Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы устранить неполную потерю энергии электронами в кристалле, необходимо использовать спектрометры с двумя кристаллами, между которыми помещают достаточно тонкий источник ?-частиц. Такая геометрия позволяет избавиться от нежелательного эффекта. Если ?-излучение источника сопровождается у-излучением, то для уменьшения эффективности регистрации у-квантов используют органические кристаллы, размеры которых выбирают равными
Рис. 11.2. Спектр амплитуд импульсов в пропорциональном счетчике, помещенном в продольное магнитное поле (сплошная линия) її без пего (пунктирная линия)
344- экстраполированному пробегу исследуемых ?-частиц. При таком выборе кристалла относительная эффективность регистрации у-квантов минимальна. Иногда бета-излучатели вводят в состав кристалла при его изготовлении. Такой метод позволяет изучать спектры бета-излучателей с очень малой активностью.
Сцинтилляционные бета-спектрометры особенно ценны при исследованиях формы ?-спектров в совпадениях с у-квантами, сопровождающими распад дочернего ядра. Такой способ совпадений незаменим при исследованиях сложных схем распада, в которых ядро испускает несколько групп ?-частиц. Метод совпадений при использовании сцинтилляционных спектрометров высокоэффективен, поскольку сцинтилляционные спектрометры обладают хорошими временными характеристиками.
В бета-спектрометрии используют полупроводниковые счетчики с глубиной чувствительного слоя несколько миллиметров. Для этого оказываются удобными литиево-кремниевые с (р — і —^-переходом и поверхностно-барьерные кремниевые детекторы с высоким удельным сопротивлением (20 ком). Наилучшие энергетические разрешения достигают 0,1% при энергии электронов 1 Мэв и использовании специальной низкошумящей измерительной аппаратуры. Высокое энергетическое разрешение полупроводниковых счетчиков сочетается с их высоким быстродействием. Это позволяет успешно применять их для исследования ? — ?- или ? — у-совпадений.
Отмечавшиеся выше трудности при исследовании ?-спектров, связанные с большой вероятностью рассеяния электронов, присущи, естественно, и полупроводниковым счетчикам. И здесь для уменьшения эффектов рассеяния источник ?-частиц помещают между двумя счетчиками и анализируют суммарный сигнал от обоих счетчиков. Эффекты, связанные с обратным рассеянием электронов, можно также значительно уменьшить, если между двумя счетчиками, включенными в схему антисовпадений, поместить исследуемый тонкий ?-активный препарат. Электроны, отраженные одним детектором, с большей вероятностью попадут во второй детектор, поэтому при отражении электронов в обоих счетчиках будут возникать импульсы. Схема антисовпадений будет исключать регистрацию таких событий.
Перечисленные в этом параграфе методы спектрометрии заряженных частиц по ионизационному и сцинтилляционному эффектам дают хорошие результаты лишь при проведении относительных измерений энергий частиц. Абсолютные измерения требуют определения с малой погрешностью энергии, затрачиваемой на создание одной пары ионов в ионизационных камерах, электронно-дырочной пары в полупроводниковых 'детекторах, фотона люминесценции в сцинтилляторах. Необходимо еще знать коэффициенты усиления, а для сцинтилляционных счетчиков и конверсионную эффективность фотокатода, и вероятность попадания фотонов на фотокатод, и т. д. В лучшем случае при абсолютных измерениях энергию заряженной частицы можно определить с погрешностью, с которой известна энер-
345- гия, затрачиваемая на создание пары ионов (пары электрон-дырка). Для ионизационных и полупроводниковых детекторов эти величины известны с погрешностью несколько процентов, а для сцинтилляционных счетчиков погрешность значительно больше. В то же время в относительных измерениях энергию заряженных частиц можно определить с точностью в несколько раз лучшей, чем ширина распределения амплитуд импульсов, т. е. даже в сцинтилляционных спектрометрах доступно сравнивать энергии заряженных частиц с погрешностью около 1 % .
§ 11.4. МАГНИТНЫЕ СПЕКТРОМЕТРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
11.4.1. Движение заряженных частиц в магнитном поле
Магнитный спектрометр — вакуумный прибор, в котором заряженные частицы проходят в магнитном поле определенной конфигурации, по-разному отклоняясь в нем в зависимости от их импульса и заряда. В результате происходит разложение пучка заряженных частиц по импульсам. Это и позволяет изучать энергетический спектр частиц. В магнитных спектрометрах обычно используют фокусирующее свойство магнитного поля, что позволяет частицам с одинаковыми энергиями, выходящими из источника в пределах довольно большого телесного угла, собираться в небольшой области, где размещают подходящий детектор. Магнитные спектрометры бывают самых разнообразных типов. Для удобства описания их устройств и основных характеристик разделим все спектрометры на две большие группы: спектрометры с поперечным магнитным полем, в которых траектории заряженных частиц лежат в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля, и спектрометры с продольным магнитным полем, в которых заряженные частицы перемещаются главным образом вдоль силовых линий магнитного поля.
