Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 146

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

при комптоновском процессе в детекторах.

Свойства спектро­

метров с 4л-геометрией, а тагще их конструктивные

особенно­

сти подробно описаны в оригинальных

работах [7,

11—13].

•Другой аппаратурный метод исключения

вклада

обратного

рассеяния электронов — включение двух

кремниевых

полупро­

водниковых детекторов на

аитисовпадення. При этом используе­

мая геометрия измерений

также должна быть

близка к 4я.

Структурная схема такого

спектрометра

представлена на

рис. 4.4 [7]. Один из кремниевых детекторов

(нижний на рис. 4.4)

служит анализирующим,

а

другой (верхний)

регистрирует

171

электроны, рассеянные от анализирующего детектора в обрат­ ном направлении. В случаях, когда нет обратного рассеяния и электроны полностью поглощаются в анализирующем детекто­ ре, схема антисовпадеинй на выходе выдает импульс, разре­ шающий анализатору зарегистрировать импульсы, поступающие на его вход с анализирующего канала. Это дает возможность полностью исключить влияние обратного рассеяния электронов на измеряемые спектры.

Чувствительность полупроводниковых кремниевых детекторов к у-излучению — существенный недостаток при их использова­ нии в спектрометрии электронов. Например, спектры электронов внутренней конверсии и непрерывные [3-спектры, измеренные с помощью таких детекторов, искажаются комптоновским рас­ пределением, обусловленным взаимодействием у-кваитов с ве­ ществом детектора. Подобные искажения можно устранить, используя кремниевые детекторы в сочетании с бездисперснонным магнитным полем большой напряженности соленоидальных

сверхпроводящих

магнитов [14— 17]. Радиоизотопный источник

и детектор в спектрометрах указанного

типа располагают па

оси соленоида на

некотором расстоянии

друг от друга [16].

Электроны движутся от источника к детектору по спиральным траекториям. В этих условиях телесный угол собирания элек­ тронов на детектор может быть доведен до 2я, тогда как реги­ страция у-излучения ограничивается телесным углом видимости детектора из источника. Последний можно сделать очень малым при достаточном удалении детектора от источника. В результате комптоновский компонент в измеренном спектре почти полно­ стью исключается.

В спектрометре со сверхпроводящим магнитом преимуще­ ства минимального искажения спектра сочетаются с удовлетво­ рительным энергетическим разрешением кремниевых детекторов, их высокой эффективностью и возможностью измерять все энер­ гии электронов одновременно, регистрируя импульсы детектора с помощью многоканального анализатора. К тому же практи­ чески полное собирание испущенных источником электронов позволяет работать с очень малыми активностями [17].

Значительно лучших результатов достигли авторы работы [14], используя предназначенный для этих же целей (уменьше­ ние комптоновского компонента) спектрометр аналогичного типа. Во-первых, в построенном в [14] спектрометре в результате применения двух кремниевых детекторов, расположенных по обе стороны от источника (рис. 4.5), телесный угол, в пределах которого регистрируются ■электроны, приближается к 4я. Вовторых, при работе с двумя детекторами удается избавиться и от искажений спектра, вносимых обратным рассеянием элек­ тронов. В-третьих, благодаря реализации в спектрометре вдвое большего поля посредством сверхпроводящего магнита (при­ мерно 40 кЭ) достигается почти 100%-ное собирание электро­

нов внутренней конверсии от у-квантов с энергией 1064 кэВ изотопа 207Bi (рис. 4.6).

Таким образом, спектрометры электронов со сверхпроводя­ щим магнитом и кремниевым детектором—-ценные п перспек­ тивные приборы. С их помощью можно изучать электронные спектры источников весьма слабой активности на фоне сильного у:нзлучения, аппаратурная форма линии в них близка к иде.-

Рис. 4.5. 4л-бета-спектрометр

Р ис.

4.6.

Зависимость скорости счета

со сверхпроводящим

магнитом:

под пиком полного поглощения кон­

J — кремниевые

детекторы; 2 — ра­

версионной линии К1064

кэВ изотопа

диоизотопный

источник;

5 — обмот­

207Bi

от

напряженности

магнитного

ки сверхпроводящего

магната.

 

 

 

 

альной п конечные результаты измерений можно получить легко п быстро, не вводя всевозможные поправки.

Разные авторы также использовали полупроводниковые кремниевые детекторы в сочетании с однородными магнитными долями в качестве спектрометров электронов с подавлением непрерывного комптоновского распределения и разделением электронного и позитронного излучений [18, 20].

Если для подавления в измеренных электронных спектрах непрерывного комптоновского распределения и эффекта обрат­ ного рассеяния электронов авторы работ [14—20] пошли по пути использования полупроводниковых кремниевых детекторов в сочетании с фокусирующими магнитными полями, то в рабо­ тах [21, 22] был найден несколько иной подход к решению этой задачи. В работе [21] описан спектрометр, состоящий из тонкого поверхностно-барьерного кремниевого детектора с чув­ ствительным слоем толщиной 200 мкм и площадью 200 мм2 и толстого Si (Li)-детектора толщиной 3 мм с аналогичной пло­ щадью. Устройство телескопа показано на рис. 4.7. Детекторы располагались на расстоянии 0,5 мм друг от друга. Тонкий де­ тектор работал как dE/dx-детектор, а толстый как Д-детектор. Импульсы с выходов обоих детекторов одновременно подава­

лись на схему

суммирования

и на быструю схему

совпадений.

В ’ результате

анализа суммарных импульсов при

управлении

многоканального анализатора

импульсами совпадений удалось

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

лен на рис. 4.8. В

указанной смеси изотопов активность 60Со

 

 

 

превосходила

в

400

раз

активность

 

 

 

207Bi. Как это хорошо видно из спект­

 

 

 

ра, помимо значительного подавления

 

 

 

непрерывного комптоновского

распре­

 

 

 

деления

от

у излУчеиия

60Со

и

207Bi

 

 

 

авторам работы [21] удалось в изме­

 

 

 

ренном

спектре

наблюдать

 

(/<+

 

 

 

+ L + ...)-конверсионную

линию

пере­

 

 

 

хода 1173,2 кэВ в изотопе 60№, коэф­

 

 

 

фициент конверсии которого примерно

 

 

 

1,6- 10-4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В работе [22] коррекция амплитуд­

Рис. 4.7. Устройство теле­

ного спектра при наличии сопровож­

дающего

излучения

достигнута

при

скопа:

 

помощи

спектрометрического

 

уст­

1 — источник:

2 — rfEMv-детек*

 

ройства,

структурная

схема

которо­

тор; 3 — £-детектор; 4 — место

расположения

детектора

анти­

го приведена

на

рис. 4.9,

кремниевые

совпадений;

5 — алюминиевый

контейнер.

 

ППД включены

в

систему

быстро­

 

 

 

медленных совпадений.

Один детек­

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.

 

Пред­

Схена

т

 

пропускк-

 

усили­

ния

 

 

тель

 

 

I.ZEZ

 

 

Источник*

\si(Li)

 

 

Иериллиеды1п^%-

Линия

 

задержки

 

лп?.лптптк/1ь\-ъ

 

 

Круостт\

Щ О

 

 

 

~Пред- -

 

 

 

усили­

 

 

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

О

'30

200

300

чОО

500

500

 

 

 

Номер

канспа

 

 

Рис. 4.10. Спектры

конверсионных электронов

изотопа 1 2 4 Sb,

измеренные

 

в режимах:

 

 

/ — однодетекторнын

спектрометр: 2 — спектрометр

КХ — е-совпадснпй

по струк­

 

турной схеме рис. -1.9.

 

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

Смотрите также файлы