Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
г) = 2,3 V(Ax0)2 + (x0)2 + (x'Qf + (хщ)2/(2р V12). (11.25)
Вычисленные значения г) по (11.25) дают значение, приблизительно на 30% меньшее, чем определенные значения г) по (11.23). Светосилу спектрометра с прямоугольной диафрагмой при условии, что размеры источника малы в сравнении с размерами диафрагмы можно записать в следующем виде:
L = a0?0g/n. (11.26)
Из (11.23) и (11.26) видно, что чем больше светосила, тем хуже энергетическое разрешение спектрометра. Спектрометр будет обладать оптимальными характеристиками, если отношение г\/L будет иметь минимальное значение. Такой минимум существует. При стремлении углов сс0 и ?0 к нулю отношение г]/L -*- оо . Это связано с тем, что при а0 —>- 0 и ?o —О L —>- 0, а т) не обращается в нуль из-за независимости величин X0 и хщ от углов CC0 и ?o- При больших значениях углов а0 и ?o отношение rj/L пропорционально (сс0 + ?o)/a0?0-Следовательно, при (ajj + ?o) > (х0 H- хщ)/р отношение ц/L растет с увеличением углов Oc0 и ?0. Нахождение оптимальных параметров спектрометра представляет собой довольно сложную задачу, поэтому здесь ограничимся лишь некоторыми качественными соображениями. Если считать, что энергетическое резрешение определяется углами сс0 и ?o (при больших р и малых X0 и хщ), то наименьшее отношение Г)IL можно получить При cc0 = ?0. При этих условиях VL по (11-23) равно я/2g и не зависит от этих углов. Но сделанное допущение, что (хщ + х0)/2 р ccq, оказывается не очень благоприятным, поскольку малая ширина источника требует препаратов с большой удельной активностью, что не всегда осуществимо. Обычно в спектрометрах с полукруговой фокусировкой по этим причинам выбирают x0 ~ хщ ~ рад. При таком выборе параметров г\/L равно я Ig. Для x0 да хт величина g да 0,75. Таким образом, в спектрометрах с однородным полем с полукруговой фокусировкой энергетическое разрешение порядка 0,1 % можно достичь при светосиле (отношение скорости счета в максимуме к активности источника) около Ю-4, т. е. при сс0 да 1,4°. Спектрометр с полукруговой фокусировкой позволяет получить существенно лучшие энергетические разрешения при больших значениях светосилы в сравнении с методом прямого отклонения.
Источник заряженных частиц в спектрометре с полукруговой фокусировкой может иметь размеры в направлении оси г в nVp/x0
11*
355 H
большие, чем в направлении оси х. Толщина источника должна быть такой, чтобы заряженные частицы в нем теряли долю своей энергии, не превышающую цЕ. При исследовании спектров электронов это не очень жесткое условие, но при изучении спектров тяжелых заряженных частиц это требование весьма существенно. Действительно, источники а-частиц с энергиями около 5 Мэв должны иметь толщину (размер в направлении оси у) при энергетическом разрешении спектрометра 0,1% не более 10 мкг/см2, если атомная масса материала источника более 100.
Спектрометры с неоднородным поперечным магнитным полем. Такие спектрометры улучшают фокусировку заряженных частиц и тем самым увеличивают светосилу спектрометра. В спектрометрах
с неоднородным магнитным полем светосила увеличивается из-за фокусирующих свойств поля в двух направлениях: в плоскости орбиты и в направлениях, перпендикулярных к ней.
Рассмотрим сначала спектрометр с полукруговой фокусировкой, в котором магнитное поле имеет градиент вдоль оси у. В магнитном поле (рис. 11.7) находятся точечный источник в начале координат. Допустим диафрагма, ограничивающая пучок, расположена так, что внутренняя траектория пучка частиц / соответствует частицам, вылетающим в направлении оси, т. е. под углом а=0, а внешняя 3 — частицам, вылетающим из источника под углом а0 к оси у. Пусть траектория 1 полностью лежит в однородном магнитном поле и пересекает ось X в точке X = 2р. Для того чтобы траектории 2 и 3 пересекли ось в той же точке, необходимо их поместить в область ПОЛЯ с меньшей напряженностью. Форма поля для такого спектрометра показана на рис. 11.7 (вверху). Для сравнения на этом же рисунке показана пунктиром траектория 3 для постоянного по радиусу магнитного поля. Светосила спектрометра оказывается значительно больше, поскольку помимо улучшения фокусировки для заряженных частиц, траектории которых лежат в плоскости ху, имеет место дополнительная фокусировка для частиц, выходящих из источника под углами к плоскости ху. На заряженные частицы, траектории которых лежат вне плоскости ху, в области неоднородного магнитного поля действуют силы, направленные к этой плоскости. Эти силы обусловлены составляющей магнитного поля в плоскости ху, которая имеет различные направления по обеим сторонам от этой плоскости. Это обстоятельство позволяет использовать большие значения углов ?o. что также увеличивает светосилу прибора.
Рис. 11.7. Траектории заряженных частиц в магнитном спектрометре с полем, спадающим вдоль оси у
356- Улучшение фокусировки пучка заряженных частиц в спектрометрах возможно также при использовании аксиально симметричного, спадающего по радиусу магнитного поля. В данного рода спектрометрах часто используют слабо спадающее по радиусу магнитное поле. Пусть имеем постоянное магнитное поле, спадающее по радиусу по следующему закону:
