Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
В качестве источников нейтронов для таких зондов используют либо стандартные нейтронные источники (например, а-источники с бериллием), либо малые ускорители дейтронов, которые генериру-юі нейтроны с энергией 14 МэВ в результате (d9 /)-реакций. Преимущество последних заключается в том, что ускоритель может работать в импульсном режиме, так что можно измерить временную задержку 7-излучения, вызванного нейтронами в окружающих скважину материалах. Таким способом можно отделять 7-кванты, образованные в реакциях неупругого рассеяния нейтронов, от 7-квантов, испускаемых при захвате нейтронов [127]. Этот метод селективен для реакций нейтронов с отдельными элементами и может быть использован для определения соотношений концентраций С: О и Si: Ca и, таким образом, помогает различать нефть от воды в пористых слоях.
PMc 8.3. Зонд для измерения 7-излучения в скважине (схема) 1 — порода, 2
S
194 8. Примеры применения детекторов
&3. Применение в космических исследованиях
Одним из первых открытий в космическом пространстве с помощью детекторов частиц было наблюдение больших плотностей заряженных частиц на относительно небольшом удалении от Земли в полете спутника EXPLORER-I в январе 1958 г. С помощью единственного счетчика Гейгера — Мюллера тогда было установлено, что Земля на расстоянии 5000 и 20000 км от ее поверхности окружена двумя радиационными поясами, из которых внутренний пояс состоит в основном из протонов, а внешний — в основном из электронов. Эти радиационные пояса состоят из частиц солнечного ветра, которые захвачены магнитным полем Земли. Поскольку эти пояса пересекаются космическими кораблями с человеком на борту лишь в течение короткого времени, они не представляют какой-либо опасности для космонавтов. Геостационарные спутники, орбиты которых проходят на расстоянии 36 000 км, также не подвергаются воздействию этих поясов, поскольку они находятся за их пределами.
Интенсивность частиц космических лучей, а также электронов и протонов солнечного ветра может быть измерена с помощью зондов, запускаемых на большие высоты или с помощью спутников. Подобным же образом может регистрироваться у-излучение и рентгеновское излучение. Первое наблюдение такого космического 7-излучения [180] было получено с помощью детектора CsI(Tl), который находился в полете на расстоянии 105 км от Земли, так что большое удаление от радиационных поясов позволяло сделать измерения практически без фоновой подложки. Дальнейшие измерения, в которых было определено также направление прихода 7-излучения, показали, что наша Галактика содержит множество источников такого излучения, у некоторых из них интенсивность излучения периодически меняется, пульсирует. Исследование этих 7-источников открыло новую ветвь астрономии. Особенно следует упомянуть специально с этой целью сконструированный спутник, который был запущен в 1985 г. Он имел на борту большой телескоп 7-излучения, который содержал поверх кристалла NaI с поперечным сечением 76 x 50 см2 и толщиной 20 мм сборку из искровых камер, на радиаторе которых 7-кванты давали пару е+ е ~~. Пара регистрировалась искровыми камерами и таким образом определялось направление прилета 7-кванта. Прибор был предназначен для области энергий 1 — 20 МэВ; у 7-квантов с энергией 0,02 — 1 МэВ измерялась только энергия.
Другим применением детекторов излучения является определе-
8.3. Применение в космических исследованиях
195
Рис. 8.4. Спектрометр NaI для измерения у-излучения на борту космического корабля Аро11о-16 [123]. Сцинтиллятор имеет форму цилиндра диаметром 70 мм и длиной 70 см I9 2, 7 — му метал л; 3 — керамика; 4 — ФЭУ диаметром 75 мм; 5 —сапфировое окно; 6 — стеклянное окно, 8 — ФЭУ диаметром 38 мм, 9 — корпус из алюминия; 10 — калибровочный источник; 11 — сцинтиллятор NaI(Tl); 12 — пластмассовый сцинтиллятор для антисовпадения; 13 — отражатель MgO; 14 — сопротивления ди-нодного делителя
ние химического состава поверхности Луны по измерению 7-излуче-ния с корабля, движущегося по круговой орбите вокруг Луны (APOLLO 16). Кристалл NaI (диаметр 7 см, толщина 7 см) был окружен пластическим сцинтиллятором в качестве антисовпадатель-ной защиты, чтобы снизить фоновую скорость счета заряженных частиц (рис. 8.4). Чтобы получить энергетический спектр образующегося на поверхности Луны 7-излучения, необходимо сначала снизить фон от других 7-источников. В этот фон давали вклад взаимодействие космического излучения с материалом самого корабля, тормозное излучение электронов космических лучей и солнечного ветра и пр. После вычитания фоновой подложки был получен энергетический спектр 7-излучения, который показан на рис. 8.5. Среди 7-линий естественных радионуклидов 40K, 232Th и 238U можно различить 7-линии изотопов, которые обязаны излучению, образованному в результате бомбардировки поверхности Луны высокоэнергетичными частицами космических лучей и солнечного ветра (в основном протонами) (7-линии изотопов О, Si, Fe, Ti, Mg, Al, Ca). Примерно 10% поверхности Луны было обследовано таким образом с целью выяснения химического состава, что
