Орындаған : Айдарбекова Аяулым фек-192
жүктеу/скачать 387,42 Kb.
|
Айдарбекова Аяулым Фек-192 Сөж
|
Срс
Тақырыбы: Сцинтилляциялық және Черенков тіркетіштерінің жұмыс істеу принциптер Сцинтилляциялар – заттағы зарядталған бөлшектердің әсерінен көрінетін жарықтың жыпылықтауын білдіретін латын сөздері. Сцинтилляциялық детектордың әрекеті қозған атомдар шығаратын фотондарды тіркеуге негізделген. Спинтарископ деп аталатын бірінші сцинтилляциялық детектор ZnS қабатымен қапталған экран болды. Зарядталған бөлшектер оған тиген кезде пайда болған жарқылдар микроскоптың көмегімен жазылған. Дәл осындай детектормен алтын атомдарымен альфа-бөлшектердің шашырауы бойынша эксперимент жүргізілді, бұл атом ядросының ашылуына әкелді. Әрбір мөлдір материал сцинтиллятор ретінде жарамайды, ол өзінің сәулеленуіне мөлдір болуы керек. Оларға NaJ(Tl), CsI, органикалық: антрацен (С14Н10), стилбен (С14Н12), нафталин (С10Н8) жатады. Тіркелген зарядталған бөлшек кристалға түседі және онда баяулатады, атомдарды қоздырады және иондайды. Соңғысы негізгі күйге өтіп, фотондарды шығарады. Мұның бәрі шамамен 10-7 секундта. Жақсы кристалдарда бөлшек энергиясының бірнеше пайызы жарыққа айналады. 6-сурет Сцинтилляциялық санауыштың сұлбасы: I – кристалл; II – фокустау электроды; III – фотокөбейткіш; 1 - фотокатод; 2 - 7 - эмитенттер; 8 - анод Әлсіз жарық жыпылықтауын тіркеу үшін фотокөбейткіш түтіктер (PMTs) қолданылады (6-сурет). Сцинтиллятор мен PMT соңғы беті арасында оптикалық контактіні жасаңыз. Фотоэффекттің әсерінен жарық жарқылының фотондары (дәрісті қараңыз) PMT шамының ішкі жағында өте жұқа қабықша түрінде жасалған фотокатодтан (1) электрондарды сөндіреді. Бұл электрондар фокустау электр өрісі арқылы динод деп аталатын аралық электродқа (2) бағытталған. Беткей Эквивалентті схема 7-сурет Эквивалентті схема Динод қайталама электрон шығару коэффициенті жоғары материалмен жабылған. Әрбір түскен электрон 3-тен 5-ке дейін екінші реттік электрондарды сөндіреді. Жалпы алғанда, PMT-де 10-нан астам динодтар бар, бұл электрон ағынын 105 немесе одан да көп есе арттыруға мүмкіндік береді. PMT анодында (8) электр импульсі пайда болады, ол одан әрі күшейтіледі және жазылады. PMT-нің тамаша ерекшелігі - жақсы байқалатын пайда сызықтылығы. Сцинтилляциялық детектордың эквивалентті схемасы 7-суретте көрсетілген. Толқын пішінін сипаттайтын теңдеу жоғарыда келтірілген ((1) формуланы қараңыз). Бұл теңдеудегі токтың уақытқа тәуелділігі сцинтиллятордың эмиссия динамикасы арқылы анықталады және келесідей көрінеді. мұндағы τ – сцинтиллятордың жарқырау уақыты. Бейорганикалық сцинтилляторлар үшін бұл уақыт шамамен 10-7 с, органикалықтар үшін 10-8 с, пластикалық сцинтилляторлар үшін 10-9 с жетеді. Сцинтиллятордағы ΔE энергия жоғалтуымен импульс амплитудасы шамамен тең мұндағы η - сцинтиллятордың жарық шығысы (антрацен үшін жарық түрінде шығарылатын энергияның үлесі 0,05), ε - PMT фотокатодының кванттық шығысы (1 фотонға түсірілген фотоэлектрондардың орташа саны, мәні реті 0,1), K - PMT күшеюі (105 немесе одан көп ), hυ - сцинтилляторда түзілетін фотондардың орташа энергиясы, C - жерге қатысты PMT анодының сыйымдылығы (20 пФ ретті мән). ), e – электрон заряды. Көрсетілген шамалар үшін типтік мәндерді және детекторда жоғалған бөлшектің энергиясын алсақ, 5 МэВ, онда амплитудасы сіз шамамен 10 вольт аласыз. ΔE/E сцинтилляциялық детекторлардың энергетикалық ажыратымдылығы әдетте бірнеше пайыздан жоғары емес, өйткені бір фотоэлектронды өндіру үшін шамамен 500 эВ энергия hν/(η ε) қажет (ионизация камерасы үшін 30 эВ-пен салыстырыңыз). Резерфорд зертханасында протонның ашылуы (1919 ж.) α + 14N → p + 17O ядролық реакциясындағы бөлшектердің әсерінен пайда болатын сцинтилляцияларды бақылау арқылы болды. Сцинтилляциялық есептегіштердің көмегімен электрондар мен γ-сәулелерінің энергетикалық спектрлерін өлшеуге болады (8-суретте моноэнергетикалық γ-кванттар үшін спектрдің пішіні). Олар β- және γ-сәулеленудің, сондай-ақ нейтрондардың доза жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады. Сцинтилляциялық есептегіштердің артықшылығы: әртүрлі бөлшектерді тіркеудің жоғары тиімділігі (іс жүзінде 100%); жылдамдық; әртүрлі өлшемдегі және конфигурациядағы сцинтилляторларды өндіру мүмкіндігі; жоғары сенімділік. Үлкен көлемдегі сцинтилляторлар затпен өзара әрекеттесу қимасы аз бөлшектерді анықтау үшін тиімділігі өте жоғары детекторларды жасауға мүмкіндік береді (диаметрі 0,75 м және ұзындығы 1,5 м NaJ(Tl) кристалы бар детектор. фотокөбейткіштер, белгілі). Рейнс пен Коэннің нейтриноларды ашу бойынша атақты тәжірибесінде (1956) әрқайсысының көлемі 1400 литр болатын үш сұйық сцинтиллятор қолданылды. ЧЕРЕНКОВ детекторы Черенков есептегіші, Черенков-Вавилов сәулеленуін пайдаланатын зарядталған бөлшектер мен γ-кванттарды тіркеуге арналған құрылғы. Бұл детектордың жұмыс істеу принципі П.А. ашқан сәулеленуді анықтауға негізделген. Черенков 1934 ж.және зарядталған бөлшектің мөлдір ортада осы ортадағы u жарық жылдамдығынан v үлкен жылдамдықпен қозғалуынан туындайды. u =c/n, мұндағы с – вакуумдегі жарық жылдамдығы, c=4⋅108 м/с, n – ортаның сыну көрсеткіші болғандықтан, с Черенков сәулеленуінің пайда болу шарты v > түрінде болады. c/n. Черенков жарқырауы - өтетін зарядталған бөлшек арқылы ортаның поляризациясы нәтижесінде пайда болатын дипольдердің когерентті сәулеленуі және бұл дипольдер (поляризацияланған атомдар) өзінің бастапқы поляризацияланбаған күйіне оралғанда пайда болады. Бөлшек баяу қозғалатын болса, онда дипольдердің өз бағытына айналуға уақыты болады. Бұл жағдайда ортаның поляризациясы бөлшек координатасына қатысты симметриялы болады. Ал жеке дипольдердің сәулеленуі бастапқы күйіне оралғанда бірін-бірі сөндіреді. Бөлшек «суперлюминальды» жылдамдықпен қозғалғанда, дипольдердің кешіктірілген реакциясына байланысты, олар негізінен бөлшек қозғалысының бағытына бағытталған. Алынған поляризация бөлшектің орналасуына қатысты асимметриялық болып шығады, ал дипольдердің сәулеленуі компенсацияланбайды. Зарядталған бөлшек вакуумда v жылдамдығымен қозғалады, бұл жарық жылдамдығынан с аз. v жылдамдығы жарық жылдамдығынан ерікті түрде аз болуы мүмкін, бірақ одан аспауы мүмкін. Мөлдір заттарда жағдай басқаша. Бұл заттардағы жарық жылдамдығы c' жарықтың вакуумдегі жылдамдығынан n есе аз (n - заттың сыну көрсеткіші. Сонымен судың сыну көрсеткіші nH20=1,33, ал судағы жарық жылдамдығы. cH20=2,26⋅108 м/с, плексигласта npl=1,50, және c'pl=s/npl=2⋅108 м/сек. вакуумда v>c’=c/n жылдамдығымен мөлдір затқа айналады, содан кейін ол осы затта осы ортадағы с’ жарық жылдамдығынан асатын жылдамдықпен қозғалады. Электрондардың судағы мұндай қозғалысы 0,26 МэВ-тан асатын салыстырмалы түрде төмен энергияларда байқалады. 28- сурет Черенков сәулеленуінің пайда болу схемасы. Егер зарядталған бөлшек белгілі орта үшін жарықтың фазалық жылдамдығынан асатын u жылдамдықпен ортада қозғалса (c/n, n - ортаның сыну көрсеткіші, с - вакуумдегі жарық жылдамдығы), онда бөлшек сәуле шығарады. Черенков сәулеленуі. Соңғысы белгілі бір бағытта орын алады және J арасындағы бұрыштың мәні u және n-ге сәулелену бағыты мен бөлшектің траекториясы бойынша байланысты: cos θ = c/ un = 1/bn (b = u/c). (9) Бұл қатынасты Гюйгенс принципі негізінде түсіну оңай. v>u жылдамдықпен қозғалатын бөлшек үшін жарық толқындарының қабығы конус болып табылады, оның төбесі берілген моменттегі бөлшектің орнымен (суреттегі Р′ нүктесі) және генераторларға нормальдары m сәйкес келеді. конус Черенков сәулесінің таралу бағытын көрсетеді. Суретте t уақытында Р нүктесінен өткен бөлшектің τ уақытында R = uτ= сτ/n қашықтыққа Р нүктесінен таралатын сфералық электромагниттік толқынды тудырғаны көрсетілген. Осы уақыт ішінде v>u жылдамдықпен қозғалатын бөлшек vτ> R жолынан өтіп, Р′ нүктесінде аяқталды. Р' нүктесінен шыққан толқын затта әлі таралып үлгерген жоқ. АР′А конусы – t+ τ уақытындағы Черенков электромагниттік толқыны (оның фронты) алып жатқан аймақтың шекарасы. θ бұрышы деп Р нүктесінен AP' конусының генетриксіне түсірілген перпендикуляр мен бөлшектің қозғалыс сызығы (PP' түзу сызығы) арасындағы бұрышты айтады. Әлбетте, бұл бұрыштың косинусы R және PP′ кесінділерінің ұзындықтарының қатынасына тең, яғни. cosθ= u/v= 1/βn. l1-ден l2-ге дейінгі толқын ұзындығы диапазонындағы 1 см жолдағы Черенков сәулеленуінің N интенсивтілігі мына қатынаспен өрнектеледі: N(λ1λ2)= 2πZ2 /137 ⎜λ −λ ⎟sin2θ Черенков есептегішінде шығарылатын жарық мөлшері, әдетте, сцинтилляциялық есептегіштің жарық сигналының бірнеше % құрайды. Черенков сәулеленуі - бөлшектің траекториясының бойымен орналасқан және оның электр өрісімен поляризацияланған ортаның көптеген атомдарының бірлескен сәулеленуі. Осылайша, тікелей сәуле шығаратын бөлшек емес, орта. Бұл сәулеленудің толқындық беті конустың беті, оның төбесі бөлшек, ал осі - оның траекториясы. Конустың ашылу бұрышы бекітілген және бөлшектің жылдамдығымен және ортаның қасиеттерімен анықталады. Жағдай қайық қозғалған кезде су бетінде болатын жағдайға ұқсас. Бұл мысалда бөлшек рөлін атқаратын қайық су бетінің бұзылу толқынын жасайды, оның алдыңғы жағы сүйір бұрышты құрайды, оның шыңы қайық болып табылады. Черенков есептегіш схемасы: 1 - цилиндрлік радиатор; 2 - фокустау линзасы; 3 - PMT. 30.-сурет Черенков есептегішінің жұмыс істеу принципі: сол жақта – Черенков сәулелену конусы, оң жақта – санауыш құрылғысы. 1 - бөлшек, 2 - бөлшектердің траекториясы, 3 - толқындық фронт, 4 - радиатор, 5 - PMT (фотоэлектронның әсерінен екінші реттік электрондардың көшкінінің дамуы көрсетілген), 6 - фотокатод. жүктеу/скачать 387,42 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|