Физический энциклопедический словарь |
| А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я | |
Бета-спектрометрБета-спектрометр, прибор для измерения энергетического распределения (спектра) электронов и позитронов, вылетающих при β-распаде, а также конверсионных электронов и электронов, возникающих при взаимодействии с веществами гамма-, рентгеновского и др. излучений. Основные характеристики бета-спектрометра — разрешающая способность и светосила. Разрешающая способность характеризует наименьшее различие в энергии электронов, которое может быть зарегистрировано бета-спектрометром.
Рис.1. Спектр конверсионных электронов 170Tm: р — импульс в Гс·см, N — число электронов.
При изменении энергии или импульса электронов получается некоторое распределение, содержащее максимумы (рис. 1). Отношение ширины максимума на половине высоты к энергии Ε или импульсу р электронов (ΔΕ/Ε или Δр/р) называется разрешающей способностью бета-спектрометра. Светосила бета-спектрометра равна отношению числа электронов, попавших в детектор, к полному числу электронов данной энергии, испущенных источником. Произведение светосилы бета-спектрометра на площадь источника называется светимостью и выражается в см2. Чем больше светимость, тем чувствительнее бета-спектрометр.
Различают бета-спектрометры, измеряющие энергию электронов по их воздействию на вещество, и бета-спектрометры, пространственно разделяющие электроны различных энергий в электрическом и магнитном полях. К приборам 1-го типа относятся ионизационные камеры, сцинтилляционные счётчики, полупроводниковые детекторы. Действие их сводится к превращению в веществе энергии электронов в электрические импульсы. Достоинство бета-спектрометров этого типа — возможность одновременной регистрации практически всего спектра с помощью многоканальных амплитудных анализаторов; существенный недостаток — низкая разрешающая способность ΔΕ/Ε, особенно для медленных электронов. У ионизационных камер и сцинтилляционных счётчиков ΔΕ/Ε обычно ≈ 10% , у ПП детекторов ≈ 5—20% .
Бета-спектрометры с пространственным разделением электронов имеют, как правило, гораздо большую разрешающую способность; область их применения значительно шире, несмотря на сложность изготовления. Электрическое (Е) или магнитное (Н) поле разделяет электроны с разными энергиями и фокусирует моноэнергетические электроны, вылетевшие из источника в определенном телесном угле. Напряжённость поля должна поддерживаться постоянной с точностью ΔH/H=10-6. Пространственное разделение электронов происходит в вакуумной камере (давление 10-4—10-9 мм рт. ст.). Земное магнитное поле экранируется или компенсируется с точностью до 10-4Э.
Первым магнитным бета-спектрометром был спектрометр, построенный в 1912 польским физиком Я. Данышем. В нём электроны в однородном магнитном поле движутся в плоскости по окружности, радиус которой r пропорционален импульсу электронов р и обратно пропорционален магнитной индукции В. В магнитном бета-спектрометре удобно измерять импульс в единицах Вρ (Гс•см). В бета-спектрометре с однородным поперечным магнитным полем осуществляется фокусировка электронов при наибольших углах вылета из источника в плоскости, перпендикулярной В. Изображение источника получается при повороте радиуса-вектора электрона на 180° (бета-спектрометр с полукруговой фокусировкой); в плоскости, параллельной В, электроны движутся по спирали (рис. 2). Электроны, вылетающие из источника, фокусируются в плоскости, параллельной В и перпендикулярной направлению вылета электронов из источника. Несмотря на малую светосилу, такие бета-спектрометры часто применяются из-за простоты и возможности абсолютного измерения энергии. Детектором обычно служат фотопластинки (см. Ядерная фотографическая эмульсия).
Рис. 2. Схема траекторий электронов в магнитном β-спектрометре с однородным магнитным полем (с полукруговой фокусировкой). Электроны, вылетевшие из источника в направлении, перпендикулярном В, в виде плоского расходящегося пучка с угловой шириной φ, после поворота на 180° фокусируются на фотопластинке, лежащей в плоскости, параллельной В. Фокусировка по углу ψ (в плоскости, параллельной В) отсутствует.
В 1946 швед, учёные Н. Свартхольм и К. Сигбан создали магнитный бета-спектрометр с двойной фокусировкой, в котором магнитное поле перпендикулярно к траекториям электронов, но не однородно, а спадает с радиусом ρ, как 1/ρ. В нём осуществляется фокусировка 1-го порядка по углу φ и 2-го — по углу ψ (рис. 2). Угол между радиусами-векторами источника и его изображением равен π√2 (называется также бета-спектрометр типа π√2). В фокальной плоскости Δр/р≈0,1% и сохраняется при уменьшении энергии электронов до нескольких эВ. Магнитное поле в бета-спектрометре типа π√2 создаётся либо катушками с током, либо железными электромагнитами с профилированными полюсами. В 1960 в Канаде был создан безжелезный β-спектрометр с ρ=1 м, Δp/р=0,01% при светосиле 0,06% (Р. Л. Грэхем, Дж. Т. Юэн, Дж. С. Гейгер). Разрешающая способность лучших β-спектрометров типа π√2 с железом тоже достигает 0,03%, однако она сильно ухудшается при переходе к медленным электронам. Для детектирования электронов применяются фотопластинки, Гейгера счётчики, ПП детекторы и электронные умножители.
В 1946 швед, учёные Н. Свартхольм и К. Сигбан создали магнитный бета-спектрометр с двойной фокусировкой, в котором магнитное поле перпендикулярно к траекториям электронов, но не однородно, а спадает с радиусом ρ, как 1/ρ. В нём осуществляется фокусировка 1-го порядка по углу φ и 2-го — по углу ψ (рис. 2). Угол между радиусами-векторами источника и его изображением равен π√2 (называется также бета-спектрометр типа π√2). В фокальной плоскости Δр/р≈0,1% и сохраняется при уменьшении энергии электронов до нескольких эВ. Магнитное поле в бета-спектрометре типа π√2 создаётся либо катушками с током, либо железными электромагнитами с профилированными полюсами. В 1960 в Канаде был создан безжелезный β-спектрометр с ρ=1 м, Δp/р=0,01% при светосиле 0,06% (Р. Л. Грэхем, Дж. Т. Юэн, Дж. С. Гейгер). Разрешающая способность лучших β-спектрометров типа π√2 с железом тоже достигает 0,03%, однако она сильно ухудшается при переходе к медленным электронам. Для детектирования электронов применяются фотопластинки, Гейгера счётчики, ПП детекторы и электронные умножители.
В 1946 швед, учёные Н. Свартхольм и К. Сигбан создали магнитный бета-спектрометр с двойной фокусировкой, в котором магнитное поле перпендикулярно к траекториям электронов, но не однородно, а спадает с радиусом ρ, как 1/ρ. В нём осуществляется фокусировка 1-го порядка по углу φ и 2-го — по углу ψ (рис. 2). Угол между радиусами-векторами источника и его изображением равен π√2 (называется также бета-спектрометр типа π√2). В фокальной плоскости Δр/р≈0,1% и сохраняется при уменьшении энергии электронов до нескольких эВ. Магнитное поле в бета-спектрометре типа π√2 создаётся либо катушками с током, либо железными электромагнитами с профилированными полюсами. В 1960 в Канаде был создан безжелезный β-спектрометр с ρ=1 м, Δp/р=0,01% при светосиле 0,06% (Р. Л. Грэхем, Дж. Т. Юэн, Дж. С. Гейгер). Разрешающая способность лучших β-спектрометров типа π√2 с железом тоже достигает 0,03%, однако она сильно ухудшается при переходе к медленным электронам. Для детектирования электронов применяются фотопластинки, Гейгера счётчики, ПП детекторы и электронные умножители.
В тороидальном бета-спектрометре Владимирского магнитное поле создаётся тороидальной катушкой с током. Источник и детектор расположены на оси катушки. Электроны входят в поле и выходят из него через зазоры между витками, форма которых обеспечивает фокусировку электронов в большом интервале углов вылета. Светосила таких бета-спектрометре может превышать 20%. Для анализа спектра медленных электронов применяются электростатические бета-спектрометре с анализатором в виде сферического конденсатора. Источник и детектор находятся вне электрического поля E, перпендикулярного траекториям частиц. Для нерелятивистских электронов осуществляется двойная фокусировка. Электростатические бета-спектрометры имеют хорошую разрешающую способность (до 0,05%) при светосиле 0,1%. Медленные электроны на выходе электростатических бета-спектрометров обычно регистрируются системой электронных умножителей.
|