Спектрометрия с использованием твердотельных трековых детекторов альфа-частиц

Спектрометрия с использованием твердотельных трековых детекторов альфа-частиц

Определить энергию альфа-частиц можно не только по пробегу в газах и жидкостях, но и по следам - трекам, оставленными частицами в твердых средах. Применение фотоэмульсии для этих целей известно давно. Однако больший эффект в настоящее время дает использование других твердотельных трековых детекторов (ТТД).

Свойствами ТТД обладают: триацетатцеллюлозы, стекла, слюды, но эти детекторы необходимо специальным способом обрабатывать перед операцией измерения длины пробега. Энергию альфа-части можно определить с разрешающей способностью 500 кэВ.

 

Спектрометрия с использованием полупроводниковых детекторов

Наибольшее распространение в спектрометрии альфа-излучений актиноидов получили полупроводниковые детекторы (ППД). Основные преимущества таких детекторов - хорошее энергетическое разрешение ²⁴¹Am (9-25 кэВ, Е= 5486 кэВ), линейность сигнала в широком диапазоне энергий, низкая фоновая активность детекторов, а также небольшие размеры и удобство в эксплуатации. По энергетическому разрешению альфа-спектрометры с ППД уступают лишь магнитным спектрометрам, в то же время значительно превосходя их по эффективности регистрации. Для измерения короткопробежных альфа-частиц (пробег менее 1мм) используют поверхностно-барьерные детекторы из кремния n-типа с золотым электродом, нанесенным на поверхность в виде тонкого слоя. Толщина напыленного металлического электрода., а для альфа-частиц - " мертвого слоя" (окно), составляет менее 5· 10^-5 мм, поэтому потери энергии в окне меньше10 кэВ. Для измерения спектров альфа-частиц необходимо, чтобы их пробег R полостью укладывался в чувствительном слое детектора. Глубина чувствительной области должна быть достаточной для спектрометрии α -излучения с энергией до 10 МэВ. Возможно использование в этих спектрометрах и кремниевых диффузионно-дрейфовых детекторов.

 

Градуировка альфа-спектрометров

Градуировка альфа-спектрометров осуществляется с помощью образцовых спектрометрических источников.

Образцовые спектрометрические источники ионизирующих излучений в общем случае являются мерами энергии излучения и внешнего излучения данной энергии или активности радионуклида.

Определены три важнейшие характеристики спектрометрических α -источников:

• наиболее вероятная энергия испускаемых α -частиц Еα;
• собственное энергетическое разрешение η ист;
• внешнее α -излучение по данной линии.

Поясним необходимость введения для спектрометрических α -источников таких параметров, как Еα и η _ист. Поскольку активный слой источника имеет конечную толщину h, он будет испускать не моноэнергетическое α -излучение с энергией Е₀ (Е₀ - кинетическая энергия α -частицы, соответствующая данному переходу), а некоторое распределение с наиболее вероятным значением энергий Еα, причем Еα < Е₀ из-за потерь энергии α -частиц в активном слое источника. Это распределение характеризуется также определенной шириной. На рис. 3. 2 приведена форма спектров α -излучения источников с различной толщиной активного слоя.

По мере увеличения соотношения h/R_o (R_o - пробег α -частиц данной энергии в материале активного слоя) этот спектр уширяется и сдвигается в сторону меньших энергий. Степень искажения распределения вылетающих из источника α -частиц характеризуется собственным энергетическим разрешением источника η _ист - шириной энергетического распределения α -частиц, испускаемых источником, измеренной на половине высоты этого распределения. Иногда этот параметр называют собственной полушириной α -линии или собственной шириной α -линии на половине высоты.

 

Рис. 3. 2 Расчетная форма спектра α -источника с различной толщиной активного слоя h.

Одними из первых спектрометрических источников были разработаны источники из ²²⁶Ra и RdTh(²²⁸Th). В результате использования специальной технологии в них сохраняется газообразная эманация и, следовательно, весь последующий радиоактивный ряд. В результате, источники испускают несколько моноэнергетических групп α -частиц в широком энергетическом диапазоне. На рис. 3. 3 и 3. 4 приведены аппаратурные α -спектры неэманирующих источников из ²²⁶Ra и RdTh, измеренные на альфа-спектрометре с кремниевым поверхностно-барьерным детектором. Следует отметить, что спектры α -излучения этих радионуклидов не имеют тонкой структуры, что исключает дополнительное искажение аппаратурного α -спектра. Все эти обстоятельства делают источники весьма перспективными не только для градуировки спектрометров, но и для определения ряда их параметров. На рис. 3. 5 изображен α -спектр неэманирующего источника ²²⁶Ra, полученный на спектрометре с ППД при разном рабочем напряжении детектора. Как видно из этого рисунка, при увеличении напряжения форма линии спектра, принадлежащей RaC' (Еα =7, 68МэВ), улучшается и сдвигается в сторону более высоких энергий. При напряжении 19, 5 В положение пика стабилизируется, а энергетическое разрешение становится сравнимым с энергетическим разрешением, измеренным по другим пикам. Этот факт указывает на то, что при данном напряжении толщина чувствительной области детектора становится сравнимой с пробегом α -частиц RaC' в материале ППД. Таким образом, источник ²²⁶Ra (как и RdTh) может быть использован для экспериментальной проверки толщины чувствительной области ППД.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: