DIN IEC 62088-2002 Nuclear instrumentation - Photodiodes for scintillation detectors - Test procedures (IEC 62088 2001)《核仪表设备 闪烁检测器用光电二极管 试验程序 (IEC 62088 2001)》.pdf

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1、DEUTSCHE NORM September 2002StrahlungsmessgertePhotodioden fr SzintillationsdetektorenPrfverfahren(IEC 62088:2001)IEC 62088ICS 31.080.10Nuclear instrumentationPhotodiodes for scintillation detectorsTest procedures(IEC 62088:2001)Instrumentation nuclairePhotodiodes pour dtecteurs scintillationMthodes

2、 dessai(CEI 62088:2001)Die Internationale Norm IEC 62088:2001 Nuclear instrumentation Photodiodesfor scintillation detectors Test procedures ist unverndert in diese DeutscheNorm bernommen worden.Nationales VorwortFr die vorliegende Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 967 Strahlungsmessgerte der

3、DKEDeutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE zustndig.Norm-Inhalt war verffentlicht als E DIN IEC 62088:1999-09.Fortsetzung Seite 2 bis 18DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE DIN Deutsches Institut fr Normung e. V

4、. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinRef. Nr. DIN IEC 62088:2002-09Preisgr. 12 Vertr.-Nr. 2812DIN IEC 62088:2002-092Nationaler Anhang NA(infor

5、mativ)Zusammenhang mit Europischen und Internationalen NormenFr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe desAusgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich dieVerweisung auf die jeweils neueste

6、gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm.Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Be-zug genommene Ausgabe der Norm.Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ist nachstehend wie-dergegeben. Zum Zeitp

7、unkt der Verffentlichung dieser Norm waren die angegebenen Ausgaben gltig.IEC hat 1997 die Benummerung der IEC-Publikationen gendert. Zu den bisher verwendeten Normnummernwird jeweils 60000 addiert. So ist zum Beispiel aus IEC 68 nun IEC 60068 geworden.Tabelle NA.1Europische Norm Internationale Norm

8、 Deutsche Norm Klassifikation imVDE-Vorschriftenwerk IEC 60050-731:1991 DA-IEV 731 N1) IEC 60050-845:1987 DA-IEV 845 N1) IEC 60333:1993 DIN IEC 60333:1995-10 IEC 61151:1992 DIN IEC 61151:1994-05 Nationaler Anhang NB(informativ)LiteraturhinweiseDA-IEV 394, Deutsche Ausgabe des Internationalen Elektro

9、technischen Wrterbuchs Kapitel 394: NukleareInstrumentierung Gerte (IEC 60050-394:1995 + A1:1996 + A2:2000) N1)DA-IEV 731, Deutsche Ausgabe des Internationalen Elektrotechnischen Wrterbuchs Kapitel 731: Licht-wellenleiter-Nachrichtentechnik (IEC 60050-731:1991) N1)DA-IEV 845, Internationales Wrterbu

10、ch der Lichttechnik IEC-Publikation 60050-845:1987 (einschlielichDeutsch als offizielle Sprache) N1)DIN IEC 60333, Nukleare Megerte Halbleiterdetektoren fr geladene Teilchen Prfverfahren(IEC 60333:1993)DIN IEC 61151; Verstrker und Vorverstrker fr Detektoren fr ionisierende Strahlung Prfverfahren(IEC

11、 61151:1992)N1)Nationale Funote: Im Rahmen des CD-ROM-Produktes Internationales Elektrotechnisches Wrterbuch Deutsche Ausgabe zu beziehen ber Beuth Verlag, 10772 Berlin.DIN IEC 62088:2002-093Deutsche bersetzungStrahlungsmessgertePhotodioden fr SzintillationsdetektorenPrfverfahrenInhaltSeiteVorwort 3

12、Einleitung 51 Anwendungsbereich . 52Algemeines 53 Normative Verweisungen 64 Begriffe, Formelzeichen und Abkrzungen 74.1 Begriffe 74.2 Formelzeichen und Abkrzungen 85 Physikalische Eigenschaften . 95.1 Empfindliche Flche 95.2 Fenster. 106 Elektrische Eigenschaften 116.1 Allgemeines . 116.2 Kapazitt 1

13、16.3 Dunkelstrom und Strom-Spannungs-Kennlinie . 116.3.1 Messung . 116.3.2 Temperaturabhngigkeit. 116.4 Anstiegszeit . 126.5 Vorverstrker und Verstrker, die fr Szintillationsdetektoren mit Photodioden verwendet werden . 126.6 Messungen des Rauschens und der Auflsung126.7 Verstrkung von Lawinen-Photo

14、dioden. 126.7.1 Allgemeines 126.7.2 Messung . 126.7.3 Temperaturabhngigkeit der Verstrkung 157 Optische Eigenschaften 157.1 Allgemeines . 157.2 Quantenausbeute 157.3 Empfindlichkeit. 167.4 Spektrale Ansprechfunktion. 167.5 Rauschquivalente Leistung . 188 Allgemeine Anforderungen an das Datenblatt .

15、18DIN IEC 62088:2002-094Vorwort1) Die IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) ist eine weltweite Normungsorganisation, die alleNationalen Elektrotechnischen Komitees (Nationale Komitees der IEC) umfasst. Die IEC hat das Ziel, dieinternationale Zusammenarbeit in allen Fragen der Normung auf

16、 dem Gebiet der Elektrotechnik undElektronik zu frdern. Zu diesem Zweck und neben anderen Aktivitten verffentlicht die IEC Internatio-nale Normen. Mit der Vorbereitung sind die Technischen Komitees beauftragt. Jedes Nationale Komiteeder IEC, das an dem behandelten Thema interessiert ist, darf an die

17、ser Vorbereitungsarbeit teilnehmen.Internationale Organisationen, Regierungs- und Nichtregierungsstellen, die mit der IEC in Verbindungstehen, nehmen ebenfalls an diesen Vorbereitungsarbeiten teil. Die IEC arbeitet eng mit der Internatio-nalen Organisation fr Normung (ISO) nach den in der Vereinbaru

18、ng zwischen beiden Organisationenfestgelegten Bedingungen zusammen.2) Die offiziellen Beschlsse oder Vereinbarungen der IEC ber technische Fragen, die in TechnischenKomitees von Vertretern aller an dem behandelten Thema besonders interessierten Nationalen Komiteeserarbeitet werden, bringen das hchst

19、mgliche Ma internationaler bereinstimmung fr das behandelteSachgebiet zum Ausdruck.3) Sie stellen Empfehlungen zur internationalen Anwendung dar, die als Normen, Fachberichte oder Leitli-nien verffentlicht werden und als solche von den Nationalen Komitees angenommen sind.4) Um die internationale Ver

20、einheitlichung zu frdern, verpflichten sich die Nationalen Komitees der IEC,Internationale Normen der IEC so durchschaubar wie mglich in ihren nationalen und regionalen Normenanzuwenden. Jede Abweichung zwischen der IEC-Norm und der entsprechenden nationalen oderregionalen Norm muss in dieser deutli

21、ch gekennzeichnet werden.5) Die IEC hat kein Verfahren fr die Kennzeichnung der Konformitt festgelegt und bernimmt keine Ver-antwortung, wenn ein Gegenstand als konform mit einer ihrer Normen erklrt wird.6) Es besteht die Mglichkeit, dass Bestandteile dieser Internationalen Norm Gegenstand von Paten

22、trech-ten sind. Die IEC hat nicht die Verantwortung, das Vorhandensein solcher Patentrechte festzustellen undauf deren Existenz hinzuweisen.Die Internationale Norm IEC 62088 wurde vom Technischen Komitee Nr. 45 Nuclear instrumentation derIEC ausgearbeitet.Der Text dieser Norm basiert auf den folgend

23、en Dokumenten:FDIS Abstimmungsbericht45/492/FDIS 45/497/RVDAusfhrliche Auskunft ber die Abstimmung zur Genehmigung dieser Norm gibt der in obiger Tabelle zitierteAbstimmungsbericht.Diese Norm wurde entsprechend ISO/IEC-Direktive, Teil 3 erstellt.Das Komitee hat entschieden, dass diese Publikation bi

24、s 2005 unverndert bleiben soll. Dann wird die Publi-kation entsprechend der Entscheidung des Komitees besttigt, zurckgezogen, durch eine berarbeitete Ausgabe ersetzt oder gendert.DIN IEC 62088:2002-095EinleitungEin Szintillationsdetektor mit Photodiode ist eine Anordnung, die eine Halbleiter-Photodi

25、ode (blicherweiseeine Silizium-Photodiode) zum Nachweis von Szintillationslicht benutzt, das durch Absorption einfallenderStrahlung (z. B. geladene Teilchen, Gamma- oder Rntgenstrahlen) in einem Szintillator (blicherweiseeinem Kristall) erzeugt wird (siehe Bild 1).Photoelektronenvervielfacher werden

26、 fr diesen Zweck seit Jahrzehnten allgemein eingesetzt, aber mit derVerfgbarkeit rauscharmer und relativ groer Photodioden verdrngen jene die Photoelektronenvervielfacherin immer mehr Anwendungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften: kleines Volumen; Unempfindlichkeit gegen magnetische Felder; ge

27、ringe Vorspannung und sehr geringer Energieverbrauch; vergleichsweise hohe Unempfindlichkeit gegen Erschtterungen.1 AnwendungsbereichDiese Norm gilt fr Halbleiter-Photodioden (PD) und -Photodioden-Anordnungen (PDA), die in Szintillations-oder Cherenkov-Detektoren verwendet werden. Die Prfverfahren d

28、ieser Norm gelten auch fr Lawinen-Pho-todioden (APD), die aber einige zustzliche Prfungen erfordern, welche in dieser Norm ebenfalls angegebensind.Nicht alle in dieser Norm beschriebenen Prfungen sind verpflichtend, aber Prfungen zur Ermittlung derLeistungskennwerte sollten entsprechend den in diese

29、r Norm beschriebenen Verfahren durchgefhrt werden.Zweck dieser Norm ist die Einfhrung einheitlicher Prfverfahren fr Photodioden, die in Szintillationsdetekto-ren verwendet werden, und die Festlegung der durch den Lieferanten fr jeden Photodiodentyp anzugeben-den Kennwerte.2AlgemeinesSilizium-Photodi

30、oden sind aufgrund ihrer kommerziellen Verfgbarkeit fr den Einsatz in Szintillationsdetekto-ren weit verbreitet. Ihr Empfindlichkeitsmaximum bei Wellenlngen um 900 nm entspricht jedoch nicht demEmissionsmaximum blicher Szintillatoren (NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, CdWO4, ZnSe(Te) mit krzeren Wellen-lngen.

31、Derzeit wird nach Photodioden aus Halbleitern mit grerem Bandabstand bzw. Szintillatoren mitLichtemission grerer Wellenlnge geforscht.Szintillationsdetektoren mit Photodioden haben keine interne Verstrkung (mit Ausnahme der APDs) undmssen daher an rauscharme Vorverstrker angeschlossen werden, hnlich

32、 denen, die in Halbleiterdetekto-ren verwendet werden. Das Rauschen der Photodiode-Vorverstrker-Anordnung begrenzt deren Eignung frdie Spektrometrie niederenergetischer Gamma- und Rntgenstrahlung. Dieses Rauschen wird dominiertdurch das mit der Kapazitt der Photodiode zusammenhngende serielle Rausch

33、en, das mit der Flche derDiode zunimmt, und durch das parallele Rauschen, verursacht durch den Sperrstrom und den Eingangs-widerstand des Vorverstrkers. Zur Optimierung der Photodiode-Vorverstrker-Anordnung wird letzterer ge-legentlich mit der Photodiode in einer Baugruppe integriert. In solchen Fll

34、en kann die Durchfhrung einigerder nachfolgend beschriebenen Prfungen schwierig werden.Die Halbleiter-Photodioden knnen auch unmittelbar als Halbleiterdetektoren fr ionisierende Strahlen ver-wendet werden, die vorliegende Norm umfasst aber diesen bereits in IEC 60333 behandelten Anwendungs-fall nich

35、t.Diese Norm gilt nicht fr Hybrid-Photodetektoren; das sind Vakuumrhren mit einer konventionellen Photo-kathode, einem elektrischen Beschleunigungsfeld und einer Festkrperschaltung.DIN IEC 62088:2002-096N2)Bild 1 Blockschaltbild einer Schaltung mit Szintillationsdetektor und Photodiode3 Normative Ve

36、rweisungenDie folgenden normativen Dokumente enthalten Festlegungen, die durch Verweisung in diesem Text Be-standteil dieser Internationalen Norm sind. Bei datierten Verweisungen gelten sptere nderungen oderberarbeitungen dieser Publikationen nicht. Anwender dieser Internationalen Norm werden jedoch

37、 gebeten,die Mglichkeit zu prfen, die jeweils neuesten Ausgaben der nachfolgend angegebenen normativen Doku-mente anzuwenden. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen nor-mativen Dokuments. Mitglieder von ISO und IEC fhren Verzeichnisse der gltigen Internationalen

38、 Normen.IEC 60050-731:1991, International Electrotechnical Vocabulary Chapter 731: Optical fibre communicationIEC 60050-845:1987, International Electrotechnical Vocabulary Chapter 845: LightingIEC 60333:1993, Nuclear Instrumentation Semiconductor charged-particle detectors Test proceduresIEC 61151:1

39、992, Nuclear Instrumentation Amplifiers and preamplifiers used with detectors of ionization ra-diation Test proceduresN2)Nationale Funote: blicherweise ist der Verstrker mit einem Impulsformungsnetzwerk ausgestattet.DIN IEC 62088:2002-0974 Begriffe, Formelzeichen und Abkrzungen4.1 BegriffeFr die Anw

40、endung dieser Norm gelten die folgenden Definitionen.4.1.1Lawinen-Photodiode(en: avalanche photodiode (APD)Photodiode, die mit einer so hohen Vorspannung (EMK) betrieben wird, dass der primre Photostrom durchLawinendurchbruch am bergang eine Verstrkung erfhrt N3)IEV 845-05-404.1.2rauschquivalente Le

41、istung einer PhotodiodeNEP(en: noise equivalent power (of a photodiode)Wert der Strahlungsleistung am Eingang eines optischen Empfngers, bei dem das Signal-Rausch-Verhltnisam Ausgang fr eine gegebene Wellenlnge, Modulationsfrequenz und quivalente Rauschbandbreite denWert 1 hatIEV 731-06-404.1.3Photo

42、stromIph(en: photocurrent)der Teil des als Ausgangsgre auftretenden Stroms eines photoelektrischen Empfngers, der durch dieeinfallende optische Strahlung verursacht wirdIEV 845-05-524.1.4Photodiode(en: photodiode)photoelektrischer Empfnger, in dem durch Absorption von optischer Strahlung in der Nach

43、barschaft einesp-n-bergangs zwischen zwei Halbleitern oder eines berganges zwischen einem Halbleiter und einem Me-tall ein Photostrom erzeugt wirdIEV 845-05-394.1.5Empfindlichkeit (eines Empfngers)s(en: responsivity; sensitivity (of a detector)Quotient Empfngerausgangsgre Y zu Empfngereingangsgre X

44、(s = Y / X )IEV 845-05-54N3)Nationale Funote: bersetzung abweichend von 845-05-40, welche lautet: Photodiode mit angelegterPolarisationsspannung, bei welcher der primre Photostrom innerhalb des Empfngers durch Lawinen-durchbruch am bergang eine Verstrkung erfhrt.DIN IEC 62088:2002-0984.1.6spektrale

45、Ansprechfunktion(en: spectral response) N4)Empfindlichkeit als Funktion der WellenlngeANMERKUNG Die Empfindlichkeit wird blicherweise in Ampere je Watt (A/W) und die Wellenlnge in Nanometern(nm) angegeben.4.2 Formelzeichen und AbkrzungenA empfindliche FlcheAPD Lawinen-PhotodiodeC KapazittG Verstrkun

46、g einer Lawinen-Photodiodeh PhotonenenergieIphPhotostromIrLeckstrom; Sperrstrom; Dunkelstrom N5)Imaxhchster zulssiger PhotostromI(U) Strom-Spannungs-Kennlinie WellenlngepWellenlnge im Empfindlichkeitsmaximum QuantenausbeuteNEP rauschquivalente LeistungPoptLichtstrke (als optische Leistung)PD Photodi

47、odePDA Photodioden-Anordnungs EmpfindlichkeitT TemperaturTmaxhchste zulssige Betriebstemperatur der PhotodiodeTminniedrigste zulssige Betriebstemperatur der PhotodiodeUbVorspannungUbnNenn(vor)spannung der PhotodiodeUbmaxhchste zulssige Vorspannungxunutzbare Lnge (oder Durchmesser) fr einen Abtastweg

48、 (bei der Bestimmung der empfindlichenFlche)N4)Nationale Funote: In IEC 60050-394:1995, International Electrotechnical Vocabulary Chapter 394:Nuclear instrumentation Instruments, Begriff IEV 394-18-12 fr Photokathoden als spectral responsecurve bezeichnet und definiert als Kurvendiagramm der Abhngig

49、keit der Quantenausbeute von derWellenlnge der einfallenden Strahlung.N5)Nationale Funote: Bei Photodioden wird der bei fehlender Bestrahlung (in vlliger Dunkelheit) gemes-sene Sperrstrom als Dunkelstrom (en: dark current) bezeichnet.Die in dieser Norm beschriebenen Messungen fr den Sperrstrom beziehe