Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В цилиндрической и сферической камерах наибольший ток протекает в тот момент, когда электроны близко подходят к центральному электроду. Следовательно, разброс величины /* будет обусловлен главным образом временем движения электронов от места их образования до центрального электрода, которое для сферической и цилиндрической камер приблизительно равно r0/2w~ (г0), где W (г0) —скорость дрейфа электронов в точке их образования. Наибольшее время движения от катода к аноду приблизительно равно rJ2w~ (г2), где W (г2) — скорость дрейфа электронов вблизи катода. Последнее отношение может служить оценкой разрешающего времени камер. При г2< 2 см, г2/гх^> 10 камеры, наполненные водородом при атмосферном давлении, имеют тд порядка нескольких микросекунд. Время Тд для камер, работающих в режиме электронного собирания, не будет зависеть от выбранных значений RC, если, RC Cr2Zw+. В то же время выбор малых значений RC, таких, что
137 RC < rjw~, приведет к уменьшению ширины импульса и улучшит условия измерений, при которых определяется число частиц, попавших в детектор. Для цилиндрической и сферической камер ширина импульса на половине высоты может быть в десятки раз меньше, чем величина тд. Для плоской камеры даже при малых RC ширина импульса будет порядка d/w~. »
В заключение заметим, что приведенные формы импульсов и оценки временнйх характеристик справедливы в случае, если первичная ионизация происходит в точке (практически, когда пробеги заряженных частиц много меньше, чем размеры камер). Если пробеги заряженных частиц, создающих ионизацию, нельзя считать точечными, то форма импульсов будет заметно изменяться. В этом случае оказывается существенным направление движения ионизирующей частицы. Форму импульса можно вычислить в этом случае как суперпозицию одновременно возникших «точечных» ионизации вдоль трека частицы. На рис. 5.7 показана форма импульса для случая, когда заряженная частица образовала п пар ионов, равномерно распределенных вдоль радиуса сферической камеры. Разрешающее время цилиндрической и сферической камер в данном случае практически не изменится. Для плоской камеры это приведет к увеличению разрешающего времени, поскольку время достижения t* импульсом заданного значения уже будет зависеть от ориентации частицы в пространстве. Наконец, ширины импульсов на половине высоты при RC <rjw~ для цилиндрической и сферической камер существенно увеличатся и по порядку величин будут достигать г Jw- (г2).
Энергетическое разрешение. Энергетическое разрешение камер в конечном счете определяется флуктуацией в числе образуемых заряженной частицей пар ионов и составляет (см. гл. 4)
"Л = AEj E = 2,36 V?/V/г,
где F — коэффициент Фано, равный примерно 0,7 для рассматриваемого случая; п—число пар ионов.
Такого значения т} можно достигнуть в том случае, если пробеги всех частиц укладываются в рабочем объеме камеры (отсутствует стеночный эффект), камера работает в режиме полного собирания (нет индукционного эффекта), малы амплитуды шумов усилителя. Минимальное значение т} составляет примерно 3% при энергии заряженной частицы 0,1 Мэв и около 0,4% при энергии 5 Мэв.
В некоторых случаях действительно удается полностью избавиться от стеночного (источник помещен внутрь камеры на расстояниях от ее стенок больших, чем пробеги заряженных частиц) и индукционного эффектов (плоская камера с сеткой, большие значения постоянной RC), и тогда получают значения rj, близкие к расчетным. Так, в камерах с сеткой энергетическое разрешение для а-частиц с энергией 5 Мэв равно 0,5%. При измерениях энергии частиц, которые образуются в результате взаимодействия нейтронов и у-квантов
138 с ядрами газа, наполняющего камеру, стеночным эффектом, как правило, пренебречь нельзя, и это приводит к увеличению т]. Следует отметить, что для полного избавления от индукционного эффекта необходимо RC « 10~3 сек, а это означает, что детектор будет обладать плохими временными характеристиками. В цилиндрических и сферических камерах возможно выбирать меньшие значения RC, допуская незначительное увеличение ті из-за индукционного эффекта. Влияние на энергетическое разрешение стеночного и индукционного эффекта рассмотрено в гл. 11.
Эффективность регистрации. Ионизационные камеры регистрируют заряженные частицы с ed = 1, если амплитуда импульса превышает порог регистрирующего устройства. Поэтому при вычислении ed необходимо знать спектр заряженных частиц. Несколько сложнее определить эффективность камер, когда они используются для регистрации 7-квантов и нейтронов. Гамма-кванты можно зарегистрировать в камере по электронам, образующимся в результате рассеяния и поглощения у-квантов. Пробеги электронов в газе велики (средний пробег электрона с энергией 0,5 Мэв в воздухе при нормальных условиях составляет около 1,5 м), поэтому камеры практически не используют для определения энергии у-квантов по электронам отдачи. При регистрации у-квантов чаще используют камеры в токовом режиме, где при определенных условиях ток оказывается пропорциональным энергии, поглощаемой в стенках камеры. При необходимости можно вычислить и эффективность камеры, работающей в импульсном режиме. При расчете эффективности основная сложность в определении числа электронов, попадающих в рабочий объем камеры из ее стенок. Число электронов отдачи, которое образуется при взаимодействии у-квантов с атомами газа, наполняющего камеру, обычно гораздо меньше.
