تفريق أو تمايز الطاقة Energy Resolution

تتمتع كاشفات أشباه الموصلات بمقدرة كبيرة على تمايز الطاقة والتفريق بين طاقات الإشعاع القريبة من بعضها البعض وهي تتفوق هنا وبوضح كبير على كاشفات الوميض وأية كاشفات أخرى. كما تمتاز كاشفات (Si(Li على كاشفات (Ge(Li أيضاً في هذا المجال وذلك لأن الضجة الحرارية للسيليكون أقل من مثيلتها للجرمانيوم وذلك لأن سمك الحزام الممنوع في السيليكون أكبر من مثيلة للجرمانيوم.

يبين الشكل (1) مقارنة بين تمايز كاشفي Gi(Li) و NaI (Tℓ) لطاقات

الشكل (1)

مجموعة من العناصر المشعة حيث تتبين لنا قدرة التمييز العالية لكاشف (Ge(Li عن كاشف (Tℓ) Nalحيث تظهر القمم على شكل خطوط دقيقة بينما تظهر القمم المقاسة بواسطة يوديد الصوديوم على شكل هضاب واسعة. وهذا يجعل هذا الكاشف الأخير غير قادر على التمييز بين الخطوط القريبة من بعضها البعض. في الشكل (2) يبين طيف طاقة أشعة γ الناتجة عن الهولوميوم ^166mHo كما يسجلها كل من كاشفي Gi(Li) و NaI (Tℓ) حيث يتضح لنا أن بعض القمم القريبة من بعضها البعض بدت واضحة ومتميزة عن بعضها بعضاً عند استخدام كاشف (Ge(Li أما هذه القمم نفسها فبدت قمة واحدة على شكل

الشكل (2)

هضبة واسعة عند استخدام كاشف NaI (Tℓ). وهكذا نرى هذه الميزة الكبيرة التي تتمتع بها كاشفات أشباه الموصلات. حيث يمكن رؤية الكثير من خطوط أشعة γ وحيث أن هذه الخطوط تعبر عن مستويات إثارة في النواة فإن استخدام هذه الكاشفات تمكننا من سبر غور النواة بصورة أفضل.

وفي حقيقة الأمر ليس هناك من سبب يحد من الحصول على تفريق طاقة نموذجي لكاشفات أشباه الموصلات بحيث تظهر القمة على شكل خط مستقيم. ولكن ذلك يصطدم مع حقائق عملية كثيرة تحد من هذه القيمة النموذجية ومن ثم نحصل على تفريق محدود للطاقة.

يعتمد تمايز الطاقة على كثير من العوامل منها التفاوتات الإحصائية في عدد أزواج الإلكترونات - ثقوب الناتجة عن امتصاص الكاشف لطاقة الإشعاع الساقط. ومن الناحية النموذجية إذا كانت لدينا عدد (N) من الأحداث المستقلة كل عن الأخرى فإن التفاوت الإحصائي في هذا العدد يتناسب مع وبالتالي فإنه إذا قارنا هذه الأحداث بعدد أزواج الإلكترون - ثقب (N) الناتجة عن كل جسيم إشعاعي يمتص داخل الكاشف بعدد الأحداث المستقلة N فإن سمك قمة الطاقة ​EΔ يعطي بالعلاقة:

(1) ........

حيث ε متوسط الطاقة المفقودة بواسطة الإشعاع لكل زوج إلكترون - ثقب ناتج ولكن:

(2)............

حيث E طاقة الإشعاع.

من المعادلتين السابقتين ينتج أن:

(3)     .........

وجد عملياً أن احداث إنتاج الأزواج السابقة ليست مستقلة تماماً عن بعضها البعض وبالتالي فإن التفاوتات في ل تقل قليلاً عن بمقدار صغير. ومن ثم أدخل ما يسمى بمعامل فانو Fano factor ويرمز له بالرمز F وبالتالي فإن معادلة (1) تصحح لتأخذ الصورة التالية:

وينتج أن:

(4)     .........

وتقدر F لكل من الجرمانيوم والسيليكون بالقيمة 0.1.

تعبر ΔE/E عن تمايز الطاقة Energy Resolution الذي يعتبر عاملاً مهماً عند شراء كاشف معين إذ يبين مدى قدرة الجهاز على التمييز بين خطوط الطاقات القريبة من بعضها.

في الشكلين (1) و(2) نجد أن معدل العد لكاشفات NaI (Tℓ) أكبر من كاشفات (Ge(Li حيث نجد أنطيف الطاقة لأشعة γ يأخذ قراءات أكبر عند استخدام كاشفات NaI (Tℓ)، وهذا صحيح إذ أن كاشفات الوميض هنا تتفوق على كاشفات اشباه الموصلات في الكفاءة، وهي المقدرة على تحويل الإشعاع إلى نبضات كهربية. وهذا يفق مع ما أشرنا إليه آنفاً.