Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
197 вению у-кванта и, следовательно, к однозначной связи энергии появившегося электрона и энергии у-кванта для гер.маиия (заряд ядра 32), существенно больше, чем для кремния (заряд ядра 14). Действительно, быстрые вторичные электроны, способные создать носители в чувствительном объеме, возникают в основном в результате трех процессов: 1) фотопоглощения, с вылетом из атома электрона и рентгеновского кванта характеристического излучения. Энергия этого кванта мала, и он обычно с большой вероятностью тут же поглощается; 2) рождения пары электрон — позитрон; 3) комптоновского рассеяния, в результате которого возникают у-квант с меньшей энергией и электрон. При оценке значения этих процессов в формировании амплитудного распределения импульсов можно пренебречь вероятностью выхода электрона (или позитрона) из чувствительного объема детектора, а также не принимать во внимание утечку тормозного излучения электронов и позитронов из кристалла.
В этом случае первый процесс приводит к полному поглощению энергии у-кванта и соответственно одному пику в амплитудном распределении импульсов. Второй создает три пика в этом распределении: первый — соответствующий поглощению в кристалле обоих аннигиляционных квантов, второй — возникающий при поглощении одного аннигиляционного кванта и третий — соответствующий вылету двух квантов. Кроме того, вблизи пиков будет наблюдаться малое число импульсов, появление которых связано с неполным поглощением аннигиляционных квантов. И наконец, третий процесс приводит к возникновению непрерывного амплитудного распределения, форма которого почти повторяет (за исключением резкой правой границы) энергетическое распределение электронов в комптон-процессе, описанное в гл. 3. Наиболее удобен для расшифровки спектра у-квантов, т. е. восстановления энергетического распределения у-квантов, облучающих детектор, по амплитудному распределению импульсов от детектора, первый процесс; более сложно использовать второй процесс и, наконец, наиболее трудно восстановить энергетическое распределение у-квантов по импульсам, созданным комптоновскими электронами отдачи. Чем больше атомный номер среды, тем большее значение приобретает фотоэффект и процесс образования пар в формировании амплитудного распределения импульсов и тем легче расшифровка спектра у-излучения. Поэтому только германиевые детекторы и используют в у-спектро-метрии, в кремниевых же практически не наблюдается пиков полного поглощения для у-квантов с энергией, большей 0,5—1 Мэе.
Вычислить относительный вклад каждого из трех типов взаимодействия сравнительно легко для детекторов с небольшим объемом, когда в детекторе происходит практически только одно взаимодействие у-кванта, но при этом его размеры еще достаточны, чтобы пренебречь утечкой электронов из чувствительного объема. Для детекторов, объем которых порядка 10 см3 или более, велика вероятность нескольких взаимодействий одного у-кванта. В каждом последующем взаимодействии из-за уменьшения энергии у-кванта при рассеянии возрастает вероятность фотопоглощения. (Резко увеличивается сечение фотоэффекта с уменьшением энергии у-кванта.)
Расчет парциальных вероятностей двух и трех взаимодействий очень сложен и на практике форму линии полупроводникового детектора получают экспериментально, облучая детектор у-квантами с одной энергией (чаще у-квантами из радиоактивных препаратов) и измеряя амплитудное распределение импульсов.
Амплитудное распределение импульсов, полученное с помощью германиевого детектора объемом 8 см3 при облучении его у-квантами источника 60Co, приведено на рис. 6.14. Отчетливо видны два пика
1173кз8
2,83 кэ В
Генератор
60пп иО
1332/ кэб
X 0,1
1,91 кз в
«С--
j
',96 кэб
'wo 150 200 250 300 250 40 О
Амплитуда ихпульса, отн.ео.
450
Рис. G.14. Амплитудное распределение импульсов, полученное ; германиевым детектором с р—і—«-переходом объемом 8 см3, облучаемым у-кван-TKMH истопника 60Co. Показано также распределение амплитуд импульсов генератора точной амплитуды
полного поглощения, которые соответствуют двум у-линиям с одинаковой интенсивностью, испускаемым в каскаде, и относящееся к каждой линии непрерывное распределение комптоиовских электронов. Ширина линий на рис. 6.14 обусловлена не только энергетическим разрешением детектора, но и шумами и нестабильностью электронной аппаратуры. Для иллюстрации энергетического разрешения собственно детектора на этом же рисунке показана ширина линии от генератора точной амплитуды, сигнал которого подан на вход электронной системы усиления и регистрации импульсов детектора. Разброс амплитуд импульсов генератора меньше ширины канала амплитудного анализатора системы регистрации импульсов детектора, поэтому ширина линии от генератора 1,91 кэв характеризует разрешение системы регистрации, и разрешение собственно детектора можно найти из следующего соотношения:
A2 = Aren -г А дет. |'6.53)
199 Рис. 6.15. Амплитудное распределение импульсов, полученное при измерении у-актнвпости пробы воды из первого контура а томной электростанции с водяным теплоносителем
