Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

нов отдачи. По своей форме это распределение находится в хо­ рошем согласии с теоретическим [71]. Энергия, соответствующая краю комптоиовского распределения Д,; макс, и энергия, соот­ ветствующая полному поглощению у-кванта, связаны соот­ ношением

(1 + тас */2 Е у)

Разность между энергиями, соответствующими пику полного поглощения и краю комптоиовского распределения, равна

комптоиовского распределения наблюдается плавная («зализан­

области (несколько кубических сантиметров) и у кремниевых ППД. Появление этой ступеньки объясняется двукратным комптоповским взаимодействием у-нванта в пределах чувствительной области ППД. Как правило, с ростом объема чувствительной области ППД эта ступенька имеет тенденцию к уменьшению. Величина этой ступеньки в рассмотренных ниже условиях будет минимальной при оптимальном соотношении между внешней плоиХадыо ППД и объемом его чувствительной области. Дру­ гими словами, с этой точки зрения оптимальным будет такой ППД, у которого линейные размеры чувствительной области по всем трем измерениям равны, а в пределе желательно иметь детектор с чувствительной областью шарообразной формы, у которого отношение площади поверхности к объему мини­ мально. Это требование легко пояснить следующими физиче­ скими предпосылками. Поскольку вероятность вылета рассеян­ ного у-кванта из чувствительной области ППД пропорциональна площади внешней поверхности ППД, а вероятность его погло­ щения будет расти с увеличением объема чувствительной об­ ласти, выгодно всегда использовать детекторы больших объемов.

Это же явление в некоторой мере поясняет и увеличение так называемого «фотовклада» с увеличением чувствительного объема ППД. Под величиной фотовклада понимают отношение площади пика полного поглощения к полной площади под аппа­ ратурным спектром. Характерная зависимость фотовклада от энергии у-квантов для двух детекторов (планарного и коакси­ ального) приведена на рис. 5.12 [3]. Разница между расчетной и экспериментальной кривыми для планарного детектора харак­ теризует так называемую комптоновскую «перекачку». В табл. 5.4

207

для двух значений энергии и четырех значений толщины чувст­ вительной области ППД приведены данные, характеризующие вклад от «перекачки» [5].

208

при равном фотовкладе детектор с наименьшим значением энер­ гетического разрешения.

Около средней части комптоновского распределения в рас­ сматриваемом энергетическом диапазоне имеется так называе­ мый пик обратного рассеяния, обусловленный регистрацией рас­ сеянных вне чувствительной области у-квантов. Энергия, соот­ ветствующая максимуму пика обратного рассеяния при регист­ рации моноэнергетического у-излучения, равна разности энергий между максимумом пика полного поглощения и края компто­ новского распределения. Положение максимума можно вычис­ лить по формуле (5.11). Распределение, обусловленное обрат­ ным рассеянием, по своей форме зеркально повторяет континуум высокоэнергетического края комптоновского распределения.

В некоторых случаях в младших каналах распределения могут присутствовать пики, обусловленные регистрацией воз­ бужденного рассеянными у-квантами флуоресцентного рентге­ новского излучения. В тех случаях, когда регистрация возбуж­ денных рентгеновских квантов нежелательна, принимают сле­ дующие меры. Уменьшают до технически целесообразного мини­ мума массу окружающих ППД материалов конструкции (хладопровод, колпаки, экраны, фланцы и т. п.). Эти же меры при­ водят к уменьшению рассеянных у-квантов, дающих вклад в пик обратного рассеяния.

В некоторых случаях при регистрации относительно мягкого у-излучения (Еу <150 кэВ) левее основного пика может наблю­ даться слабоинтенсивный пик-сателлит, который обусловлен вылетом флуоресцентного рентгеновского кванта германия [72]. Энергия этого кванта равна 9,88' кэВ. Обычно интенсивность пика вылета рентгеновского кванта в сто и более раз меньше, чем у основного пика. Подробно этот вопрос рассмотрен в сле­ дующей главе.

Дальнейший подъем интенсивности в самых начальных кана­ лах обусловлен собственными шумами самого ППД и электрон­ ной аппаратуры спектрометра.

На рис. 5.11,6 приведена характерная форма гипотетиче­ ского спектра, полученная при регистрации у-излучения во вто­ ром энергетическом диапазоне, т. е. при Е у > 2 т0с2. Крайний правый пик, как и в первом случае, обусловлен фотопоглоще­ нием, многократным комптоновским рассеянием с последующим фотопоглощением, а также полным поглощением излучения, возникающего в процессе образования электрон-позитронной пары. В этом случае энергия первичного у-кванта идет на обра­ зование электрона и позитрона. В результате ионизационных потерь электрон и позитрон передают свою энергию материалу чувствительной области ППД. Позитрон при замедлении анни­ гилирует, испуская два у-кванта с энергией по 511 кэВ, каждый из которых может в свою очередь поглотиться материалом чув-

20 9

ствательной области ППД. В результате можно записать ■баланс энергии:

трона соответственно. На рис. 5.11,6 пики, соответствующие энергии Еу—т0с2 и Е у —2т0с2 [иногда их называют пиками одно­ кратной и двукратной утечки (вылета) или полупарным и пар­ ным], обусловлены вылетом из чувствительной области ППД одного пли двух аннигиляционных квантов.

Левее пика полного поглощения начинается комптоновское распределение, получающееся в результате комптоновского рас­ сеяния первичных и аннигиляционных у-квантов. Пик утечки одного аннигиляционного кванта (полупарнын пик) находится на пьедестале от комптоновского распределения у-квантов с энергией Еу и от суперпозиции двух комптоновских распре­ делений у-квантов с энергией т0с2.

Пик утечки двух аннигиляционных квантов (парный пик) обусловлен только потерей энергии электрона и позитрона, по­ этому слева от него не бывает сопутствующего ему комптонов­ ского распределения. Высота пьедестала с правой стороны пика несколько превосходит высоту пьедестала с левой стороны. Это явление обусловлено наложением комптоновского распределения аннигиляционных у-квантов на аналогичное распределение, обусловленное рассеянием у-квантов с энергией Еу. Пьедестал с левой стороны пика обусловлен регистрацией комптоновских электронов отдачи, образованных в результате рассеяния у-квантов с энергией Еу. Соотношение интенсивностей триады пиков в рассматриваемой области энергий зависит от энергии регистрируемого у-кванта и от объема и конфигурации чувст­ вительной области ППД. В области младших каналов отчетливо выделяется пик, соответствующий регистрации квантов с энер­ гией 511 кэВ, испускаемых окружающими ППД материалами. Аппаратурный спектр в начальных каналах будет идентичен рассмотренному выше участку распределения для энергий

Еу < 2 т0с2.

Анализ аппаратурных спектров гамма-спектрометров с гер­ маниевыми ППД показывает, что форма аппаратурной линии получается достаточно сложной и практически не выполняется условие (5.8). Поскольку реальные аппаратурные спектры ис­ следуемых излучателей содержат несколько линий, результирую­ щие спектры имеют сложный характер и их интерпретация бывает затруднена. В связи с этим возникает необходимость получения улучшенной аппаратурной линии гамма-спектромет­ ров с ППД. Эту задачу можно решить, подавляя комптоновское распределение, выделяя пик двукратной утечки, каскадные линии и др. Успешная реализация этой проблемы будет обес-

210