Résolution en temps d'un circuit de coïncidences particule gamma

HAL Id: jpa-00243231

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Submitted on 1 Jan 1969

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Résolution en temps d’un circuit de coïncidences

particule gamma

S. Gorodetzky, R. Armbruster, A. Knipper, J.C. Merdinger, N. Schulz, F.

Wachtel

To cite this version:

225.

RÉSOLUTION

EN TEMPS D’UN

CIRCUIT

DE

COÏNCIDENCES

PARTICULE GAMMA

S.

_GORODETZKY,

R.

_ARMBRUSTER,

A.

KNIPPER,

J.

C.

MERDINGER,

N. SCHULZ et F.

_WACHTEL,

Institut de Recherches Nucléaires, Strasbourg-Cronenbourg.

Résumé. - Des détecteurs à barrière de surface ont été utilisés dans un circuit de

coïnci-dences

_{rapides particule-gamma}

en vue de mesurer _{des vies moyennes de noyaux dans des}

états excités. L’influence sur la résolution en

_temps

de différents facteurs

_{(résistivité,}

tension de

_{polarisation,}

_etc.)

a été étudiée.

Abstract. -

Timing experiments

with

_{photomultipliers}

and silicon surface barrier detectors

have been carried out. The influence on the time resolution of difeérent factors

_(silicon

resistivity

of the solid state _detector, bias

_voltage,

_etc.)

has been studied.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 4, JUIN 1969,

Les diodes à barrière de surface se sont

_rapidement

imposées

dans de nombreuses

_expériences

de

spectro-métrie

_nucléaire,

_{principalement}

en raison de leur

haute résolution en

_énergie.

Leur

_emploi

dans la

technique

des coïncidences différées

_particule-y

_permet

une identification

_rigoureuse

des niveaux

_d’énergie

et conduit de ce fait à un taux de coïncidences fortuites

faible,

donc à une

_{grande précision}

dans les mesures.

Afin de connaître les meilleures conditions d’utilisation

des diodes à barrière de

_surface,

nous avons étudié les

caractéristiques temporelles

de ces détecteurs en

fonc-tion de différents

_paramètres

_par l’observation des

temps

de montée des

impulsions

et de courbes de

coïncidences

_particule-y.

I.

Temps

de montée. - Le

temps

de montée des

impulsions

délivrées _{par les détecteurs à barrière de}

surface est fonction du

_temps

de collection des

_charges

créées dans la zone

_{désertée, ainsi que des}

constantes

de

_temps

R-G’ de l’ensemble

_{détecteur-amplificateur.}

Le

_temps

de collection des

_charges

_augmente

avec la

résistivité du silicium. Il est de l’ordre de 1 ns _pour

p = 500 Qcm.

Cependant,

l’épaisseur

appréciable

de

silicium non déserté introduit une résistance

_série,

qui, couplée

à la

_capacité

de la zone

désertée,

_régit

le

transfert des

_charges

du détecteur vers

_{l’amplificateur.}

Cette résistance

_peut

_{être rendue minimale par}

_l’emploi

de silicium de très faible résistivité ou _{par la}

suppres-sion de la zone non désertée. Dans ce dernier cas

(détecteur

totalement

_déserté),

la résistivité

_peut

être choisie

_{plus grande.}

Il faut alors

_surpolariser

le

détec-teur _{pour que le}

_temps

de collection reste faible.

Nous avons étudié les

_temps

de montée des

impulsions

pour un détecteur de faible résistivité

_(p

= 150

S~cm~,

d’épaisseur

300 _{JL, et _pour un détecteur totalement

déserté,

de résistivité

_égale

à 1 650 Dcm et

d’épais-seur _{200 ~jL. A} cet

_effet,

les

_impulsions

de sortie des

détecteurs sont acheminées vers un circuit

_adaptateur

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE. - _{T. 4.}

N° 2. JUIN 1969.

d’impédance, couplé

à trois

_{amplificateurs rapides}

en

série

_[1].

Les

_{signaux amplifiés}

sont

_appliqués

à l’entrée d’un

_oscilloscope

à

_{échantillonnage.}

Pour le

_premier

FIG. 1. - Variation de

B/.12

en fonction du

_rapport

R et de la tension de

_{polarisation.}

_"#2 est le moment

normalisé d’ordre 2 de la courbe de résolution par

rapport

à son centre de

_gravité.

226

détecteur,

le

_temps

de montée observé

_correspond

à celui du circuit

_{électronique, quelle}

_{que soit la tension} de

_{polarisation.}

Il est nécessaire de

_surpolariser

le second pour obtenir un tel

_temps

de montée.

II. Courbes de résolution en

_temps.

- Les courbes

de résolution

_promptes

étaient obtenues en

analysant

les coïncidences ce-y dans la

désintégration

du 211Bi.

Le circuit

_{électronique}

utilisé est décrit en détail

ail-leurs

_[2].

La

_figure

1 _montre, dans le cas du second

détecteur,

les variations de

_yCH;,

_qui

est lié à la

_largeur

des courbes de

_résolution,

en fonction de la tension

de

_polarisation

et de la

_quantité

R. R est le

_rapport

entre le niveau du seuil de discrimination et

_{l’amplitude}

de

_{l’impulsion analysée.}

Alors _que les variations en

fonction de R sont surtout liées aux circuits

électro-niques

utilisés,

les variations en fonction de la tension

de

_polarisation

reflètent celles observées dans l’étude des

_temps

de montée. Les

_pentes

des courbes de

_temps,

du côté des retards croissants dans la voie oc,

présentent

des variations similaires.

Il est

_parfois

nécessaire

_{d’interposer}

un absorbant

entre la source et _{le détecteur soit pour diminuer le} taux de

_comptage,

_{soit pour réduire}

_l’énergie

des

particules

à détecter si leur _{parcours moyen dans le}

silicium est

_supérieur

à

_{l’épaisseur}

du détecteur. En utilisant des absorbants

_{d’aluminium,}

une

légère

dété-rioration de la résolution a été observée. _{Ainsi pour} les

particules

oc de

_6,3

MeV

_analysées,

la

_largeur

de la

courbe de résolution

_augmente

d’un facteur

_1,35

lorsqu’on interpose

une feuille de

0,02

mm

_{d’épaisseur.}

La

_technique

de coïncidences

_rapides

_particule-y

a

été

_appliquée

à la mesure de

quelques périodes

de

niveaux

_nucléaires,

en tenant

_compte

des différents

paramètres

étudiés. Les valeurs des

_périodes

mesurées

se situent dans une _{gamme de}

_temps

_comprise

entre

0,08

et 5 ns.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

GOYOT

_(M.),

SAMUELI

(J.

J.)

et SARAZIN

_(A.),

Nucl.

Instr. Methods, 1967, 46, 149.