Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
энергии излучения (сплошные линии) для различных углов рассеяния.
Зависимости кинетической энергии электронов отдачи от энергии падающих
квантов (пунктирные линии) для различных углов комптоновского рассеяния
где длина волны задается в нанометрах. На рис. 7 показано изменение длины
волны излучения и кинетической энергии электронов отдачи в зависимости от
энергии рассеивающихся квантов для различных углов рассеяния.
Высокоэнергетические электроны отдачи вылетают в направлении падающих
квантов. С уменьшением энергии угол между направлениями вылета электронов
отдачи и первичных квантов возрастает до я/2. Комптоновское рассеяние у-
квантов, имеющее место до прохождения их в рабочий объем детектора,
влияет на пространственной разрешение в результате изменения направления
и на энергетическое в результате изменения длины волны. Комптоновское
рас-сеянйе на атомных электронах газового наполнения детектора также
может вносить неопределенность при координатных измерениях.
Регистрация нейтронов. Основным видом взаимодействия нейтронов с
веществом является их взаимодействие с ядрами, а детектирование нейтронов
осуществляется по ионизации, создаваемой вторичными частицами. Чаще всего
быстрые нейтроны детектируют реги-
1040 ПЕШЕХОНОВ В. д.
страцией протонов отдачи. Детектирование нейтронов низких энер гий
происходит с помощью (п, у)-, (п, а)- или (п, />)-реакций. Заметим, что
ядра, образующиеся в результате реакций радиационного захвата, обычно ^"-
радиоактивны.
Взаимодействие нейтронов при их регистрации может происходить или с
веществом газового наполнения детекторов, или с веществом, служащим
конвертором и расположенным в непосредственной близости от детектора. В
первом случае в состав газового наполнения детектора вводят
водородсодержащие добавки, 3Не или BF3. В качестве внешних конверторов
применяются обычно СН2, eLiF, 1оВ, Gd, Dy, могут применяться также
вещества, обладающие избирательной способностью захвата нейтронов
резонансных энергий.
При регистрации тепловых нейтронов по реакции В (те, a) Li определяют
обычно координаты точек остановки а-частиц с энергией 1,5 МэВ, удаленные
от точек конверсии нейтронов на значительное расстояние. Пространственная
точность при этом не лучше 2-3 мм [22]. Достаточно большая величина
удельных ионизационных потерь вторичного излучения позволяет применять
газонаполненные детекторы низкого давления с так называемыми
фокусирующими свойствами, что позволяет улучшить точность до долей
миллиметра [23, 24]. Если пробег а-частиц с энергией 1,5 МэВ в аргоне при
нормальных условиях около 1 см, то в боре пробег составляет около 4 мкм,
это определяет эффективную толщину конвертора. Оценка эффективности
выхода а-частиц из конвертора толщиной 0,4 мг*см~2, обогащенного 1оВ до
90 %, показала, что ожидаемая эффективность регистрации тепловых
нейтронов газовым детектором с конвертором из 1оВ около 1 % [25].
Установка конверторов с двух сторон детектора удваивает выход вторичных
частиц.
Высокоэффективная регистрация тепловых нейтронов возможна
газонаполненными детекторами высокого давления. При введении в состав
газовой смеси, находящейся при давлении 1013 кПа, 3Не в количестве 60 %
эффективность регистрации нейтронов с длиной волны 0,28 нм около 70 %.
Пространственное разрешение при этом яе лучше нескольких миллиметров [4].
Диффузия и дрейф электронов в газе. Образованные в результате но низ ацди
электроны и ионы при многократных столкновениях с атомами газа теряют
свою кинетическую энергию до уровня, определяемого средней тепловой
энергией атомов. Плотность образованного заряда со временем уменьшается
за счет рекомбинации и потерь электронов в результате их захвата
электроотрицательными молекулами. Вероятность захвата электронов
характеризуется коэффициентом прилипания h, представляющим собой
отношение сечения образования отрицательных ионов к полному сечению
взаимодействия электронов с атомами. Для инертных газов, Н2 и N2 l/h -
<х>, тогда как для С02, например, равна 1,6* 108 [26].
Под действием электрического поля облако электронов за время t
перемещается на х по направлению к аноду. При этом происходит
МЕТОДИКА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ 1Q41
разброс координат электронов, среднеквадратичное отклонение которого
равно:
где D - коэффициент диффузии; ек - характеристическая энергия электронов
(ек = кТ для идеального газа). В сильных электрических полях еК для
некоторых газов может значительно возрастать, в некоторых газах (С02)
электроны остаются тепловыми даже в сильных полях. В. электрическом поле
при Е!р >¦ 10~3 В/(см*мм рт. ст.) * диффузия вдоль направления поля Dl и
в перпендикулярном направлении DT различна. Так, в гелии с водородом,
аргоне и ксеноне отношение DTIDL примерно равно 2, 7, 10 соответственно
[27]. Диффузия электронов влияет на предельную точность детектора. При
регистрации наиболее быстрых к электронов из п первично образованных,
например в дрейфовой камере, координатная точность определяется
