книги из ГПНТБ / Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами

тронов с энергией 600 кэВ при уменьшении угла падения от 90 до 15° коэффициент обратного рассеяния возрастает почти втрое.

Т а б л и ц а 4.2

Коэффициенты обратного рассеяния и потерь на торможение

В работе [6] также показано, что при энергиях электронов выше 1 МэВ в искажение аппаратурного спектра значительный вклад вносят энергетические потерн на торможение электронов с вылетом кванта образованного тормозного излучения из чув­ ствительной области детектора. Согласно табл. 4.2, для элек­ тронов с энергией 1200 кэВ потери на торможение составляют 50% общих потерь. Это приводит к дополнительному искажению аппаратурного спектра. В таких случаях исправление искажен­ ного электронного спектра с учетом только обратного рассея­ ния может привести к большим погрешностям. В подобных слу­ чаях прибегают к решению интегрального уравнения, связы­ вающего истинный и приборный спектры. Для расчета искомого

в которой f(W, К) представляет собой форму линии спектро­ метра, состоящую из пика полного поглощения и распределения импульсов, появившегося в измеренном спектре в результате всевозможных искажений. Хотя данный способ исправления ап­ паратурного спектра трудоемок и требует сложных машинных вычислений, тем не менее он наиболее точный и полный, так как с его помощью учитывают почти все виды искажений.

Искажающее влияние эффекта обратного рассеяния элек­ тронов на форму аппаратурного спектра можно свести к мини­ муму экспериментальным путем, если использовать 4л-геомет- рию, т. е. расположить исследуемый источник между двумя кремниевыми полупроводниковыми детекторами, обращенными друг к другу чувствительными поверхностями, и анализировать

170

амплитудное распределение суммарных импульсов. В результа­ те суммирования импульсов от первичных электронов в одном ППД с импульсами от обратно рассеянных электронов в дру­ гом на выходе устройства суммирования появляются импульсы, по амплитуде пропорциональные энергиям падающих электро­ нов.

Здесь необходимо заметить, что при исследовании подоб­ ными спектрометрами источников, испускающих при распаде совпадающие во времени электроны (например, ё—ё пли р—ё), в измеренном спектре дополнительно появляется соот­ ветствующее суммарное распределение. Оно может существенно исказить, например, форму исследуемого непрерывного |3-спек- тра. Это накладывает ограничения на область использования 4я-электронных спектрометров. При их помощи хорошо изучать такие электронные излучатели, которые не испускают в каскаде электронов. К таким источникам относятся чистые р_или е~-излучатели пли же сложные р_-излучатели, в которых мало конвертировано сопровождающее у-излучение. В последнем слу­ чае хотя искажение спектра за счет суммирования р-частиц и конверсионных электронов будет ничтожным, однако в зави­ симости от энергии совпадающего у-излучения и толщины чув­ ствительной области используемых детекторов может появиться другой вид искажения спектра — за счет суммирования им­ пульсов от р_-частиц с импульсами от у-квантов, рассеянных

171

в измеренном спектре электронов существенно уменьшить не­ прерывное комптоновское распределение.

Наглядная картина, показывающая возможности метода, получена авторами работы [21] при снятии спектра смеси изо­ топов биСо и 207Bi при помощи телескопа. Этот спектр представ­

тор (верхний) предназначен для регистрации конверсионных электронов, а вторым детектором (нижним) регистрируется рентгеновское Л'^-излученне, совпадающее во времени с кон­ версионными электронами. Для предотвращения попадания электронов в нижний детектор между последним и источни­ ком располагается бернллиевый поглотитель определенной толщины. В канале регистрации рентгеновского излучения осу­ ществляется настройка окна дискриминатора на пик полного поглощения Кт-излучения. Импульсы с верхнего детектора для анализа подаются на вход анализатора, а на второй его вход поступают управляющие сигналы с выхода быстрой схемы совпадений. В полученном таким способом спектре влияние мешающего излучения значительно уменьшается, что приводит к упрощению формы аппаратурной линии и увеличению чув­ ствительности спектрометра. На рис. 4.10 приведен спектр кон­ версионных электронов изотопа 124Sb, наглядно демонстри­ рующий степень подавления мешающего сопутствующего излу­ чения и высокую чувствительность спектрометра к слабоинтен­ сивным конверсионным пикам, не обнаруживающимся в спект­ ре, снятом без устройства совпадений.

В заключение рассмотрим некоторые требования, предъяв­ ляемые к изготовлению источников электронов [13]. Известно, что изготовление p-активных образцов сопряжено с большими труд-

174

иостями. Источник необходимо изготовлять в виде тонкого слоя на подложке нз фольги для уменьшения влияния поглощения (3-частиц в образце и их обратного рассеяния.

Поглощение в материале образца приводит к уменьшению энергии (3-частиц, а обратное рассеяние — к увеличению числа

Рис. 4.8. Электронные спектры смеси изотопов 60Со и 207Bi, измеренные в режимах:

«о *—простого суммирования импульсов на выходах d E fd x - и £-детекторов; б — сумми­ рования с совпадениями.

тель

Рис. 4.9. Структурная схема электронного спектрометра совпадений.

175

электронов малой энергии, что вносит 'искажение в измеряемый {3-спектр. Кроме того, избыток электронов малой'энергии очень затрудняет анализ сложного спектра, особенно для компонен­ тов с низкой граничной энергией. Помимо этого, можно сделать ошибочный вывод о существовании мягкого компонента, хотя на самом деле он отсутствует. Многочисленные исследования показывают, что подложки для нанесения активности следует изготовлять из вещества с малым порядковым номером, напри­ мер, из органических соединений или тонкой алюминиевой фольги.

I-

L

Органические вещества, применяемые в качестве подложек, как правило, хорошие изоляторы, поэтому может произойти электростатическая зарядка источника, что приведет к измене­ нию энергии испускаемых электронов. Во избежание искаже­ ний (3-спектра источник-надо заземлить с помощью проводя­ щей полоски, слоя коллоидного графита или напыленного ме­ талла.

В настоящее время пленки для подложек в основном изго­ товляют из целлулоида или полихлорвинила с поверхностной плотностью 8-М 0 мкг/см2, которые металлизируются золотом с поверхностной.плотностью 10-4-15 мкг/см2. Некоторые авторы для металлизации рекомендуют сплав золота с 20% палладия, что улучшает проводимость поверхностного слоя и позволяет довести толщину проводящего слоя до 5—6 мкг/см2.

176

Глава 5

СПЕКТРОМЕТРИЯ ЖЕСТКОГО у-ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 5.1. ППД ДЛЯ у-СШЗКТРОМ ё т р и и

Физические процессы, лежащие в основе взаимодействия у-квантов с веществом, достаточно полно рассмотрены в фун­ даментальных работах [1, 2]. Поэтому в настоящем разделе мы не будем подробно касаться этих вопросов.

Процесс регистрации у-квантов в большинстве типов ди­ скретных детекторов основан на передаче энергии кванта элек­ трону, который «образуется» в результате этого взаимодейст­ вия. (Строго говоря, электрон не всегда образуется в результате взаимодействия у-кванта с веществом, так как при фотоэффекте и комптоновском рассеянии энергия у-кванта передается уже существующему электрону. Лишь при эффекте образования пар (при Е у> 2 т 0с2) происходит «рождение» электрона и пози­ трона. Тем не менее для упрощения дальнейшего изложения мы будем использовать не совсем корректное выражение «образо­ ванный электрон», понимая под этим сказанное выше.) Вероят­ ность образования электрона при взаимодействии у-кванта с веществом определяется сечениями фотоэлектрического погло­ щения, комптоновского рассеяния и эффекта образования элек- трон-позитронных пар.

В результате передачи путем ионизационных потерь энергии электрона веществу детектора выходной сигнал последнего может иметь дисперсию. Дисперсия выходного сигнала детек­ тора определяется статистической природой передачи энергии электрона веществу детектора.

Следует учитывать, что образованный в результате взаимо­ действия у-кванта с веществом электрон —■единственный но­ ситель информации об энергии у-кванта. Вероятностный харак­ тер передачи энергии у-кванта электрону уже определяет неоднозначность связи энергии образованного электрона с энер­ гией у-кванта. Поэтому на этой первой ступени процесса пере­ дачи информации электрон — вторичный носитель информации об энергии у-кванта (первичной информации). Вторая ступень передачи информации — процесс создания сигнала в детекторе. Искажения первичной информации, сопутствующие первой и второй ступеням ее передачи, приводят к тому, что аппаратур-

178

ныи спектр (распределение сигналов детектора) существенна отличается от истинного (распределения энергий у-квантов).

Указанные процессы необходимо точно учитывать при рас­ смотрении . особенностей спектрометрии у-квантов полупровод-

Рис. 5.1. Сечения взаимодействия у-квантов с полупровод­ никовыми материалами.

никовым детектором. Наиболее широко используют для этой цели детекторы на основе кремния и германия. Сечения взаимо­ действия у-квантов с этими материалами приведены нарис. 5.1. На этом же рисунке показаны зависимости пробега электронов в данных материалах от энергии. Таким образом, зная пробег

179