Фотоэлектронные умножители

1 - фотокатоды, 2 –_a диафрагмы, 3 – диноды, 4 – делители напряжения, R_a – анодная нагрузка

Фотокатод – полупрозрачный слой с минимальной работой выхода, нанесённый на стекло.

Средний пробег фотонов с l ~ 300 нм в полупрозрачном сурьмяно-цезиевом фотокатоде ~ 10^-5 см, пробег электронов много меньше

Конверсионная эффективность фотокатода C_к – вероятность выбивания фотоном электрона

0,05 < C_к < 0,15.

Задача Определить среднюю энергию, затрачиваемую на образование одного фотоэлектрона в сцинтилляционном детекторе с C_ф = C_к = 0.1

Диноды Коэффициен­т вторичной эмиссии b - отношение числа вторичных электронов к числу первичных.

b = f(E_e), E_e = f(U) b_max (U) £ 7

Коэффициент усиления ФЭУ М = bⁿ (n - число динодов £ 12).

Задача. Оценить максимальное значение амплитуды импульса сцинтилляционного детектора с кристаллом NaI(Tl) в котором полностью поглотился электрон с энергией 1 МэВ. Принять C_s = C_k =0,1; ФЭУ имеет 10 динодов с b = 3.5. Входная ёмкость амплитудного анализатора 50 пикофарад. RC >> t

V ={(E_e/hn/ C_s C_k)e/C}(3,5)¹⁰ = (10⁶*10^-2 /2,8)(1,610^-19/510^-11) 3,410⁵ = 3,4 В

Характеристики сцинтилляционного детектора

.

Форма линии. ППП определяется вероятностью фотоэффекта (s_ф ~ Z⁵) и многократного рассеяния (s_к ~ Z). Два и более взаимодействий – один сигнал

Амплитудное распределение импульсов сцинтилляторов NaJ(Tl) (а) стильбена (б)

Энергетическое разрешение

Для неорганических кристаллов NaJ(Tl) численные значения коэффициентов составляют: d² = 210^-4, с =10^-3, где E - поглощенная энергия в мегаэлектронвольтах.

Задача. Оценить энергетическое разрешение сцинтилляционного детектора с кристаллом NaJ(Tl) для E – 0.5 и 5.0 МэВ по двум формулам C_k = C_c = 0,1.

h = 4,6%, 2% h = 4,9% , 1,5%

Задача. Оценить возможность разделения по энергии двух гамма-линий источника ⁶⁰Cо с энергиями 1.17 МэВ и 1.33 МэВ спектрометром c NaJ(Tl)

G(V,E) (аппаратурная_форма линии) - функция распределения по ампли­тудам импульсов при условии, что в источнике рождаются  -кванты с энергией Е, обяза­тельно затем попадают в детектор и обязательно им регистрируются.

(Е)_d - эффективность детектора - вероятность получить сиг­нал о регистрации, если частица (или квант) попала в чувствительный объем

(Е) - эффективность спектрометра (светосила), характеризует вероятность для -кванта, рож­денного в источнике с энергией Е, попасть в виде первичного или вторичного гамма- кванта в чувствительный объем детектора и создать регистрируемый сигнал. Она зависит от свойств источника, и от геометрии эксперимента, от характеристик зашиты и от свойств детектора.

_ППП - эффективность по пику полного поглощения энергии  -кванта

p (Е) - фотовкпад - вероятность полного поглощения энергии = S_ППП/S_полн в амплитудном распределении

_ППП (Е) = p(E_o)(Е)_d

Форма пика полного поглощения (из ЦПТВ) гауссиан.

Для NaI(Tl)

² 210^-4 + 10^-3 (1 МэВ) =310^-2,

З адача. Оценить скорость счета цилиндрического детек­тора NaJ(Tl) диаметром 4 м и высотой 4 см при измерении ⁴⁰K поч­ве в полевых условиях.

• Массовое содержание калия в земной коре 2,4 %,

• _почвы 1,5 г/см³

• концентрация ⁴⁰K в естественной смеси - 0,012 %,.

• Т_1\2= 1,310⁹ лет,

• E_ = 1,4 МэВ, квантовый выход =10,7 %,

• _почвы  _Al(1,4 МэВ) = 0.14 см^-1

q = ?

 [/см²с}- плотность потока над плоскостью с равномерным объёмным источником q по глубине ?

 = ?

_ППП = ?

для NaJ(Tl) диаметром 4см и высотой h = 4 см:

• p(1,4 МэВ) = 0,2

•  = 0,17 см^-1

n = S_ппп = ?

где S - площадь поверхности детектора.

При  = 0,03 без учёта фона

T_изм = ?

Фон гамма- излучения с E_ > 1.4 МэВ продуктов распада в цепочках ²³²Th, ²³⁸U) В урановом ряду ²¹⁴Bi(E_ =1.76), в ториевом -²⁰⁸Tl(E_ =2.62).

0.8Бк\г = 1. Бк\см³  = 0.3/см² _ППП = 0,15 n = 0,6 имп/с T_изм = 20 мин