Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Если по условиям эксперимента нет необходимости во временном анализе событий, то диэлектрические детекторы со слоем делящегося материала могут успешно заменять камеры деления, а в некоторых случаях и позволяют проводить эксперименты, невозможные с ионизационными камерами деления. При этом делящиеся элементы вовсе не обязательно вводить внутрь детектора, а достаточно просто приложить их к его поверхности. Эффективность регистрации осколка определяется в этом случае только критическим углом входа
292- осколка в данный диэлектрик, и, если угловое распределение осколков изотропно, как это в большинстве случаев и бывает, ее можно вычислить по критическому углу. Для обычного стекла со слоем делящегося элемента, приложенного к его поверхности, эффективность регистрации 0,3—0,4, а для слюды — близка к единице. В такой «твердой» камере одиночный акт деления легко выделяется на фоне практически любого числа а-частиц или протонов, что делает возможным измерение сечений деления или делительных событий, например, внутри камеры ускорителя в условиях огромного фона заряженных частиц. Такую же твердую камеру с диэлектриком, устойчивым к высокой температуре (например, кварц), можно использовать для измерения распределений числа делений в активной зоне мощного энергетического реактора в условиях высокой температуры и большого нейтронного и Y-фона. Удобны детекторы со слоями делящихся материалов в нейтронной дозиметрии из-за их нечувствительности к ^-квантам и электронам, а также нейтронам, не вызвавшим делений в слое. Детекторы с малым содержанием делящихся элементов (например, стекло, не загрязненное ураном) могут выдерживать интегральные потоки до IO20 нейтрон/см2.
Если использовать набор делящихся материалов с разными порогами деления, то можно методами, совершенно аналогичными методам, применяемым при работе с индикаторами, судить о спектре нейтронов, облучавших данный набор элементов. При массовых дозиметрических измерениях удобно использовать слои делящихся элементов, толщина которых заведомо больше, чем максимальный пробег самого энергичного осколка. Тогда эффективность регистрации делений не зависит от толщины слоя и практически не зависит от делящегося элемента, поскольку энергетические и угловые распределения осколков у всех элементов с точностью, необходимой для дозиметрии, можно считать одинаковыми. Число зарегистрированных следов определяется только сечением деления и потоком нейтронов и для стекла равно приблизительно 1,3• 10 5 трек!(нейтрон!барн).
§ 8.6. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЦ В ТРЕКОВЫХ ПРИБОРАХ
Параметры треков. Методы восстановления характеристик частицы, оставившей видимый след в чувствительном объеме трекового детектора, не очень сильно зависят от типа прибора: камеры Вильсона, пузырьковой камеры или фотоэмульсии. В общем случае в трековом приборе можно измерить длину трека, радиус кривизны трека в магнитном поле, плотность трека, число б-электронов, средний угол многократного кулоновского рассеяния.
В гл. 2 приведены формулы, связывающие пробег, удельные потери энергии и число б-электронов с массой, импульсом и зарядом частицы. Используя их, можно связать измеренные характеристики
293- трека частицы с параметрами самой частицы следующими соотношениями:
1) пробег Ji = Mf {v)!z2\ (8.23)
2) удельная плотность трека ANfAx = z2ср (v); (8.24)
3) число o-электронов вдоль трека No =^constz2/v2; (8.25)
4) средний угол многократного рассеяния a = const \z'Jpv\ (8.26)
5) радиус кривизны трека в магнитном поле р = const pl(zH). Конечно, не для всякого детектора можно определить все эти
характеристики. В табл. 8.6 указано, какие характеристики частиц можно измерить в каждом из рассмотренных в этой главе трековых детекторах.
Таблица 8.6
Параметры следов частиц, определяемые в трековых приборах
Прибор Пробег Плотность Средний Число Радиус
ионизации угол рассеяния б-электронов кривизны
Камера Измеряется Измеряется Измеряется Измеряется, Измеряется
Вильсона для частиц с малой энергией если пробеги б-электронов больше 1—2 мм
Пузырько- Измеряется Практически » Измеряется »
вая камера не измеряется
Ядерная » Измеряется » » »
эмульсия
Искровая » Практически Не изме- Не изме- »
камера не измеряется ряется ряется
Для полного описания частицы, т. е. определения параметров, ее характеризующих: массы М, импульса р, энергии Е, скорости V и заряда z — в общем случае необходимо определить три характеристики следа, поскольку только три из этих пяти параметров независимы. При этом, если надо найти и знак заряда, то единственный способ сделать это — измерить направление отклонения трека в магнитном поле. Измерение кривизны траектории в магнитном поле позволяет получить дополнительное уравнение для определения импульса и заряда.
Как видно из табл. 8.6, наиболее полная информация о частице содержится в ее треке, зарегистрированном ядерной эмульсией. Поэтому проиллюстрируем методы определения характеристик частицы по параметрам ее следа на примере ядерной эмульсии. Такой разбор дает представление об анализе следов и в других трековых приборах.
