اثر لازاروس

سازوکار ایجاد نقص شبکه (بالا) و به‌دام‌اندازی/وادام‌اندازی (به انگلیسی: de-trapping) الکترون‌ها و حفره‌ها در دماهای مختلف (پایین)

اثر لازاروس (به انگلیسی: Lazarus effect) به آشکارسازهای نیم‌رسانا اشاره دارد. هنگامی که اینها در محیط‌های تابش شدید استفاده می‌شوند، با جابجایی اتم‌ها به دلیل برهم‌کُنش با ذرات متحرک پُرانرژی، نقص‌ها (به انگلیسی: defects) در شبکه کریستالی نیم‌رسانا ظاهر می‌شوند. این نقص‌ها، هم به صورت تهی‌جاهای (به انگلیسی: vacancies) شبکه و هم به صورت اتم‌ها در مکان‌های درون‌شبکه‌ای (به انگلیسی: interstitial)، به‌طور موقت الکترون‌ها و حفره‌هایی را که هنگام عبور ذرات یوننده (به انگلیسی: ionizing) از آشکارساز ایجاد می‌شوند، به‌دام‌اندازی (به انگلیسی: trapping)می‌کنند. از آنجایی که این الکترون‌ها و حفره‌هایی هستند که در یک میدان الکتریکی حرکت می‌کنند و سیگنالی را تولید می‌کنند که عبور یک ذره را ظاهر می‌شود، هنگامی که مقادیر زیادی نقص تولید می‌شود، سیگنال آشکارساز را می‌توان به شدت کاهش داده و منجر به یک آشکارساز غیرقابل استفاده (مرده) شود.

با این حال، در سال ۱۹۹۷، ویتوریو جولیو پالمیری، کورت بورر، استفان یانوس، سینزیا داویا و لوکا کازاگرانده در دانشگاه برن (سوئیس) دریافتند که در دمای کمتر از ۱۳۰ کلوین (حدود ۱۴۳− درجه سانتی‌گراد)، آشکارسازهای مرده به ظاهر زنده می‌شوند.[۱] توضیح این پدیده که به اثر لازاروس معروف است به دینامیک نقص‌های القایی در بدنه نیم‌رسانا مربوط می‌شود.

در دمای اتاق، نقص‌های ناشی از آسیب تابش به‌طور موقت الکترون‌ها و حفره‌های ناشی از یونش را به دام می‌اندازند، که سپس در زمانی که معمولاً طولانی‌تر از زمان بازخواندن تجهیزات الکترونیکی متصل است، به باند هدایت یا باند ظرفیت بازمی‌گردند. درنتیجه سیگنال اندازه‌گیری شده کوچکتر از آن چیزی است که باید باشد. این منجر به نسبت سیگنال به نویز پایین می‌شود که به نوبه خود می‌تواند از آشکارش (به انگلیسی: detection) ذره عبوری جلوگیری کند. با این حال، در دماهای زَمزا، هنگامی که یک الکترون یا حفره ناشی از یونش یا جریان نشتی آشکارساز، در یک نقص محلی (به انگلیسی: local defect) به دام می‌افتد، به دلیل انرژی حرارتی بسیار کمِ شبکه برای مدت طولانی در دام می‌ماند. این منجر به پُرشدن بخش بزرگی از تله‌ها و درنتیجه غیرفعال شدن می‌شود. سپس از به‌دام‌اندازی الکترون‌ها و حفره‌های تولیدشده توسط ذراتی که از آشکارساز عبور می‌کنند، جلوگیری می‌شود و سیگنال اندکی یا هیچ سیگنالی از دست نمی‌رود. چنین رفتاری در تعدادی از مقالات علمی مشاهده شده است.[۲][۳][۴]

به لطف اثر لازاروس، آشکارسازهای سیلیکونی ثابت شده‌اند که می‌توانند از دُزهای تابشی بیش از ۹۰ گراد (GRad) بمانند[۵][۶] و برای آزمایش‌های درخشندگی بالا در آینده پیشنهاد شده‌اند.[۷] یک همکاری علمی RD39[۸] در سرن برای درک کامل جزئیات فیزیک درگیر در این پدیده ایجاد شده است.[۹][۱۰][۱۱]

اخیراً اثر لازاروس به‌عنوان سازوکاری پیشنهاد شده است که سختی تابش را برای افزاره‌های ولتایی بتا و آلفا سیلیکونی با انرژی بالا که در دماهای زَمزا کار می‌کنند، ارائه می‌کند.[۱۲] این می‌تواند منجر به ساخت افزاره‌هایی براساس رادیو ایزوتوپ استرانسیوم-۹۰ شود که بسیار ارزان‌تر از نیکل-۶۳ است که در حال حاضر در باتری‌های هسته‌ای الماسی استفاده می‌شود.[۱۳] چنین دستگاه‌هایی می‌توانند برای کاوش در اعماق فضا مفید باشند.

منابع

  1. ↑ Vittorio Giulio Palmieri; Kurt Borer; Stefan Janos; Cinzia Da Viá; Luca Casagrande (1998), "Evidence for charge collection efficiency recovery in heavily irradiated silicon detectors operated at cryogenic temperatures", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 413 (2–3): 475–478, Bibcode:1998NIMPA.413..475P, doi:10.1016/S0168-9002(98)00673-1
  2. ↑ K. Borer et al. : Charge collection efficiency of irradiated silicon detector operated at cryogenic temperatures. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 440, 2000, S. 5–16, doi:10.1016/S0168-9002(99)00799-8
  3. ↑ V. Granata et al. : Cryogenic technology for tracking detectors. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 461, 2001, S. 197–199, doi:10.1016/S0168-9002(00)01205-5
  4. ↑ K. Borer et al. : Charge collection efficiency of an irradiated cryogenic double-p silicon detector. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 462, 2001, S. 474–483, doi:10.1016/S0168-9002(01)00198-X
  5. ↑ Casagrande et al. : A new ultra radiation hard cryogenic silicon tracker for heavy ion beams In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 478, 2002, S. 325-329, doi:10.1016/S0168-9002(01)01819-8
  6. ↑ Rosinský, P.; Borer, K.; Casagrande, L.; Devaux, A.; Granata, V.; Guettet, N.; Hess, M.; Heuser, J.; Jarron, P. (2003-09-21). "The cryogenic silicon Beam Tracker of NA60 for heavy ion and proton beams". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Proceedings of the 11th International Workshop on Vertex Detectors. 511 (1): 200–204. Bibcode:2003NIMPA.511..200R. doi:10.1016/S0168-9002(03)01793-5. ISSN 0168-9002.
  7. ↑ Zhang Li et al. : Cryogenic Si detectors for ultra radiation hardness in SLHC environment. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 579, 2007, S. 775–781, doi:10.1016/j.nima.2007.05.296
  8. ↑ "CERN RD39 Collaboration: Cryogenic Tracking Detectors". rd39.web.cern.ch. Retrieved 2024-01-30.
  9. ↑ Verbitskaya, E.; Abreu, M.; Anbinderis, P.; Anbinderis, T.; D'Ambrosio, N.; de Boer, W.; Borchi, E.; Borer, K.; Bruzzi, M. (2003-11-21). "The effect of charge collection recovery in silicon p–n junction detectors irradiated by different particles". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Proceedings of the 4th International Conference on Radiation Effects on Semiconductor Materials, Detectors and Devices. 514 (1): 47–61. Bibcode:2003NIMPA.514...47V. doi:10.1016/j.nima.2003.08.083. ISSN 0168-9002.
  10. ↑ Mendes, P.R.; Abreu, M.C.; Eremin, V.; Zheng Li; Niinikoski, T.O.; Rodrigues, S.; Sousa, P.; Verbitskaya, E. (2003). "A new technique for the investigation of deep levels on irradiated silicon based on the Lazarus effect". 2003 IEEE Nuclear Science Symposium. Conference Record (IEEE Cat. No.03CH37515). pp. 417–423 Vol.1. doi:10.1109/nssmic.2003.1352075. ISBN 0-7803-8257-9. S2CID 21935672. Retrieved 2024-01-30.
  11. ↑ Li, Zheng; Eremin, Vladimir; Verbitskaya, Elena; Dehning, Bernd; Sapinski, Mariusz; Bartosik, Marcin R.; Alexopoulos, Andreas; Kurfürst, Christoph; Härkönen, Jaakko (2016-07-11). "CERN-RD39 collaboration activities aimed at cryogenic silicon detector application in high-luminosity Large Hadron Collider". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Frontier Detectors for Frontier Physics: Proceedings of the 13th Pisa Meeting on Advanced Detectors. 824: 476–479. Bibcode:2016NIMPA.824..476L. doi:10.1016/j.nima.2015.09.070. ISSN 0168-9002.
  12. ↑ Palmieri, Vittorio Giulio; Casalino, Maurizio; Di Gennaro, Emiliano; Romeo, Emanuele; Russo, Roberto (2024-04-01). "Alpha and beta-voltaic silicon devices operated at cryogenic temperatures: An energy source for deep space exploration". Next Energy. 3: 100101. doi:10.1016/j.nxener.2024.100101. ISSN 2949-821X.
  13. ↑ Bormashov, V. S.; Troschiev, S. Yu.; Tarelkin, S. A.; Volkov, A. P.; Teteruk, D. V.; Golovanov, A. V.; Kuznetsov, M. S.; Kornilov, N. V.; Terentiev, S. A. (2018-04-01). "High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes". Diamond and Related Materials. 84: 41–47. Bibcode:2018DRM....84...41B. doi:10.1016/j.diamond.2018.03.006. ISSN 0925-9635.

در ادامه مطلب

  • بازگشت از مردگان In: New Scientist 17 اکتبر 1998 (آنلاین)
  • برخاست آشکارسازهای مرده در: کوریا سرن ۲۹ مارس 1999 (آنلاین)
  • آشکارسازهای سیلیکونی سخت تابش در این راه پیشرو هستند: CERN Courier 1 ژانویه 2003 (آنلاین)
This article is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.