БЕТА-СПЕКТРОМЕТР

БЕТА-СПЕКТРОМЕТР

       

прибор для измерения энергетич. распределения (спектра) эл-нов и позитронов, вылетающих при b-распаде, а также конверсионных эл-нов и эл-нов, возникающих при вз-ствии с в-вами гамма-, рентгеновского и др. излучений. Осн. хар-ки Б.-с.— разрешающая способность и светосила. Разрешающая способность характеризует наименьшее различие в энергии эл-нов, к-рое может быть зарегистрировано Б.-с.

Рис.1. Спектр конверсионных эл-нов 170Tm: р — импульс в Гс•см, N — число эл-нов.

При изменении энергии или импульса эл-нов получается нек-рое распределение, содержащее максимумы (рис. 1). Отношение ширины максимума на половине высоты к энергии ? или импульсу р эл-нов (D?/? или Dр/р) наз. разрешающей способностью Б.-с. Светосила Б.-с. равна отношению числа эл-нов, попавших в детектор, к полному числу эл-нов данной энергии, испущенных источником. Произведение светосилы Б.-с. на площадь источника наз. светимостью и выражается в см2. Чем больше светимость, тем чувствительнее Б.-с. Различают Б.-с., измеряющие энергию эл-нов по их воздействию на в-во, и Б.-с., пространственно разделяющие эл-ны разл. энергий в электрич. и магн. полях. К приборам 1-го типа относятся ионизационные камеры, сцинтилляционные счётчики, полупроводниковые детекторы. Действие их сводится к превращению в в-ве энергии эл-нов в электрич. импульсы. Достоинство Б.-с. этого типа — возможность одноврем. регистрации практически всего спектра с помощью многоканальных амплитудных анализаторов; существ. недостаток — низкая разрешающая способность D?/?, особенно для медленных эл-нов. У ионизац. камер и сцинтилляц. счётчиков D?/? обычно = 10% , у ПП детекторов =5—20% .

Б.-с. с пространств. разделением эл-нов имеют, как правило, гораздо большую разрешающую способность; область их применения значительно шире, несмотря на сложность изготовления. Электрич. (Е) или магн. (Н) поле разделяет эл-ны с разными энергиями и фокусирует моноэнергетич. эл-ны, вылетевшие из источника в определ. телесном угле. Напряжённость поля должна поддерживаться постоянной с точностью DHlH=10-6. Пространств. разделение эл-нов происходит в вакуумной камере (давление 10-4—10-9 мм рт. ст.). Земное магн. поле экранируется или компенсируется с точностью до 10-4Э. Первым магн. Б.-с. был спектрометр, построенный в 1912 польск. физиком Я. Данышем. В нём эл-ны в однородном магн. поле движутся в плоскости по окружности, радиус к-рой r пропорц. импульсу эл-нов р и обратно пропорц. магн. индукции В. В магн. Б.-с. удобно измерять импульс в единицах Вr (Гс•см). В Б.-с. с однородным поперечным магн. полем осуществляется фокусировка эл-нов при наибольших углах вылета из источника в плоскости, перпендикулярной В. Изображение источника получается при повороте радиуса-вектора эл-на на 180° (Б.-с. с полукруговой фокусировкой); в плоскости, параллельной В, эл-ны движутся по спирали (рис. 2). Эл-ны, вылетающие из источника, фокусируются в плоскости, параллельной В и перпендикулярной направлению вылета эл-нов из источника. Несмотря на малую светосилу, такие Б.-с. часто применяются из-за

Рис. 2. Схема траекторий эл-нов в магн. b-спектрометре с однородным магн. полем (с полукруговой фокусировкой). Эл-ны, вылетевшие из источника в направлении, перпендикулярном В, в виде плоского расходящегося пучка с угл. шириной j, после поворота на 180° фокусируются на фотопластинке, лежащей в плоскости, параллельной В. Фокусировка по углу y (в плоскости, параллельной В) отсутствует.

простоты и возможности абс. измерения энергии. Детектором обычно служат фотопластинки (см. ЯДЕРНАЯ ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЭМУЛЬСИЯ).

В 1946 швед, учёные Н. Свартхольм и К. Сигбан создали магн. Б.-с. с двойной фокусировкой, в к-ром магн. поле перпендикулярно к траекториям эл-нов, но не однородно, а спадает с радиусом r, как 1/r. В нём осуществляется фокусировка 1-го порядка по углу j и 2-го — по углу y (рис. 2). Угол между радиусами-векторами источника и его изображением равен p?2 (наз. также Б.-с. типа p?2). В фокальной плоскости Dр/р=0,1% и сохраняется при уменьшении энергии эл-нов до неск. эВ. Магн. поле в Б.-с. типа p?2 создаётся либо катушками с током, либо железными электромагнитами с профилированными полюсами. В 1960 в Канаде был создан безжелезный Б.-с. с r=1 м, Dp/р=0,01% при светосиле 0,06% (Р. Л. Грэхем, Дж. Т. Юэн, Дж. С. Гейгер). Разрешающая способность лучших Б.-с. типа p?2 с железом тоже достигает 0,03%, однако она сильно ухудшается при переходе к медленным эл-нам. Для детектирования эл-нов применяются фотопластинки, Гейгера счётчики, ПП детекторы и электронные умножители.

В тороидальном Б.-с. Владимирского магн. поле создаётся тороидальной катушкой с током. Источник и детектор расположены на оси катушки. Эл-ны входят в поле и выходят из него через зазоры между витками, форма к-рых обеспечивает фокусировку эл-нов в большом интервале углов вылета. Светосила таких Б.-с. может превышать 20%.

Для анализа спектра медленных эл-нов применяются электростатич. Б.-с. с анализатором в виде сферич. конденсатора. Источник и детектор находятся вне электрич. поля E, перпендикулярного траекториям ч-ц. Для нерелятив. эл-нов осуществляется двойная фокусировка. Электростатич. Б.-с. имеют хорошую разрешающую способность (до 0,05%) при светосиле 0,1%. Медленные эл-ны на выходе электростатич. Б.-с. обычно регистрируются системой электронных умножителей.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.