Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
г
«j1
0,5
O1z
?/рг 8/Цсм • *трт cm)
OJ f
i i i i]-
г
J_I_¦ д ¦ '
Рис. 1.12. Зависимость анизотропии параллельной (коэффициент диффузии DL) и перпендикулярной (коэффициент диффузии D) диффузии от величины Efр или E/N / — экспериментальные данные [220]; 2 — расчет [211], 3 — расчет [194].
1.3. Электроны и ионы базах
47
Рис. 1.13. Значение стандартного отклонения поперечного уширения точечного электронного облака при дрейфе вдоль электрического поля E на пути длиной 15 см в аргон-метановой смеси [19S]. A = O кГс; р - 600 мм рт ст.; L = = 15 см. / — 10% CH4; 2 — 20% CH4; 5_40% CH4; 4 — 60% CH4; 5 — 80% CH4; 5—100% CH4; 7 — 20% CO2.
то
то
то
/200
800
400
О
of
• 6 а7
J_I_I_1_L
J-L
OA
06 QS
E/Pj рт cm)
В трековых детекторах пытаются минимизировать поперечную диффузию электронов, чтобы в конце пути дрейфа получить «контрастную» картину для первичной ионизации. При этом получаются различные результаты в зависимости от наличия или отсутствия поля. Пусть L — путь дрейфа, Vd— скорость дрейфа, и — средняя скорость электронов, X— их средняя длина свободного пробега. Тогда для В = 0 из выражения a = \1IDt (п. 1.3.2) при t - L/Vd и D = мХ/З получаем
о* =
3vD
2L VUX.
(1 -75)
Поперечную диффузию в этом случае можно минимизировать путем выбора газа с очень малой средней длиной свободного пробега, например СОг. На рис. 1.13 показано изменение поперечной диффузии а в зависимости от напряженности электрического поля для L = 15 см в смесях аргона с метаном и аргона с СОг.
Если дополнительно включается магнитное поле B9 то коэффициент диффузии в*поперечном этому полю направлении уменьшается пропорционально 1/(1 + ш2т2). Простое решение возможно только тогда, когда поле В направлено параллельно Е. Поскольку т = Х/м, то
48
1. Физические основы регистрации излучений
О OJ 0,4 Qfi OJ
S/p, 8/(сАг-трт.ст.)
Рис. 1,14. То же, что и на рис. І.13, но в присутствии магнитноїо поля В, параллельного электрическому полю Е; -9 = 20,4 кГс [198]. / — 10% CH4; 2— 20% CH4; 3 — 40% CH4; 4 — 60% CH4; 5-80% CH4; 6-20% CO2; 7-100% CH4.
(1 -76)
Для сот> 1, т.е. для сильного магнитного поля, значение а(В) становится наименьшим при Максимально возможной длине свободного пробега X. Результаты измерений а(В) для магнитного поля 20,4 кГс, параллельного электрическому полю, показаны на рис 1.14, В то время как для смеси Ar — СОг уменьшение поперечной диффузии составляет в лучшем случае только 35%, для аргон-метановой смеси наблюдается уменьшение на порядок величины. Так как для сот > 1 справедливо а/а(В) = сот, то по двум измерениям а можно вычислить значение сот (рис. 1.15). Среднее время между двумя столкновениями для этих газов составляет 10"12 4-10"11 с. Максимум сот соответствует минимуму в сечении столкновения, обусловленному эффектом Рамзауэра (п. 1.3.4). «Характеристическая» энергия электронов
De
Gk = —-
(1.77)
значению электрического
вычислить
а2 _ D _ Єк'іі єк 2L Vp eVD еЕо '
(1.78)
1.4. Характеристики детекторов 49
16
4*,б
- $57
А
А
I
О
0,2*
0,4 0,6
?/р, 8/(crr- ffftpm с/г?,)
O3S
Рис. 1.15. Значения озту полученные из данных, приведенных на рис. 1.13 и 1.14 (см. текст). / — 10% CH4; 2—'20% CH4; 3 — 40% CH4; 4 — 60% CH4; 5—100% CH4; 5—20% CO2.
В смеси аргона с 10% метана для Eq = 0,1 В/мм рт. ст.-см ек = = 0,15 эВ, что согласуется со значением энергии в минимуме сечения столкновения в аргоне (см. рис 1.6).
1.4. Характеристики детекторов
В общем случае частица регистрируется в измерительном приборе либо по заряду Q9 образовавшемуся при ее прохождении через рабочее вещество детектора за счет одного из процессов, рассмотренных в разд. 1.2, либо по квантам света. Пусть этот заряд, возникающий при прохождении частицы в момент времени t = 0, направляется электрическим и отчасти магнитным полем на электрод и там собирается. Время сбора заряда U меняется от нескольких наносекунд в полупроводниковых детекторах или фотоэлектронных умножителях до нескольких миллисекунд в ионизационных камерах. Следовательно, в детекторе возникает ток, текущий с момента времени t - 0 до t — tc\ интеграл этого тока равен Q.
Если для данного эксперимента несущественна информация о точном времени прохождения частицы, то достаточно измерять средний ток, возникающий в детекторе. При этом можно измерять количество частиц, прошедших через детектор в единицу времени,
50
1 Физические основы регистрации излучений ї» і
т. е. скорость счета, если каждая отдельная частица образует один и тот же заряд. Этот режим работы ионизационной камеры находит применение в дозиметрии.
Однако в большинстве случаев необходимо регистрировать частицы раздельно. В этом «импульсном режиме» ток на выходе детектора преобразуется в импульс напряжения с помощью быстродействующего усилителя. Временная структура такого сигнала определяется входным импедансом усилителя, который может быть представлен входным сопротивлением R1 и параллельной ему входной емкостью С,. Если постоянная времени т = R1C1 мала по сравнению с временем сбора заряда U в детекторе, то усиленный сигнал практически повторяет временное поведение отклика детектора
