![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Определение энергии частиц или квантов, как правило, основано на измерении функции распределения по параметру, однозначно связанному с величиной энергии. Можно выделить четыре основных метода измерения энергетических распределений:
· с линейным преобразованием энергии частиц или квантов в амплитуду сигнала и определением полученного амплитудного распределения;
· с измерением интервалов времени, в течение которых частицы проходят определенное расстояние (по времени пролета);
· с измерением спектра удельных потерь энергии в веществе детектора (спектра линейных потерь) и по координатам, через которые проходят частицы после их отклонения в электрическом или магнитном поле.
Все эти методы основаны на процессе взаимодействия излучения с веществом детектора и на прохождении его через электрические и магнитные поля.
12.4 Спектрометры с линейным энергетическо–амплитудным преобразованием
Для реализации этого метода необходимо использовать детекторы, в которых амплитуда выходного сигнала пропорциональна энергии измеряемых частиц или квантов. Помимо линейного (или квазилинейного) коэффициента преобразования энергии – амплитуда в детекторе необходимо обеспечить также полную передачу энергии частиц или квантов чувствительному элементу (полное поглощение энергии). Тогда распределение f(E) будет однозначно соответствовать распределению f(А). Измерительные устройства спектрометра должны обеспечить измерение амплитудного спектра сигналов с детектора и представление распределения φ(A). Для линейной связи распределений f(E) и φ(A) необходимо использовать детекторы, в которых коэффициент преобразования энергии E в амплитуду сигнала А не зависит от величины энергии (т. е. с малой, нелинейностью коэффициента преобразования Е®А). Для достижения лучшего энергетического разрешения нужно, естественно, чтобы полуширина пиков амплитудного распределения сигналов на выходе детектора, обусловленных воздействием моноэнергетического излучения, была минимальной, т. е. детекторы обладали хорошим амплитудным разрешением.
Спектрометр с линейным энергетическо–амплитудным преобразованием в простейшем случае, следовательно, должен содержать пропорциональный детектор и амплитудный анализатор, в состав которого входят устройство, сортирующее сигналы с детектора по каналам в зависимости от значения их амплитуд, и устройство, измеряющее число сигналов в каждом канале (или их относительную долю) и представляющее данные о полученном амплитудном распределении (рисунок 12.2). Подобные спектрометры получили наибольшее распространение.
Для полного поглощения энергии частиц и квантов в чувствительном объеме детектора детектирующие устройства должны обладать определенными параметрами. Различие во взаимодействии с веществом заряженных частиц, нейтронов и квантов электромагнитного излучения приводит к различию в этих параметрах, а также в структурных схемах модификации спектрометров.
Рисунок 12.2 – Структурная схема спектрометра с линейным энергетическо–амплитудным преобразованием
Непосредственно ионизирующее излучение–заряженные частицы (электроны, протоны, более тяжелые ионы), двигаясь в веществе, постепенно тратят свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов, расположенных вдоль траектории частиц. При полном пробеге частиц в детектирующем элементе суммарная потеря энергии на ионизацию и возбуждение атомов равна первоначальной кинетической энергии частицы. Таким образом, для линейного энергетически–амплитудного преобразование должны быть выбраны детекторы с такой толщиной и плотностью чувствительного объема, которые обеспечивают полное торможение измеряемых частиц. Наибольшие значения энергий заряженных частиц, для которых этот метод приемлем, определяются разумными размерами детекторов и составляют несколько мегаэлектронвольт; минимальные значения определяются соизмеримостью потерь энергии во входном окне или защитном слое детектора с начальной энергией частиц Е.
В спектрометрах косвенно ионизирующего излучения –электромагнитного излучения и нейтронов, построенных по рассматриваемому методу, необходимо обеспечить полную передачу энергии от нейтронов или квантов, образуемым вторичным частицам, и затем полное поглощение энергии этих частиц в чувствительном объеме детектора. Кванты электромагнитного излучения теряют свою энергию не постепенно, как заряженные частицы, а в одиночных актах взаимодействия в результате независимых элементарных процессов (фотопоглощения, комптоновского рассеяния, образования пар и др.). Только при фотопоглощении практически вся энергия γ -кванта передается одному из атомных электронов вещества детектора. При комптон–эффекте моноэнергетическими γ-квантами образуются электроны с непрерывным распределением энергии от нуля до , а часть энергии E γ уносится рассеянными квантами. Наконец, при регистрации γ-квантов с E γ> 1,022 МэВ возможно образование пары электрон–позитрон, суммарная энергия которых отличается от значения E γ на величину 1,022 МэВ.
Таким образом, при соизмеримых вероятностях всех указанных процессов передача энергии от γ -кванта заряженным частицам не однозначна. Распределение энергии этих частиц содержит фотопик (Ее»E γ ), протяженное комптоновское распределение и парный пик. При аннигиляции позитрона с атомным электроном вещества детектора возникают два γ -кванта, каждый с энергией 0,511 МэВ. Если один из этих квантов поглощается в детектирующем элементе, возникает полупарный пик в распределении, смещенный относительно фотопика на 0,511 МэВ.
В тех случаях, когда преобладает вероятность фотопоглощения γ -квантов, имеет место однозначность соответствия между энергией E γи амплитудой выходного сигнала с детектора. Структурная схема такого спектрометра γ -излучения, наиболее распространенного из приборов этой группы, аналогична приведенной на рисунке 12.2. В таких спектрометрах, называемых часто спектрометрами полного поглощения, необходимо выбором размеров детектора, плотности вещества, геометрией расположения препарата относительно чувствительного объема детектора обеспечить превалирующее фотопоглощение (или прямое, или комптоновское рассеяние с последующим фотопоглощением рассеянного кванта). Достигнутый эффект численно характеризуют относительной фотоэффективностью: отношением площади фотопика к суммарной площади энергетического распределения, соответствующего моноэнергетическим γ -квантам. Величина фотоэффективности зависит от энергии E γ. Практически такие спектрометры позволяют проводить измерение энергии γ -квантов вплоть до энергии 2–3 МэВ.
Помимо спектрометров, основанных на фотопоглощении, существуют другие гамма–спектрометры, в которых усложнением структурной схемы обеспечивается однозначность между энергией E γ и амплитудным распределением. В одном из таких устройств, спектрометре комптоновских антисовпадений, для достижения однозначного соответствия между энергетическим спектром γ -квантов и распределением амплитуд сигналов исключают из регистрации импульсы, обусловленные квантами, которые претерпели комптоновское рассеяние и покидают чувствительный объем детектора. Для этого в спектрометр помимо основного вводят дополнительный детектор, окружающий по возможности более полно основной детектор. Сигналы с обоих детекторов поступают на устройство временного отбора, пропускающее для последующего анализа только те импульсы с основного детектора, которые не сопровождаются срабатыванием дополнительного детектора, регистрирующего рассеянные кванты.
Дата публикования: 2015-02-18; Прочитано: 604 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!