Спектрометрия с использованием ионизационных камер.

Спектрометрия с использованием ионизационных камер.

Ионизационные импульсные кaмepы для альфа-спектрометрического анализа делятся на ионно- и электронно-импульсные. В большинстве случаев в ионизационных альфа-спектрометрах применяют злектронно-импульсные камеры - камеры с сеткой, в которых импульсы на выходе не зависят от расположения или от ориентации следа частицы в камере. Сетка находится между электродами и поддерживается под соответствующим промежуточным потенциалом. Собирающий электрод имеет положительный потенциал (относительно других). Образец, испускающий альфа-частицы, укрепляют на заземленном электроде. Таким образом, ионизация происходит в пространстве между заземленным электродом и сеткой. Сетка экранирует собирающий электрод от заряженных частиц в то время, когда они находятся в пространстве, между сеткой и заземленным электродом. Так как положительные ионы остаются в этом пространстве, они не индуцируют заряда на собирающем электроде. Подбирая размеры ячеек в проволочной сетке, расстояния и потенциалы между электродами, можно добиться таких условий, при которых ни один электрон не будет задержан положительной сеткой. Поскольку подвижность электронов приблизительно в 100 раз выше, чем ионов, постоянная времени таких камер составляет 0, 1-0, 01 мс. Для наполнения камер используют смесь аргона с метаном (5-10 %), с углекислым газом (2-4 %) и с азотом (2-4 %); причем необходима высокая чистота газа наполнителя.

Энергетическое разрешение лучших образцов ионизационных импульсных камер (ИК) достигает 15-20 кэВ. Обычно геометрический коэффициент при измерениях в таких камерах равен 0. 5, что дает возможность в течение нескольких часов получать спектры изотопов активностью 0, 004-0, 04 Бк. Известны работы, в которых получили разрешающую способность 35 кэВ для ИК с двойной сеткой (одна сетка использовалась для электронной коллимации). Однако ИК без сетки, но с механической коллимацией, имеет разрешающую способность 585 кэВ. Такие ИК использовались ранее при определении энергии альфа-частиц по длине пробега в газовых средах.

Для выравнивания электрических полей в краевых областях использовались цилиндрические электроды, при этом достигалась разрешающая способность 55 кэВ.

Применительно к сферическим ИК с гелием (³Hе) рассматривали искажения спектров импульсов, которые возникали в результате индукционного и стеночного эффектов. Расчетные кривые показывали величину этих эффектов в зависимости от параметров камеры и наполняющей газовой смеси.

Спектрометрия с пропорциональными счетчиками

Пропорциональный счетчик обладает, несомненно, худшим разрешением по сравнению с ионизационной камерой, снабженной сеткой, так как процесс размножения дает дополнительное уширение пика, хотя большое усиление приводит к уменьшению роли шумов электронной аппаратуры. Недостаточная однородность нити также может влиять на разрешение. В ряде работ дается теория электронного усиления и зависимость энергетического разрешения от состава газа. Лучшая ширина на половине высоты дика для детекторов с различным составом газа составляла около 50 кэВ.

Для уменьшения фона электронов в счетчике иногда применяют магнитное поле.

Спектрометрия со сцинтилляционными детекторами

Спектрометрия альфа-частиц на сцинтилляционном спектрометре имеет ряд особенностей. Спектр частиц также измеряют при анализе амплитудного распределения импульсов с выхода фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Вся система, спектрометра, включая сцинтиллятор, ФЭУ и усилитель, должна быть линейна (это сохраняет пропорциональность между энергией частицы и амплитудой импульса). С увеличением удельной ионизации световой выход всех сцинтилляторов уменьшается. Следовательно, выход света из сцинтиллятора меньше для тяжелой частицы, чем дня легкой, при условии, что обе частицы теряют в сцинтилляторе одинаковую энергию.. Такое уменьшение светового выхода более значительно для органических сцинтилляторов, чем для неоргалических, поэтому в спектрометрии тяжелых частиц используют монокристаллы NaJ(Tl) и CsJ(Tl).

Ддя того чтобы импульсы от легких частиц (электроны), создаваемых фоновым β - и γ - излучением, были как можно меньше, толщину сцинтиллятора подбирают примерно равной про-бегу в нем тяжелой частицы. Пробег легкой частицы не укладывается в тонком сцинтилляторе. Следовательно, лишь часть энергий поглощается в нем, что позволяет осуществить амплитудную дискриминацию импульсов фона на входе анализатора. Так как пробеги тяжелых частиц в твердых веществах малы, сцинтилляторы в таких спектрометрах используют без упаковки, стенки которой могут интенсивно поглощать тяжелые частицы. Сцинтилляционный альфа-спектрометр с кристаллом CsJ(Tl) имеет разрешение около 150 кэВ при энергии альфа-частиц около 5 Мэв.

В процессе исследования влияния геометрии сцинтиллятора и чувствительности катода на разрешающую способность детектора при альфа-спектрометрии обнаружили существенное улучшение разрешающей способности жидкостного сцинтилляционного (ЖС) детектора, имеющего неоднородный фотокатод при использовании. кюветы с рефлектором в форме шарового свода. Улучшением геометрического фактора при собирании света достигнуто энергетическое разрешение 230 кэВ для 232Th (Е = 4000 кэВ).