Практическая часть. Описание методов определения энергии - частиц

Описание методов определения энергии - частиц

Определение энергии - частиц по величине их пробега. Величина пробега -частиц связана с их энергией (см. предыдущий параграф), поэтому, измеряя так или иначе пробег -частиц в веществе, можно определить их энергию. Так как частицы сильно поглощаются веществом, то для удобства проведения опытов в качестве поглотителя применяется воздух. В таких опытах в камеру помещают радиоактивный -источник и на определённом расстоянии от него устанавливают детектор -частиц. Наполняя воздухом откачанную камеру, снимают зависимость скорости счета альфа-частиц от давления в камере. При этом получается зависимость, аналогичная зависимости на кривой 1 (см. рис. 1.4).

По результатам измерений можно вычислить пробег альфа-частиц. Пробег равен

,

где l — расстояние от источника, до детектора; - давление, соответствующее максимуму кривой 2 (см. рис. 1.4) при температуре 15° С. При этом вводится поправка на изменение давления в зависимости от температуры (измеряется температура до начала и в конце опыта, а за окончательное значение температуры берется их среднее значение). В номограмме (рис. 1.2) приводится зависимость пробега -частиц в воздухе от энергии при 15° С. Можно считать, что температура газа в приборе равна температуре окружающего воздуха. По закону Гей-Люссака Р/Т = const при V = const. Исходя из этого, вводится соответствующую поправку на температуру. Определив таким образом R, по номограмме находят энергию -частиц.

Метод отличается простотой, однако точность определения энергии -частиц при этом невелика - 50-100 кэВ.

Определение энергии -частиц по создаваемой ими полной ионизации. Этот метод основан на том, что число ионов, создаваемое -частицами в ионизационной камере, пропорционально энергии -частиц. Камера обычно наполняется смесью аргона (90%) и метана (10%). Размеры камеры порядка 10×10×10 см³, -источники помещаются внутри камеры, что обеспечивает почти 4π-геометрию. С помощью ионизационной каме­ры можно определить энергию -частиц с точностью 20-30 кэВ. Благодаря высокой чувствительности ионизационных камер их можно использовать для измерения энергии и интенсивности -частиц от весьма слабых источников.

Сцинтилляционные -спектрометры. Эти приборы имеют более высокие спектроскопические характеристики по сравнению с ионизационными камерами. В качестве детекторов -частиц в таких спектрометрах чаще всего используются кристаллы ZnS. Амплитуда импульса тока на выходе ФЭУ пропорциональна интенсивности световой вспышки в кристалле, которая в свою очередь пропорциональна энергии -частиц. С помощью сцинтилляционных спектрометров можно определять энергию -частиц с точностью 10-20 кэВ. Применение кристаллов большой площади позволяет обеспечить высокую эффективность регистрации -частиц и использовать сцинтилляционные спектрометры в прикладных областях, например, в дозиметрии, медицине, экологии и др.

-спектрометры с полупроводниковыми детекторами имеют большие преимущества, перед ионизационными камерами, пропорциональными счетчиками и сцинтилляционными спектрометрами. Эти преимущества обусловлены гораздо более высокой разрешающей способностью полупроводниковых детекторов (~20 кэВ) и сравнительно простой конструкцией этих приборов. С помощью спектрометров с полупроводниковыми детекторами можно определять энергию -частиц с точностью до 3-5 кэВ. Благодаря этим факторам спектрометры с полупроводниковыми детекторами стали основным инструментом для изучения -спектров и получили широкое применение как в научных исследованиях, так и в прикладных областях. Некоторым недостатком спектрометров с полупроводниковыми детекторами является небольшой размер детекторов, что снижает эффективность регистрации -частиц.

Метод магнитного анализа. Наиболее точное определение энергии заряженных частиц, в том числе -частиц, производится с помощью магнитного анализа с использованием магнитных спектрометров различного типа. Эти приборы основаны на отклоняющем действии магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Разрешающая способность магнитных -спектрометров составляет 2-5 кэВ, что позволяет определять энергии -частиц с точностью 0,2-1,0 кэВ, которая недостижима другими методами. Однако магнитные -спектрометры представляют собой весьма сложные и громоздкие устройства и используются только в специальных лабораториях.