Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы получить распределение электронов отдачи по энергиям, необходимо учесть всевозможные первоначальные направления движения электронов относительно направления движения у-квантов, а также учесть распределение электронов по скоростям в атоме. Bfee это приводит к тому, что ширина распределения электронов по энергиям на половине высоты AEe оказывается значительно меньше ьЦксимального значения АЕмакс. Например, расчеты показывают, Ч|о AEe для конвертора из полистирола в области энергий у-кван-т% выше 1 Мэв составляет примерно 3 кэв. На рис. 12.7 показано отношение AEJEy для конвертора из полистирола (кривая 4).
Прйведенные на рис. 12.7 кривые 2, 3, 4 и определяют энергетическое разрешение комптоновского спектрометра. Пунктирная кривая на этом же рисунке есть сумма вкладов в энергетическое разрешение, обусловленных различными факторами.
Оценим теперь светосилу рассматриваемого спектрометра. В заданном угле 0О от точечного изотропного источника у-квантов активностью q на радиатор попадет ^©§/4 квантов в 1 сек. Вероятность комптоновского рассеяния в пределах углов 0 — а0 в радиаторе
13і
387 толщиной t и площадью s будет равна
CCg
2я Г nts sin ada,
J rffl
о
где п — число электронов в 1 см3 радиатора; daJdQ — сечение образования электрона с углом вылета а. Считая, что эффективность регистрации электронов счетчиком составляет 100%, и пренебрегая рассеянием электронов в вакуумной камере, получаем
а»
L = 2ntit Г sin ada, (12.27)
4J J du
о
где g — отношение числа электронов, регистрируемых в максимуме распределения, к полному числу электронов в распределении при данной энергии у-квантов [см. (11.21)]. При малых углах а0 можно считать daJdSl независимым от угла и равным doJdQ да 7,96х X IO-26 • 4 (1 + 2у + 2у2)(1 + у)2/(1 + 2у)3, тогда
L = g-gi«a;7,96.10-".4 (' + 2V+^1 + ?)' nt. (12.28)
4 (1 + 2?)3
На рис. 12.7 показана зависимость светосилы (кривая 6) от энергии, рассчитанная по (12.27) для ©„ = а0 = 0,02; g = 0,1; t = = 0,01 г/см2\ п = 3-Ю23. Светосила комптоновского спектрометра практически линейно растет с энергией у-кванта и для рассматриваемого случая при E = 10 Мэв достигает примерно 6- Ю-11. В связи с низкой чувствительностью магнитные спектрометры необходимо тщательно защищать и предпринимать меры, чтобы пучок у-квантов по возможности мало рассеивался на своем пути. Количество импульсов фона, которые можно определить, убрав конвертор, значительно уменьшается, если электроны отдачи регистрируют с помощью двух детекторов, включенных в схему совпадения. Конструкция одного из современных комптоновских магнитных спектрометров, построенного в Советском Союзе Л. В. Трошевым с сотрудниками, изображена нарис. 12.8. Этот спектрометр имеет энергетическое разрешение около 0,3% для у-квантов с энергией выше 2,5 Мэв и светосилу около IO-12. Спектрометр состоит из двух магнитов: магнита сепаратора 1 и магнита анализатора 2. Комптон-элект-роны, выбитые из конвертора 3, собираются аксиально симметричным полем на горизонтальную щель 4, а затем на вертикальную щель 5, за которой расположен газоразрядный счетчик 6 с очень тонкими (около 5 мкм) входным и выходным окошками. Затем в магнитном поле анализатора происходит фокусировка на угол яУ2 и электроны попадают на счетчик 6, включенный в схему совпадений с первым. Радиусы равновесных орбит в сепараторе 150 мм, а в анализаторе 600 мм. При изучении спектров у-квантов измеряется число совпа-
388- дений счетчиков в функции одновременно изменяющихся величин магнитного поля анализатора и сепаратора. Зависимость энергетического разрешения и светосилы от энергии у-квантов показана на рис. 12.14, где эти величины сопоставляются с данными для других спектрометров.
Рис. 12.8. Схема магнитного комптоновского гамма-спектрометра с фокусировкой на угол я У ~2
Парный магнитный спектрометр. Принципиальная схема парного магнитного спектрометра показана на рис. 12.9. Коллимирован-ный пучок у-квантов попадает на радиатор с большим атомным номером (часто используют золото), где сечение образования электрон-позитрон-ных пар велико. Радиатор помещен в однородное магнитное поле. Электрон и позитрон, возникающие в результате эффекта образования пар, в магнитном поле отклоняются в противоположных направлениях и регистрируются счетчиками. Для анализа по энергиям используют обычно полукруговую фокусировку, т. е. счетчики расположены в одной плоскости с радиатором. При эффекте образования пар энергии электронов и позитронов распределены практически равновероятно. Это значит, что у-квант с энергией Ey может образовать электроны (и позитроны) с одинаковой вероятностью в пределах от 0 до Ey — 2/л0с2. Поэтому для отбора актов регистрации у-квантов с определенной энергией счетчики включают в схему совпадений. Действительно, если расстояние между счетчиками d и у-квант образовал пару в центре расстояния между счетчиками, то в этом случае будет зарегистрировано только такое событие, при котором Ejr (энергия позитрона) = (энергия электрона)
магнитного гамма-спектрометра:
