Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Использование неорганических кристаллов, таких, как NaI(Tl) и CsI(Tl), не всегда возможно, если исследуемое у-излучение сопро-
372- вождается нейтронами. Нейтроны, поглощаясь в иоде (сечение радиационного захвата нейтронов с энергией около 100 кэв равно 0,1 барн), создают у-кванты, энергии которых лежат в области до 6 Мэв. Кроме того, нейтроны с энергиями выше 0,5 Мэв при неупругом рассеянии также образуют у-кванты, а сечение неупругого рассеяния достигает примерно 1 барн, т. е. сравнимо с сечением взаимодействия у-квантов с атомами. Поэтому неорганические кристаллы практически нельзя использовать для спектрометрии у-квантов, если последние сопровождаются нейтронами, потоки которых сравнимы с потоками у-квантов.
Изучение спектрального состава у-излучения при большом нейтронном фоне можно проводить с помощью сцинтилляционных спектрометров с органическими кристаллами (например, стильбен). Органические кристаллы состоят из углерода и водорода. Последние имеют пренебрежимые сечения радиационного захвата, а неупругое рассеяние нейтронов возможно только на ядрах углерода при энергии нейтронов выше 4,4 Мэв. Правда, нейтроны с большой вероятностью могут регистрироваться в органическом кристалле в результате упругого рассеяния на ядрах водорода. Однако существуют способы разделения электронных и протонных импульсов в сцинтилляционных счетчиках, что позволяет использовать их как для регистрации нейтронов на фоне у-излучения, так и у-квантов на фоне нейтронного потока.
Брукус и Оуэн предложили способы разделения импульсов от электронов и протонов в органических кристаллах по форме сигналов. Во многих органических сцинтилляторах (в том числе и в стильбене) временное распределение фотонов люминесценции можно представить в виде суммы двух экспонент со значительно отличающимися постоянными т (см. гл. 7). Отношения интенсивностей медленной и быстрой компонент отличаются при возбуждении кристалла электронами и протонами. Это позволяет разделять импульсы, созданные протонами и электронами. ВГнастоящее время имеется большое количество схем разделений. Идею разделения поясним на схеме Брукса.
На рис. 12.3 приводится структурная схема разделения «протонных» и «электронных» импульсов. С анода фотоумножителя снимается импульс напряжения с резистора сопротивлением порядка 1 ком, а с динода — с резистора сопротивлением порядка 50 ком. Если в кристалле создаются равные по интенсивности световые вспышки электроном и протоном, то формы импульсов на диноде несколько отличаются по переднему фронту (у электронного импульса фронт будет несколько меньше, поскольку отношение быстрой компоненты к медленной у него больше, чем при возбуждении кристалла протонами), а амплитуды импульсов одинаковы. На аноде электронный импульс имеет большее значение, чем протонный, так как малое значение RC в анодной цепи приводит к тому, что максимальное значение амплитуды импульса оказывается пропорциональным интенсивности быстрой компоненты. С динода и анода
373- импульсы поступают на формирователи, после которых они имеют одинаковые длительности, а электронные импульсы с анода и динода — кроме того, и одинаковые амплитуды. Оба сформированных таким образом импульса складываются, и их сумма оказывается в случае регистрации протонов значительно больше, чем при регистрации электронов. Суммарный импульс попадает на дискриминатор. Наличие импульса на выходе дискриминатора означает, что произошла регистрация нейтрона (протон отдачи), а его отсутствие (в идеальном случае) — регистрация у-кванта (электрон). В спектрометрах им-
Рис. 12.3. Схема разделения импульсов, созданных электронами и протонами: JIB — линейные ворота; А — анализатор; D — дискриминатор;
ФЭУ — фотоумножитель; Ф — формирователь
пульс на анализатор снимают с какого-либо, например, предпоследнего динода и направляют на анализатор через так называемые линейные ворота, которые могут пропускать импульс на анализ или при наличии импульса с дискриминатора (совпадения во времени), или при его отсутствии (антисовпадения). Такие схемы разделения позволяют уверенно регистрировать только у-кванты с энергиями выше 100 кэв при потоках нейтронов, превышающих потоки у-квантов в 100—1000 раз. Возможна и регистрация только нейтронов с энергиями выше 500 кэв при потоках у-квантов, превышающих потоки нейтронов в сотни раз и более.
Спектрометры с кристаллом стильбена и схемой разделения в последнее время стали использоваться для исследования спектров у-квантов, дискретных и особенно непрерывных. Функция отклика в таких спектрометрах представляет собой непрерывное распределение (см. рис. 7.11) с достаточно резкой границей и обусловлено в основном однократным комптоновским рассеянием у-квантов в кристалле. Изучение спектров у-квантов с помощью спектрометров с органическими кристаллами также требует обязательного преобразования измеренного амплитудного распределения в энергетические спектры.
374- Функцию откликов сцинтилляционных спектрометров можно значительно улучшить в многокристальных спектрометрах. В таких спектрометрах для регистрации выбираются только такие взаимодействия, в которых энергия электрона однозначно связана с энергией у-кванта.
