Бета-спектрометр, прилад для вимірювання енергетичного розподілу (спектра) електронів і позитронів, що вилітають при β-розпаді, а також конверсійних електронів і електронів, що виникають при взаємодії з речовинами гамма-, рентгенівського та ін. випромінювань. Основні характеристики бета-спектрометра — роздільна здатність і світлосила. Роздільна здатність характеризує найменшу різницю в енергії електронів, яка може бути зареєстрована бета-спектрометром.
Рис.1. Спектр конверсійних електронів 170Tm: р — імпульс у Гс·см, N — число електронів.
При зміні енергії або імпульсу електронів виходить деякий розподіл, що містить максимуми (рис. 1). Відношення ширини максимуму на половині висоти до енергії Ε або імпульсу р електронів (ΔΕ/Ε або Δр/р) називається роздільною здатністю бета-спектрометра. Світлосила бета-спектрометра дорівнює відношенню числа електронів, що потрапили в детектор, до повного числа електронів даної енергії, випущених джерелом. Добуток світлосили бета-спектрометра на площу джерела називається світністю і виражається в см2. Чим більша світність, тим чутливіший бета-спектрометр.
Розрізняють бета-спектрометри, що вимірюють енергію електронів за їхнім впливом на речовину, і бета-спектрометри, що просторово розділяють електрони різних енергій в електричному і магнітному полях. До приладів 1-го типу належать іонізаційні камери, сцинтиляційні лічильники, напівпровідникові детектори. Їхня дія зводиться до перетворення в речовині енергії електронів на електричні імпульси. Перевага бета-спектрометрів цього типу — можливість одночасної реєстрації практично всього спектра за допомогою багатоканальних амплітудних аналізаторів; істотний недолік — низька роздільна здатність ΔΕ/Ε, особливо для повільних електронів. В іонізаційних камер і сцинтиляційних лічильників ΔΕ/Ε зазвичай ≈ 10% , у НП детекторів ≈ 5—20% .
Бета-спектрометри з просторовим розділенням електронів мають, як правило, значно більшу роздільну здатність; область їхнього застосування значно ширша, попри складність виготовлення. Електричне (Е) або магнітне (Н) поле розділяє електрони з різними енергіями і фокусує моноенергетичні електрони, що вилетіли з джерела в певному тілесному куті. Напруженість поля повинна підтримуватися сталою з точністю ΔH/H=10-6. Просторове розділення електронів відбувається у вакуумній камері (тиск 10-4—10-9 мм рт. ст.). Земне магнітне поле екранується або компенсується з точністю до 10-4Е.
Першим магнітним бета-спектрометром був спектрометр, побудований у 1912 польським фізиком Я. Данишем. У ньому електрони в однорідному магнітному полі рухаються в площині по колу, радіус якого r пропорційний імпульсу електронів p і обернено пропорційний магнітній індукції В. У магнітному бета-спектрометрі зручно вимірювати імпульс в одиницях Вρ (Гс•см). У бета-спектрометрі з однорідним поперечним магнітним полем здійснюється фокусування електронів при найбільших кутах вильоту з джерела в площині, перпендикулярній В. Зображення джерела виходить при повороті радіуса-вектора електрона на 180° (бета-спектрометр з півколовою фокусуванням); у площині, паралельній В, електрони рухаються по спіралі (рис. 2). Електрони, що вилітають з джерела, фокусуються в площині, паралельній В і перпендикулярній напрямку вильоту електронів з джерела. Попри малу світлосилу, такі бета-спектрометри часто застосовуються через простоту і можливість абсолютного вимірювання енергії. Детектором зазвичай слугують фотопластинки (див. Ядерна фотографічна емульсія).
Рис. 2. Схема траєкторій електронів у магнітному β-спектрометрі з однорідним магнітним полем (з півколовою фокусуванням). Електрони, що вилетіли з джерела в напрямку, перпендикулярному В, у вигляді плоского розбіжного пучка з кутовою шириною φ, після повороту на 180° фокусуються на фотопластинці, що лежить у площині, паралельній В. Фокусування за кутом ψ (у площині, паралельній В) відсутнє.
У 1946 швед. вчені Н. Свартхольм і К. Сігбан створили магнітний бета-спектрометр з подвійним фокусуванням, у якому магнітне поле перпендикулярне до траєкторій електронів, але не однорідне, а спадає з радіусом ρ, як 1/ρ. У ньому здійснюється фокусування 1-го порядку за кутом φ і 2-го — за кутом ψ (рис. 2). Кут між радіусами-векторами джерела і його зображенням дорівнює π√2 (називається також бета-спектрометр типу π√2). У фокальній площині Δр/р≈0,1% і зберігається при зменшенні енергії електронів до кількох еВ. Магнітне поле в бета-спектрометрі типу π√2 створюється або котушками зі струмом, або залізними електромагнітами з профільованими полюсами. У 1960 в Канаді був створений безжелезний β-спектрометр з ρ=1 м, Δp/р=0,01% при світлосилі 0,06% (Р. Л. Грем, Дж. Т. Юен, Дж. С. Гейгер). Роздільна здатність найкращих β-спектрометрів типу π√2 із залізом теж досягає 0,03%, однак вона сильно погіршується при переході до повільних електронів. Для детектування електронів застосовуються фотопластинки, Гейгера лічильники, НП детектори й електронні помножувачі.
У тороїдальному бета-спектрометрі Владимирського магнітне поле створюється тороїдальною котушкою зі струмом. Джерело і детектор розташовані на осі котушки. Електрони входять у поле і виходять з нього через зазори між витками, форма яких забезпечує фокусування електронів у великому інтервалі кутів вильоту. Світлосила таких бета-спектрометрів може перевищувати 20%. Для аналізу спектра повільних електронів застосовуються електростатичні бета-спектрометри з аналізатором у вигляді сферичного конденсатора. Джерело і детектор перебувають поза електричним полем E, перпендикулярним до траєкторій частинок. Для нерелятивістських електронів здійснюється подвійне фокусування. Електростатичні бета-спектрометри мають добру роздільну здатність (до 0,05%) при світлосилі 0,1%. Повільні електрони на виході електростатичних бета-спектрометрів зазвичай реєструються системою електронних помножувачів.
У 1946 швед. вчені Н. Свартхольм і К. Сігбан створили магнітний бета-спектрометр з подвійним фокусуванням, у якому магнітне поле перпендикулярне до траєкторій електронів, але не однорідне, а спадає з радіусом ρ, як 1/ρ. У ньому здійснюється фокусування 1-го порядку за кутом φ і 2-го — за кутом ψ (рис. 2). Кут між радіусами-векторами джерела і його зображенням дорівнює π√2 (називається також бета-спектрометр типу π√2). У фокальній площині Δр/р≈0,1% і зберігається при зменшенні енергії електронів до кількох еВ. Магнітне поле в бета-спектрометрі типу π√2 створюється або котушками зі струмом, або залізними електромагнітами з профільованими полюсами. У 1960 в Канаді був створений безжелезний β-спектрометр з ρ=1 м, Δp/р=0,01% при світлосилі 0,06% (Р. Л. Грем, Дж. Т. Юен, Дж. С. Гейгер). Роздільна здатність найкращих β-спектрометрів типу π√2 із залізом теж досягає 0,03%, однак вона сильно погіршується при переході до повільних електронів. Для детектування електронів застосовуються фотопластинки, Гейгера лічильники, НП детектори й електронні помножувачі.
У 1946 швед. вчені Н. Свартхольм і К. Сігбан створили магнітний бета-спектрометр з подвійним фокусуванням, у якому магнітне поле перпендикулярне до траєкторій електронів, але не однорідне, а спадає з радіусом ρ, як 1/ρ. У ньому здійснюється фокусування 1-го порядку за кутом φ і 2-го — за кутом ψ (рис. 2). Кут між радіусами-векторами джерела і його зображенням дорівнює π√2 (називається також бета-спектрометр типу π√2). У фокальній площині Δр/р≈0,1% і зберігається при зменшенні енергії електронів до кількох еВ. Магнітне поле в бета-спектрометрі типу π√2 створюється або котушками зі струмом, або залізними електромагнітами з профільованими полюсами. У 1960 в Канаді був створений безжелезний β-спектрометр з ρ=1 м, Δp/р=0,01% при світлосилі 0,06% (Р. Л. Грем, Дж. Т. Юен, Дж. С. Гейгер). Роздільна здатність найкращих β-спектрометрів типу π√2 із залізом теж досягає 0,03%, однак вона сильно погіршується при переході до повільних електронів. Для детектування електронів застосовуються фотопластинки, Гейгера лічильники, НП детектори й електронні помножувачі.