Жарқын сәулеленуде бұзылған жартылай өткізгіш детекторлардың қайта тірілуі – "Лазар әсері". Төмен температурада сигнал қалпына келеді, себебі бұзылу динамикасы өзгереді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Лазарус эффектісі жартылай өткізгіш детекторларға қатысты; олар қатал сәулелену ортасында қолданылғанда, жоғары энергиялы бөлшектермен өзара әрекеттесуден туындаған атомдардың ығысуы салдарынан жартылай өткізгіштің кристалдық торында ақаулар пайда болады. Бұл ақаулар – тордағы бос орындар мен аралық кеңістіктегі атомдар түрінде – иондаушы бөлшектер детектор арқылы өтетін кезде туындайтын электрондар мен тесіктерді уақытша тұтқындап қояды. Электр өрісінде қозғалатын осы электрондар мен тесіктер бөлшектің өтуін тіркететін сигналды құрайды, сондықтан көптеген ақаулар пайда болған жағдайда детектордың сигналы күрт төмендеп, оны пайдалану мүмкін болмайтын (өлі) детекторға айналдыруы мүмкін. Алайда, 1997 жылы Берн университетінде (Швейцария) Витторио Джулио Палмиери, Курт Борер, Стефан Янос, Цинзия Да Виа және Лука Касагранде 130 кельвиннен төмен температурада (шамамен -143 градус Цельсий) өлі детекторлардың қайтадан жұмыс істей бастағанын анықтады. Лазарус эффектісі деп аталатын бұл құбылыстың түсіндірмесі жартылай өткізгіштің ішкі бөлігіндегі туындаған ақаулардың динамикасымен байланысты. Бөлме температурасында сәулеленудің зақымдауынан пайда болған ақаулар ионданудан туындаған электрондар мен тесіктерді уақытша тұтқындап қойып, кейін оларды жалғанған электрониканың оқу уақытынан ұзақ мерзім ішінде өткізгіштік немесе валенттік аймаққа қайтарады. Осының салдарынан өлшенген сигнал күтілгеннен кіші болады. Бұл сигнал мен шу арақатынасының төмендеуіне алып келеді, бұл өз кезегінде бөлшектің анықталуын қиындатады. Алайда, криогендік температурада иондану немесе детектордың ағынынан туындаған электрон немесе тесік жергілікті ақауға түсіп, тордың өте төмен жылу энергиясының салдарынан ұзақ уақытқа тұтқында қалады. Бұл көптеген "тұзақтардың" толып, белсенділігін жоюына әкеледі. Детектор арқылы өтетін бөлшектерден туындаған электрондар мен тесіктердің тұтқындалуына жол берілмейді және сигналдың жоғалуы минималды болады. Мұндай әрекет бірқатар ғылыми мақалаларда байқалды. Лазарус эффектісінің арқасында кремний детекторлары 90 Градтан жоғары сәулелену дозасына төтеп бере алатыны дәлелденді және олар болашақ жоғары люминесценциялық эксперименттер үшін ұсынылған. CERN-де бұл құбылыстың физикасын толық түсіну үшін RD39 ғылыми ынтымақтастығы құрылды. Соңғы кезде Лазарус эффектісі криогендік температурада жұмыс істейтін жоғары энергиялы кремний альфа және бета вольталық құрылғыларының радиацияға төзімділігін арттыратын механизм ретінде ұсынылды. Бұл қазіргі алмасты ядролық батареяларда қолданылатын Никель 63-тен әлдеқайда арзан Стронций 90 радиоизотопына негізделген құрылғыларға әкелуі мүмкін. Мұндай құрылғылар ғарыш кеңістігін зерттеуде пайдалы болуы мүмкін.
The Lazarus effect refers to semiconductor detectors; when these are used in harsh radiation environments, defects begin to appear in the semiconductor crystal lattice as atoms become displaced because of the interaction with the high energy traversing particles. These defects, in the form of both lattice vacancies and atoms at interstitial sites, have the effect of temporarily trapping the electrons and holes which are created when ionizing particles pass through the detector. Since it is these electrons and holes drifting in an electric field which produce a signal that announces the passage of a particle, when large amounts of defects are produced, the detector signal can be strongly reduced leading to an unusable (dead) detector. However in 1997, Vittorio Giulio Palmieri, Kurt Borer, Stefan Janos, Cinzia Da Viá and Luca Casagrande at the University of Bern (Switzerland) found out that at temperatures below 130 kelvins (about −143 degrees Celsius), dead detectors apparently come back to life. The explanation of this phenomenon, known as the Lazarus effect, is related to the dynamics of the induced defects in the semiconductor bulk. At room temperature radiation damage induced defects temporarily trap electrons and holes resulting from ionization, which are then emitted back to the conduction band or valence band in a time that is typically longer than the read out time of the connected electronics. Consequently the measured signal is smaller than it should be. This leads to low signal to noise ratios that in turn can prevent the detection of the traversing particle. At cryogenic temperatures, however, once an electron or hole, resulting from ionization or from detector leakage current, is trapped in a local defect, it remains trapped for a long time due to the very low thermal energy of the lattice. This leads to a large fraction of 'traps' becoming filled and therefore inactive. Trapping of electrons and holes generated by particles traversing the detector is then prevented and little or no signal is lost. Such behaviour has been observed in a number of scientific papers. Thanks to the Lazarus effect, silicon detectors have been proven to be able survive radiation doses in excess of 90 GRad and they have been proposed for future high luminosity experiments. A scientific collaboration RD39 has been established at CERN to fully understand the details of the physics involved in the phenomenon. Recently, the Lazarus effect has been proposed as the mechanism providing enhanced radiation hardness for high energy silicon alpha and beta voltaic devices operated at cryogenic temperatures. This could lead to devices based on Strontium 90 radioisotope, which is much cheaper than Nickel 63 currently used in diamond nuclear batteries. Such devices could be useful for deep space exploration.