Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Если для измерения ширины уровня возбужденного состояния ядра при энергиях порядка нескольких мегаэлектронвольт желательно иметь энергетическое разрешение порядка 10~3 — Ю-4 %, то для определения положения соответствующих уровней энергетическое разрешение Ю-1— Ю-2 % окажется вполне достаточным*.
При измерениях температуры ядер по формам спектров испускаемых частиц в какой-либо реакции требования к энергетическому разрешению приборов весьма умеренны. Для такого рода исследований вряд ли понадобятся спектрометры с энергетическим разрешением лучше нескольких процентов, а во многих случаях пригодны спектрометры с энергетическим разрешением около 10%.
В практической спектрометрии (для целей дозиметрии, защиты и др.) необходимы спектрометры с энергетическим разрешением примерно 10%.
Энергию заряженной частицы можно определить с помощью трековых приборов, измеряя какие-либо характеристики трека частицы (длину трека, удельную плотность,число б-электронов вдоль трека и т. д.). Эти измерения могут иметь приемлемую для многих задач точность при проведении относительных измерений (см. § 8.5). Энергию заряженных частиц можно определять по интегральному ионизационному или сцинтилляционному эффекту с помощью иони-
* При энергетическом разрешении г\% положение максимума можно установить с точностью примерно 0,1т]%.
338- зационных газовых или полупроводниковых детекторов или с помощью сцинтилляционных счетчиков. Наконец, и это один из самых точных абсолютных методов, энергию заряженных частиц можно определять, анализируя их траектории в магнитном поле. В этой главе основное внимание будет уделено магнитным методам анализа спектрального состава заряженных частиц, поскольку основы методов измерения энергии частиц по ионизационному и сцинтилля-ционному эффектам были уже изложены в гл. 5—9.
§ 11.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПОДЛИНЕ ПРОБЕГА
Пробеги заряженных частиц являются функцией энергии. Связь между пробегом и энергией заряженной частицы обсуждалась в гл. 2. Точность определения энергии частицы по ее пробегу в среде лимитируется в конечном счете дисперсией в величинах пробегов и точностью, с какой известно соотношение между энергией и пробегом. Разброс в величинах пробегов связан с флуктуациями потерь энергии в каждом взаимодействии и многократным рассеянием заряженных частиц. Флуктуации пробегов тяжелых заряженных частиц в средах с малыми атомными массами лежат в пределах 0,5—2%. При достаточно точном измерении среднего значения пробега погрешность в определении энергии может быть в несколько раз меньше, чем флуктуации пробегов, если, конечно, с необходимой ТОЧНОСТЬЮ известна связь между энергией и пробегом частицы. Для легких заряженных частиц флуктуации пробегов значительно больше, и поэтому их энергию по пробегам можно определить с большей погрешностью.
Энергии заряженных частиц по пробегам находят обычно относительно пробегов частиц с известными энергиями. Абсолютные значения энергии заряженных частиц можно установить по пробегу с невысокой точностью. Это связано с тем, что для расчета пробега необходимо знать средний ионизационный потенциал и потери энергии частицами при низких энергиях (см. гл. 2). Последние величины не поддаются точному вычислению.
Пробеги заряженных частиц измеряют в трековых приборах. В этих случаях погрешность в измеренном значении пробега обусловлена не только флуктуациями потерь энергии, но и некоторыми специфическими погрешностями (искажения при фотографировании треков, движение газа и жидкости в камерах, деформация ядерных эмульсий при проявлении и т. д.), которые обсуждались в гл. 8.
Значения пробегов заряженных частиц с небольшой энергией с достаточной точностью измеряют, используя метод пропускания. Параллельный пучок заряженных частиц направляется на какой-нибудь детектор и измеряется скорость счета этого детектора в зависимости от толщины поглотителя, расположенного на пути пучка. Типичная зависимость, показанная на рис. 2.2, позволяет после дифференцирования получить значение пробега заряженной части-
339- цы. Существуют и дифференциальные методы измерения пробега. Эти методы особенно удобны, когда необходимо разделить две или более групп а-частиц или выделить малоинтенсивные а-частицы на фоне других с большей энергией. В таких случаях используют так называемые дифференциальные камеры, которые состоят из двух камер с общим центральным электродом. Переднюю по отношению к источнику стенку камеры (рис. 11.1) и общий электрод камер изготовляют из очень тонкой фольги толщиной примерно 1 мг/см2.
Расстояния между электродами камер порядка 1—2 мм. Если напряжение на камеру подано так, как показано на рисунке, то импульсы с центрального электрода будут иметь максимальное значение, когда пробег а-частицы заканчивается в центральном электроде. Если же частица проходит через обе камеры, то амплитуда импульса будет значительно меньше. С помощью дискриминатора амплитуд можно отбирать лишь такие импульсы, которые созданы а-частицами, пробег которых оканчивается в первой камере. Измерения таким прибором сводятся к регистрации числа импульсов в функции расстояния источника от камеры. Типичное измеренное распределение для двух групп а-частиц показано на рис. 11.1. Видно, что ширина распределения на полувысоте составляет около 0,4 см, что соответствует энергетическому разрешению примерно 3%.
