Взаємодія електронів (позитронів) з речовиною. Детектори електронів.

При проходженні через речовину електрони втрачають енергію за рахунок електромагнітних взаємодій з електронами атомів та ядрами атомів.

При енергіях менше 5-10 МеВ втрати обумовлені збудженням та іонізацією атомів. Наслідком взаємодії є багатократне розсіювання електронів та утворення іонів. Нехай на поверхню речовини (рідина, тверде тіло) попадає пучок моно енергетичних електронів з паралельними імпульсами спрямованими у одному напрямку у речовині. На деякій глибині речовини орієнтація імпульсів електронів стане ізотропною. Крім того, за рахунок іонізації, у енергетичному спектрі з’являться електрони і менших енергій.

При енергіях понад 10-50 МеВ починають переважати радіаційні втрати. У полі атомного ядра (позитивний заряд), електрони спочатку прискорюються, а потім гальмуються, виникає гальмівне електромагнітне випромінювання. Внаслідок електрони втрачають енергію і з речовини вилітає гальмівне випромінювання з неперервним енергетичним спектром.

Радіаційні та іонізаційні втрати зрівнюються при критичній енергії електронів , яка залежить від– заряду ядра атома речовини через яку проходять електрони

(14)

Траєкторія -частинок у речовині не е прямолінійною завдяки тому, що вони зазнають значного розсіювання у кулонівському полі атомів. Тому поняття пробігу-частинки (електрона) для речовини не є однозначним. Число електронів, що пройшли через речовину, постійно зменшується із збільшенням товщини речовини та відповідно із зменшенням енергії. Для електронів можна визначити тільки величинумаксимального пробігу – товщину речовини, яка повністю поглинає всі електрони у випадку неперервного спектру. Пробіг електрона залежить від початкової енергії електрона і заряду ядра атомів речовини поглинача. Для алюмінію пробіг електронів може бути визначений з виразів:

для енергій 0,7<Е<1,2 (15)

для енергій 1,2<Е<3 (16)

Максимальний пробіг електронів звичайно вимірюють у одиницях довжини (метри, сантиметри та міліметри і т.д.). Зручніше вказувати його у «масових одиницях» тобто масі речовини поглинача що приходиться на одиницю площі (г/см²). Для переходу від одних одиниць до других необхідно знати густину речовини поглинача.

Методика визначення максимальної енергії -частинок

Методика визначення максимальної енергії -частинок експериментальним методом.

Точне визначення енергії -частинок і відповідно їх максимальної енергії можливе тільки з допомогою магнітних -спектрометрів, напівпровідникових чи, сцинтиляційних спектрометрів. Однак оцінити максимальну енергію можна методом поглинання з точністю до 5%. Для цього необхідно провести виміри залежності швидкості лічби детектора бета-випромінювання від товщини алюмінієвого поглинача розміщеного між детектором та джерелом, що досліджується. Одержані експериментальні дані можна використати для визначення товщини повного поглинання бета частинок (максимального пробігу), чи для визначення товщин кратного послаблення. Маючи експериментальні дані, можна оцінити максимальну енергію бета частинок користуючись довідниковими даними про максимальних пробіг чи товщини кратного послаблення.

Визначення товщини повного поглинання (максимального пробігу).

У цьому випадку виникають труднощі у зв’язку з тим, що крива поглинання -частинок має експоненціальний характер. Для визначення максимального пробігу будують графік залежності логарифму інтенсивності пучка (швидкості лічби) -частинок від товщини поглинача . Знаходиться, методом екстраполяції точка перетину кривої поглинання з лінією фону (рис. 6). Слід відмітити, що рівень фону звичайно невеликий і вимір його з достатньою точністю потребує багато часу.

Знаючи максимальний пробіг -частинок, наприклад, в алюмінієвому поглиначу можна знайти максимальну енергію -частинок з графіка, приведеного на рис.ІД у додатку до роботи.

Оцінка похибки у визначенні максимальної енергії -частинок проводиться у такий спосіб. На графік залежності відкладають для кожного значення три значення , та . Проводять 3 лінії , та і знаходять відповідно три точки перетику з лінією фону , , . Знаходимо три значення максимального пробігу , , . Користуючись графіком що на рис. 7, знаходимо відповідні значення енергії , , .

Рис. 6. Залежність логарифма інтенсивності швидкості лічби детектора бета частинок від товщини алюмінієвих поглиначів.

Рис. 7. Залежність швидкості лічби детектора бета частинок від товщини А1 поглинача

Визначення товщин кратного послаблення

У цьому випадку можна скористуватись графіком залежності інтенсивності пучка -частинок від товщини поглинача. На графіку слід відмітити точки коли інтенсивність пучка (швидкість лічби) зменшується в разів. п може приймати значення 1, 2, 3, , що відповідає зменшенню інтенсивності у 2, 4, 8, разів (див рис. 7) .

Після цього, знаючи товщини кратного послаблення швидкості лічби (інтенсивності), можна з допомогою графіків приведених на рис 2Д у додатку визначити максимальну енергію бета частинок.

Розпад нестабільних ізотопів (джерело -частинок)

В даній роботі використовуються джерела бета-частинок, що містять ізотоп . Схема розпаду даного ізотопу приведена на рис. 8.

Рис. 8. Схема розпаду нестабільного ізотопу , що випромінює -частинки.