Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
3) эмульсии высокой чувствительности, регистрирующие следы частиц с минимальной ионизацией.
В эмульсиях главным образом содержатся три далеко отстоящие по атомной массе группы атомов: Н, С, N, О и AgBr при весьма незначительных количествах S, I, Au. Элементарный состав различных эмульсий почти один и тот же, т. е. в отношении ядерных взаимодействий все эмульсии близки друг к другу. Состав одной из ядерных эмульсий при относительной влажности 58% дан в табл. 8.3. Такая эмульсия имеет плотность 3,89 г/см3, полное число атомов в единице объема 7,82 • IO22 см~ъ, средний атомный номер 13,6 и среднюю атомную массу 30.
Таблица 8.3
Состав ядерной эмульсии
Элемент Плотность, г I смг Элемент Плотность, SjCMi Элемент Плотность, г/ел3
Ag 1,83 H 0,05 о 0,28
Br 1,36 с 0,28 S 0,002
1 0,005 N 0,087
Можно вычислить величину, характеризующую ядерные взаимодействия в эмульсии — ядерное сечение на 1 г эмульсии, если известны парциальные сечения. В первом приближении (справедливом для больших энергий налетающих частиц) можно использовать геометрические сечения, и тогда тяжелые элементы дадут около 70% полного сечения.
Основной характеристикой эмульсии, определяющей ее способность отличать частицы с разными удельными потерями энергии на единице пути, является зависимость плотности проявленных зерен серебра ANlAx в следе частицы от dEidx. Общий характер зависимости ANlAx = f {dEidx) изображен на рис. 8.7. Возможность, различить частицы с разными удельными потерями энергии определяется наклоном кривой, а общая протяженность линейного участка определяет область наилучшей дискриминации. Абсолютные значения этой функции существенно зависят от типа эмульсии (в основном размера зерен в ней) и интенсивности проявительного процесса. Если удельные потери энергии частицы вдоль трека больше некоторого порогового значения, то во всех зернах, лежащих на ее пути, создается скрытое изображение, и число проявленных зерен на единицу пути ANlAx становится равным числу всех зерен на
271- единицу пути. В этом случае плотность проявленных зерен не зависит от dE/dx — наблюдается эффект насыщения, который проявляется при AN/Ах да 200 зерен на 100 мкм пробега. При уменьшении dE/dx часть зерен вследствие флуктуаций потерь энергии в зерне останется непроявленной. В некотором диапазоне (обычно в интервале 30—100 зерен на 100 мкм пробега) AN/Ax практически линейно связана с удельной потерей энергии. При очень малой плотности проявленных зерен след частицы становится трудно различимым на фоне зерен вуали. Минимальная плотность зерен, которую еще можно выделить, зависит от типа слоя, технологии изготовления,
условий облучения и т. д. и приближенно равна 10 — 20 зернам на 100 мкм пробега.
Поскольку информация о частице, прошедшей через эмульсию, восстанавливается по dE/dx и связанным с ней величинам, то необходимо знать dE/dx для эмульсии с возможно большей точностью. Линейные потери энергии для данного состава эмульсии могут быть вычислены по формулам гл. 2 в предположении аддитивности атомных тормозных способностей. Для многозарядных ионов со скоростями, меньшими ze2/H, необходимо учитывать изменение заряда при торможении. Однако трудно контролируемые изменения плотности и состава (влажности) эмульсии в процессе ее обработки вынуждают почти всегда прибегать к градуировке эмульсий, т. е. к их облучению ионизирующими частицами с известными характеристиками, и использовать их треки в качестве «стандарта».
8.3.3. Характеристики следов частиц в ядерной эмульсии
Пробег. В эмульсии пробег любой заряженной частицы является тем параметром, который измеряется наиболее точно. Однако существуют трудности и при его измерениях. Они обусловлены тем, что измерения проводятся в проявленной эмульсии, т. е. в среде, значительно деформированной и отличающейся от той, в которой первоначально был образован след.
Возникающие при измерении длин следов погрешности можно отнести к двум группам: 1) связанные с изменением свойств среды при обработке эмульсий (усадка, неравномерная влажность и т. д.) и 2) связанные с необходимостью восстанавливать истинный средний пробег по измеренным проекциям отдельных следов (погреш-
Рис. 8.7. Зависимость плотности проявленных зерен от удельных потерь энергии:
точка А показывает минимальную, хорошо различимую на фоне зерен вуали плотность зерен в треке. AB — область наилучшей дискриминации
272- ности отсчета, погрешности последнего зерна* и т. д.). Погрешности первой группы можно сделать в большинстве случаев пренебрежимо малыми при предварительной градуировке -эмульсий частицами с известными характеристиками. Погрешности второй группы в среднем не превышают одного процента. Кроме того, из-за флуктуаций в потерях энергии пробеги моноэнергетических частиц распределены вокруг среднего. Разброс пробегов описывается распределением Гаусса с полушириной 1 — 2%. Так, для протонов с энергией 1 Мэ& АЯ/Я да 2%, а для протонов с энергией 100 Мэв AJllЯ да 1,2%.
Плотность проявленных зерен в треке. Если пробег частицы определяется ее полной энергией, то наблюдаемое почернение вдоль следа (плотность зерен на единицу длины AN/Ax) зависит лишь от энергии, теряемой на ионизацию в зернах галоидного серебра. При определении AN/Ax желательно выбирать область линейной зависимости AN/Ax от dE/dx (область наилучшей дискриминации на рис. 8.7). Такие условия можно обеспечить выбором эмульсий с подходящей чувствительностью.
