Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
382- высотой 100 мм. Третий кристалл также включен i^a антисовпадения с центральным кристаллом. Этот кристалл необходим для регистрации у-квантов, рассеянных на малые углы в центральном кристалле, и для регистрации тормозного излучения, рождаемого электронами и позитронами в центральном кристалле. Для описанного спектрометра энергетическое разрешение составляло 8,3% при энергии у-квантов 0,66 Мэв. Эффективность спектрометра изменяется от 100% при энергии 7-квантов в несколько сот килоэлектронвольт до 4% при энергии 7-квантов 10 Мэв. В спектрометрах с защитой антисовпадениями размеры боковых кристаллов не могут быть очень большими, поскольку загрузка фоновыми импульсами растет пропорционально объему кристаллов.
§ 12.5. МАГНИТНЫЕ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРЫ
Методы измерения энергии заряженных частиц с помощью магнитных спектрометров были рассмотрены в гл. 11. По сути дела любой бета-спектрометр можно использовать для измерения энергии 7-квантов по электронам отдачи, если в месте расположения ?-ис-точника поместить радиатор и направить на него пучок 7-квантов. В результате взаимодействия фотонов с электронами из радиатора будут вылетать электроны, энергия которых связана с энергией 7-квантов. Исследуя спектр таких электронов, можно определить спектр 7-квантов. При этих измерениях возникает целый ряд требований к формированию пучка 7-квантов, толщине радиатора и его составу, защите спектрометра и т. д. Эти требования в конечном счете и определяют светосилу и энергетическое разрешение магнитного гамма-спектрометра. Известно много различных магнитных спектрометров, которые можно разделить на три большие группы: 1) фотоспектрометры; 2) комптоновские и 3) парные спектрометры. Наилучшими свойствами обладают комптоновские спектрометры. В этом параграфе на примере простейшего комптоновского магнитного спектрометра будут сделаны оценки светосилы и энергетического разрешения таких приборов.
Комптоновские магнитные спектрометры. Оценим основные параметры комптоновского магнитного спектрометра с однородным магнитным полем. Схема такого прибора показана на рис. 12.7. Кол-лимированный пучок 7-квантов попадает на радиатор, тонкую пластинку полистирола (или другого какого-либо органического соединения). В комптоновском спектрометре используют органические радиаторы, чтобы свести к минимуму вероятность появления из радиатора фотоэлектронов и электронов в результате рождения пар. С помощью диафрагмы выделяют электроны отдачи из радиатора, вылетающие относительно направления движения 7-квантов в пределах углов ±а0, и их энергетический состав анализируют с помощью магнитного спектрометра.
Ранее, в гл. 11, было показано, что энергетическое разрешение спектрометра с полукруговой фокусировкой однородным магнитным
383- полем равно Ct20 [см. (11.23)] при X0 да хщ да рао да p?§. В случае анализа у-излучения по комптон-электронам энергетическое разрешение будет хуже по следующим причинам: энергия комптоновских электронов зависит от угла их вылета; пучок у -квантов, падающий на радиатор, не является параллельным; дисперсия в энергии электронов, связанная с рассеянием у-квантов на движущихся электронах. Остановимся подробно на оценке влияния этих эффектов на энергетическое разрешение спектрометра.
I.
101 —т—----^ W-
|\ I 5 _ ....................../
^6 j
I --- ----_ 3 \ і і—і—
с, 005 Ч-—\--1--:-^w
10"
о 2 4 Є 8 10 E?,Мэв
Рис. 12.7. Схема магнитного комптоновского гамма-спектрометра с полукруговой фокусировкой и зависимость энергетического разрешения и светосилы от
энергии у-квантов: 1 — составляющая энергетического разрешения, обусловленная апертурой O0=2 ¦ IO-2 с учетом зависимости энергии комптон-электронов от угла вылета; 2 — энергетическое разрешение с учетом ширины и длины источника, ширины щели, непараллельностн пучка -у-квантов и зависимости энергии комптон-электронов от угла их вылета; 3 — составляющая энергетического разрешения, обусловленная толщиной радиатора; 4— составляющая энергетического разрешения, обусловленная движением электронов в атоме; 5 — энергетическое разрешение с учетом всех эффектов; 6 — светосила спектрометра
Энергия комптоновских электронов зависит от угла их 'вылета относительно направления движения у-кванта. Обозначим этот угол а. Тогда связь между энергией электрона Ef, углом а и энергией у-кванта у = Efm0C2 будет иметь вид (см. § 2.3)
Ee = 2moCy/[(l + 2у) + (1 + y)2tg 2Ct]. (12.20)
В связи с этим ширина изображения в случае точечного радиатора значительно больше величины ра§, которая получена для моноэнергетических электронов [см. (11.14)]. Действительно, как и в магнитных бета-спектрометрах, электроны, вылетевшие из радиатора под углом а = 0, пересекут ось х в точке 2р0, где р0 — радиус кривизны для электронов с энергией, определяемой (12.20) при а = 0. Элект-
384- роны, вылетевшие из радиатора под углами а, будут двигаться по траекториям с меньшим радиусом кривизны р, поскольку энергия электронов под большими углами а будет меньше. Электроны, вылетающие из радиатора под углом а, пересекут ось х в точке 2р (a)cos а. Таким образом, ширина изображения у основания для точечного источника, испускающего комптоновские электроны:
