Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Несмотря на то, что по сравнению с рассматриваемыми ниже измерениями в 2я-геометрии метод малого телесного угла требует введения большего числа поправок, в стационарных условиях точность измерений может быть доведена до десятых долей процента.
311- Ионизационная камера с твердым слоем. Если тонкий слой а-активного вещества нанесен на электрод ионизационной камеры или счетчика в виде небольшого пятна, наикратчайшее расстояние от которого до краев электрода больше пробега а-частиц в газе камеры, то можно считать, что выполняются условия 2л-геометрии и G = 0,5. Далее, если давление газовой смеси и расстояние между электродами камеры таковы, что а-частицы не достигают поверхности противоположного электрода, то стеночный эффект отсутствует, а эффективность регистрации попавшей в газ частицы єд = 1. При этом для получения є остается определить лишь поправочные коэффициенты /, учитывающие самопоглощение частиц в источнике и обратное рассеяние а-частиц от подложки.
Коэффициент самопоглощения в источнике [а — вероятность для частицы, выле-тевшей из ядра в сторону рабочего тела детектора, избежать поглощения в веществе источника и попасть в рабочее тело (в данном случае — в наполняющую газовую смесь) с энергией, достаточной для ее надежной регистрации. Этот коэффициент можно найти следующим образом.
Пусть S — толщина источника и R — пробег а-частиц в веществе источника. Очевидно, что из слоя dx, находящегося в источнике на глубине X (рис. 10.2, а), могут попасть в камеру и вызвать в ней электрический импульс только те частицы, которые вылетели под углами к вертикали от 0° до некоторого предельного угла Onpea (х), при котором величина пробега частиц в веществе покрытия у = pR. Здесь р ¦— максимальная доля пробега частиц в веществе источника, при которой оцта-точный пробег в рабочем теле детектора достаточен для их надежной регистрации (р < 1, так как частицы, попадающие в рабочее тело детектора с малой энергией, создают очень маленькие электрические импульсы, которые оказываются меньше порога дискриминации, устанавливаемого для отсечения шумов радиосхемы и импульсов фона от ?-частиц и у-квантов). Доля частиц, попадающих в чувствительный объем детектора из слоя dx, определяется отношением телесного угла Qiirea, соответствующего 0цред (х), к 2я:
®пред
М*) = Й„рвд/2п= 5 Sinede=I-COS е1фея(д), (10.13) о
и так как
cos Єпред (х) = х! (pR), (10.14)
то
[И (X) = I -x/(pR). 110.15)
ІЩ
а
шшшшш
5
Рис. 10.2. К расчету выхода частиц из источника в виде твердого слоя: а — пути частиц в слое; б — рассеяние частиц в подложке
312- Очевидно, что имеет смысл применять источники с толщиной покрытия S < pR, так как слои вещества, лежащие на глубинах ^ > pR, все равно не используются. При этом общая доля частиц, регистрируемых детектором (из числа частиц, вылетающих в пределах телесного угла я):
к = J f„ (X) dxls = 1 -s/(2pR). (10.16)
о
Предельные случаи:
1) очень тонкий источник (s/(pR) 1) : /и ~ U
2) толстый источник (s/(pR) да 1) : /и да 0,5.
Коэффициент обратного рассеяния от подложки /р равен единице плюс вероятность того, что частица, вылетевшая первоначально в сторону подложки, в результате рассеяния изменит направление своего движения, попадет в рабочее тело детектора и зарегистрируется им. Сразу же заметим, что самопоглощение в источнике снижает число отсчетов детектора, а обратное рассеяние — увеличивает его, поэтому /„С 1, а /р> 1. Для а-частиц коэффициент обратного рассеяния мало отличается от единицы из-за малой вероятности их рассеяния на заметные углы, но при очень точных измерениях этим отличием пренебрегать нельзя.
Значение /р проще всего найти экспериментально, исследуя зависимость скорости счета от толщины накладываемого на источник а-частиц поглотителя (алюминиевой фольги). Число прошедших через поглотитель частиц линейно уменьшается с увеличением его толщины Sn. В самом деле, если отсчитывать глубину слоя х' от внешней поверхности поглотителя (х' = Sn -f- х) и для простоты считать, что пробеги а-частиц в веществах источника и поглотителя одинаковы*, то приведенные выше соотношения заменяются на следующие:
/и (*') = х' /(pR) (10.17)
и
sn + s
fi = J /и (х') dx' /s =/и—sn/(pR). (10.18)
Отсюда видно, что при изменении Sn от 0 до pR величина fa, а вместе с ней и число отсчетов счетчика линейно уменьшаются от своего максимального значения до нуля. Очевидно, что в силу крайне малой вероятности рассеяния а-частиц на большие углы обратное рассеяние может практически наблюдаться лишь для частиц, летящих почти параллельно поверхности источника (см. рис. 10.2, б). Такие
* Данное допущение не ограничивает общности рассмотрения, что становится очевидным, если выражать толщины слоев не в сантиметрах (и не в мгісм2), а в долях пробега а-частиц.
313- частицы будут поглощаться самыми тонкими слоями поглотителя, а частицы, прошедшие более толстые слои, будут частицами, не испытавшими обратного рассеяния. Поэтому при малых толщинах поглотителей наблюдаются отклонения от линейной зависимости счета от толщины поглотителя (рис. 10.3). Производя линейную экстраполяцию прямолинейного участка экспериментальных кривых к нулевой толщине поглотителя и беря отношение действительной скорости счета при нулевой толщине к экстраполированному значению, легко получить величину /р. Следует отметить, что/р зависит
