Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Ne 10 20,2 0,90 16,6 21,6 36,2 1,17 11 32
Аг 18 39,9 1,78 11,6 15,8 26,2 2,11 22 80,5-
Кг 36 83,8 3,74 10,0 14,0 24,0 4,24 41 177
Хе 54 131,3 5,89 8,4 12,1 21,5 6,16 62 286
со2 22 44 1,98 10,0 13,8 34,3 2,93 26 85-
СН4 10 16 0,72 13,1 28 1,33 12 48
с4н10 34 58 2,67 10,6 23 4,5 42 195
Число фотонов с длинами волн в диапазоне от до Х2, испускаемых
ультрарелятивистской частицей с единичным зарядом на пути L> определяется
выражением:
N = KL sin2 0,
где
" _ 2пег г 1 1 \
Л " hs } *
В плоскости, нормальной к направлению движения частицы, излучение может
быть зафиксировано в виде кольца определенного радиуса. В спектральном
диапазоне, определяемом квантовой эффективностью газовых координатных
детекторов, коэффициент К " 70 см-1 119].
Рентгеновское и 7-излучение. При прохождении через вещество потока ^-
квантов имеет место экспоненциальное ослабление пучка. Кванты выбывают из
пучка в результате единичных актов взаимодействия, приводящих к рассеянию
или поглощению их. Ответственными за это являются процессы
фотопоглощения, рэлеевского и комп-тоновского рассеяния, образования
электрон-позитронных пар. Последнее возможно для квантов с энергией более
1,02 МэВ. Вклад различных процессов в эффективность взаимодействия
квантов с энергией 50-800 кэВ со свинцом, часто используемым в качестве
внешнего конвертора в газовых детекторах, проиллюстрирован на рис. 3.
Основным механизмом взаимодействия в этом энергетическом диапазоне
является фотоэффект, при более высоких энергиях (для свинца, например, в
диапазоне 0,5-5 МэВ) преобладает эффект Комптона. Рэлеевское рассеяние,
при котором падающий квант отклоняется без потери энергии, может влиять
на пространственное разрешение и учитывается при низких энергиях. Если
конвертором служит газовое наполнение детектора (Хе или Аг),
комптоновское рас-
МЕТОДИКА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ 1Q37
сеяние становится основным механизмом взаимодействия для у-кван-тов с
энергиями более 300 или 80 кэВ соответственно. На рис. 4 приведено
отношение сечения комптоновского рассеяния а к сечению
Рис. 3. Эффективность взаимодействия у-квантов с анергией до 800 кэВ в
свинце толщиной 1 мм:
1 - эффективность комптоновского рассеяния;
$ - рэлеевского рассеяния; з - фотопоглощения; 4 - суммарная
эффективность
-фотопоглощения т в зависимости от энергии у-квантов для некоторых
(c)еществ.
При фотоэффекте взаимодействие у-кванта, обладающего энергией Еу, с
атомным электроном приводит к вырыванию его из атома, причем кинетическая
энергия электрона
Те = Еу- 1и
где - энергия связи электрона на i-оболочке атома. Зависимость энергии
связи электронов от атомного номера вещества показана на
топоглощения т в зависимости от энергии у-квантов для [некоторых веществ
атомов от атомного номера [20]
"рис. 5. Заметим, что сечения всех указанных выше видов взаимодействий
возрастают с ростом заряда атомов среды, что определяет вы-•бор
конвертора.
1038 ПЕШЕХОНОВ В. д.
Освободившиеся в результате фотоэффекта на i-оболочке атома вакансии
заполняются за время около 10-15 с электронами внешних оболочек. При этом
с вероятностью сог испускается флуоресцентный фотон, в остальных случаях
- один из внешних электронов (электрон Оже).
Для ^-оболочки флуоресцентный выход равен [21]:
"к = Рку/(Р ку + Р Ке),
где РКу - вероятность снятия возбуждения атома испусканием 7-кванта, РКе
- электрона Оже. Энергия флуоресцентного кванта при этом определяется
энергетической разностью К- и L-уровней:
Екч - 1к -
а энергия наиболее вероятного KLL сже-электрона:
Ее = I к - 2/ь.
Зависимость вероятности и энергии флуоресцентного излучения от атомного
номера вещества показана на рис. 6. Флуоресцентное излучение может
ухудшать пространственное и энергетическое разрешение детекторов.
Флуоресцентный квант со средним значением свободного пробега X = fi-1,
где pi - полный коэффициент ослабления^ может выйти за пределы детектора
или образовать удаленный от первого вторичный фотоэлектрон с L-оболочки
атома. В Хе-при нормальных условиях X ж 20,7 см.
Фотоэлектроны мягкого рентгеновского излучения вылетают, главным образом,
под углом л/2 к направлению движения квантов. С увеличением энергии
направление вылета фотоэлектронов приближается к направлению движения
первичного излучения. Так, для квантов с энергиями 1 МэВ, 80 и 20 кэВ
средний угол вылета около 10, 45 и 65° соответственно.
При комптоновском рассеянии длина волны излучения изменяется от Я0 до X в
зависимости от угла рассеяния ср, как X - Х0 =
= 2Л sin2 ф/2, где комптоновская длина ^ волны Л = 0,00242 нм. Каждый акт
рассеяния сопровождается появлением электрона отдачи с кинетической
энергией (эВ)
р 2479,5Л sin2 ф/2
Ю - Х0 (kQ 2Л sin2 ф/2) 9
Рис. 6. Зависимость флуоресцентного выхода сок и энергии флуоресцентных
квантов #kv от атомного номера [20]
МЕТОДИКА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ 1(Ш
Рис. 7. Зависимость изменения длины волны при комптоновском рассеянии от
