ionisatieversterking

Ionisatieversterking is een proces waarbij een initiële ioniserende gebeurtenis in een medium, meestal een gas of halfgeleider, onder invloed van een sterk elektrisch veld wordt vermenigvuldigd door opeenvolgende ionisaties. Dit leidt tot een veel groter uitgangssignaal dan het oorspronkelijke signaal.

In gasdetectoren gebeurt ionisatieversterking vooral via de Townsend-regen: vrije elektronen worden versneld door het elektrische veld en kunnen bij botsingen extra ionisaties veroorzaken. Het resultaat is een exponentiële toename van de ladingsdragers, wat afhangt van factoren zoals soort gas, druk, temperatuur, en de veldsterkte. In proportionele tellers blijft de amplificatie lineair met de ingezonden energie, terwijl bij Geiger-Müller-tellers de avalanche louter zorgt voor een verzadigd, zichzelf onderhoudend pulspatroon, ongeacht de initiële energie.

In halfgeleiders is ionisatieversterking mogelijk door impactionisatie van ladingdragers onder hoge veldsterkte, wat leidt tot een diapassen of avalanche-gain in apparaten zoals avalanche photodiodes (APD) en bepaalde transistorconfiguraties. De versterking wordt vaak beschreven met de ionisatiecoëfficiënt en de geometrie van het apparaat; de gain kan zeer hoog zijn maar brengt ook hogere ruis en risico op ongecontroleerde ontlading met zich mee.

Voordelen van ionisatieversterking zijn hoge signal-versterking en snelle respons, wat essentieel is voor detectie van feile straling en laagenergetische signalen. Nadelen omvatten beperkte lineaire dynamische bereik in Geiger-modus, toegenomen ruis bij hoge gain, en het risico op storende uitspuitingen of breakdown als de veldsterkte te hoog wordt.

Toepassingen zijn onder meer gasgevulde detectors voor stralingsdetectie, detectoren in medische beeldvorming en astroparticle-experimenten, en gespecialiseerde fotodetectiesystemen.