکارساز سیلیکونی 5×5mm2و 300µm ضخامت بود. مقاومت حجم n-type در حدود 5kΩcm بود. بخشی از نمونه با لایه ای از6LiF با 89% لیتیوم پوشانده شده بود(به این دلیل فقط بخشی از آن پوشانده شده بود تا بخشی به صورت فضای باز برای کالیبراسیون انرژی با ذرات آلفای منبع کالیبراسیون در اختیار داشته باشیم). طیف حاصل را با نتایج شبیه سازی مونت کارلو مقایسه کردیم. شبیه سازی به خوبی با نتایج اندازه گیری شده مطابقت داشت. نمونه از پشت با دسته پرتو نوترون حرارتی مورد تابش قرار گرفت. اندازه گیریها در کانال افقی (هدایت نوترون) راکتور تحقیقاتی هسته ای LVR-15 در موسسه فیزیک هسته ای دانشگاه چک در Rez در نزدیکی پراگ انجام پذیرفتند. فلوی نوترون در حدود106cm-2s-1در قدرت راکتور8MW بودند.
آلفا و تریتون تولید شده از واکنش گیر انداختن نوترون حرارتی اغلب در جهتهای متضاد به حرکت در می آیند (شکل4) آشکارساز صفحه ای ساده یکی از دو ذره الفا یا تریتون را آشکار می کند نه هر دو را. بنابر این طیف انرژی تابشی هرگز دارای انرژی بالاتر مربوط به تریتون نخواهد بود.