Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
322- пустим, что толщина стенок такой камеры больше пробега самых быстрых электронов, возникающих под действием у-квантов в ее стенках, а размеры полости малы по сравнению с пробегом тех же электронов в наполняющем газе. При этих условиях основная ионизация газа в камере будет вызываться электронами, возникшими в ее стенках. Можно показать, что при выполнении этих же условий наличие небольшой газовой полости в толще твердого вещества не вызывает искажения скоростного и пространственного распределения электронов, пересекающих ее поверхность. При этом ток, возникающий при облучении камеры с объемом в 1 см3 единичным потоком фотонов hv:
і = hv [цф + Цк + цп (hv — 2 тс2)! (hv)] [е/ (pW)], (10.30)
где W — средняя энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов; ,о — отношение тормозных способностей твердого вещества и газа, которое в первом приближении равно отношению плотностей планетарных электронов в соответствующих веществах. Если при распаде ядер источника могут возникать фотоны разных энергий, то
. = \] {nj IiVj [,Uljl + цк + [X11 fAv —2тс2)І(ІЩ]і) [el(pW)l (10.31) /
где иj — число фотонов с энергией hvJ на один распад. Нетрудно видеть, что ток і в данном случае приобретает значение эффективности детектора Єд. Наблюдаемый же эффект, т. е. измеряемый ток камеры
1 = IGfJllA, (10.32)
где /п її /и — поправочные коэффициенты, учитывающие отличие параметров газа в камере от нормальных и самопоглощение у-квантов в источнике соответственно;
G = (MWli) \ dir Ir, (10.33)
Vn
здесь /^0 — объем рабочей полости в камере; г — расстояние от источника до элемента объема clW. Соотношение (10.32) позволяет по измеренному ионизационному току I найти абсолютное значение А. Основные погрешности связаны с определением фактора G, с неточностью знания схемы распада и входящих в (10.32) величин и с отличием реальных условий в камере от предполагаемых.
Большие сцинтилляционные детекторы. Измерение активности гамма-источника в 4я-геометрии можно осуществить, поместив его в центре большого блока рабочего вещества сцинтилляционного детектора. Для получения значения єд, близкого к единице, размеры сцинтиллятора должны быть достаточно протяженными. Поскольку большие кристаллы неорганических сцинтилляторов очень дороги, чаще такие счетчики делают в виде баков объемом до нескольких сотен литров, заполняемых жидким сцинтиллятором. Заметим,
11*
323 что размеры бака можно существенно уменьшить, применяя ецин-тиллирующую жидкость повышенной плотности, например гекса-фторбензол вместо обычно применяемого толуола. По сравнению с большим баком такой компактный счетчик с тяжелым сиинтил-лятором при равной эффективности к у-квантам источника обладает значительно меньшим уровнем фона. Основные трудности при конструировании больших сцинтилляционных детекторов и при работе с ними связаны с необходимостью обеспечения хорошего сбора света с большого объема, а также с борьбой с фоном и с шумами, которые могут быть весьма значительными.
Метод у — у-совпадений. Если при одном акте распада ядро испускает два или более у-квантов (см. рис. 10.6, в), то для абсолютного определения числа распадов в источнике можно использовать метод у — у-совпадений. В данном случае удобно применять два одинаковых счетчика у-квантов. Обозначая эффективность регистрации 1-м счетчиком k-ro у-кванта Rih (i, k = 1,2), скорости счета в каналах установки можно записать в виде:
Oi = (Єн+ eJ2—.Е„Е,2)Л; j
а2 = (е21 + E22-Esi E22) Л; (10.34)
?12 = (ЄІ2 Є21 + EnE22) Л. J
В общем случае решить эту систему из трех уравнений невозможно, поскольку она содержит пять неизвестных (eu, E12, E21, E22, Л). Однако если в установке применены два совершенно одинаковых счетчика и энергии обоих у-квантов в каскаде примерно равны, то можно считать, что E11 да E12 да E21 да E22. Заменяя все Sik некоторой средней величиной Е, вместо системы уравнений (10.34) получаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными:
ai --- а2 = (2е Ё2) Л; J (Ю 35)
йі2 = 2Е2Л. J
Особенно простое решение эта система имеет, если е 1:
Л = Ci1CiM а12. (10.36)
Если энергии двух у-квантов в каскаде сильно отличаются друг от друга, то замена всех sih одной и той же величиной е некорректна. В этом случае целесообразно применять детекторы, чувствительные к энергии у-квантов, и с помощью дискриминаторов импульсов настроить один канал на регистрацию только ^1, а второй канал — на регистрацию только у2. При этом е12 = E21 = 0 и
Л = Ct1Ci2Ia12. (10.37)
Наибольшие трудности при измерениях методом у — у-совпадений связаны с необходимостью учета угловой корреляции у-квантов и их рассеяния из одного счетчика в другой. Необходимость введения поправок на угловую корреляцию можно исключить, располо-
324- жив соответствующим образом счетчики относительно источника; при этом вид функции угловой корреляции исследуемого источника предполагается известным. Эффект рассеяния можно исключить, применяя счетчики, настроенные на регистрацию у-квантов строго определенной энергии. Как показывает сравнение результатов различных работ, метод у — у-совпадений может обеспечить погрешность измерений активности около 1%.
