![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Общие характеристики методов измерения активности
Активность источников измеряют, регистрируя их излучение. Если рядом с источником расположить соответствующий детектор, то регистрируемый им за единицу времени эффект а будет пропорционален активности источника А:
Здесь под показаниями детектора понимается или число отсчетов счетчика, или показание токового прибора, или почернение фотопластинки, или какая-нибудь другая непосредственно измеряемая на опыте величина. Коэффициент пропорциональности е, который здесь будет называться эффективностью измерительной установки, зависит от ряда факторов: эффективности самого детектора, геометрии и т. п. * Если е известна, то определение активности сводится к элементарной операции. Однако определение этого коэффициента зачастую оказывается весьма сложным. Здесь рассмотрим общие пути решения этой задачи, а затем отметим особенности, возникающие при регистрации различных видов излучения (а, (3, у и нейтронов). Интегральные и дифференциальные методы измерений. Интегральными называют методы измерений, при которых регистрируется суммарный эффект от более или менее длительного воздействия излучения на детектор (накопление электрического заряда на пластинах ионизационной камеры, выделение тепла в калориметре, потемнение стекла и т. п.). Дифференциальными называют методы, при которых регистрируются отдельные частицы (электрические импульсы в камерах и счетчиках, треки частиц в фотопластинках и камерах Вильсона и т. п.). * При регистрации отдельных частиц коэффициент е совпадает по смыслу с рассмотренной в § 4.4 светосиловой установки L, однако данное здесь определение эффективности измерительной установки имеет несколько более общий характер. Интегральные методы требуют, как правило, применения более простых технических средств, поэтому они развились раньше, чем дифференциальные, зато последние дают значительно большую информацию о протекаемых явлениях, позволяют более легко и надежно разделять частицы разных типов и, в частности, избавляться от фона посторонних излучений. К настоящему времени дифференциальные методы исследований в ядерно-физических экспериментах почти полностью вытеснили интегральные методы. Тем не менее, интегральные методы еще применяют в некоторых специальных случаях, о чем будет сказано ниже. Абсолютные и относительные измерения. Абсолютными называют измерения, при которых прежде всего определяется коэффициент е, а затем по показаниям детектора а находится истинное значение активности источника А. Значительные трудности при выполнении этой операции заставляют всегда, когда это только возможно, прибегать к относительным измерениям, при которых показания детектора при работе с исследуемым источником ах сравниваются с показаниями аэ от некоторого эталонного источника, активность которого Aэ заранее известна. Если это сравнение можно выполнить так, чтобы значения коэффициентов е в обоих случаях были заведомо одинаковыми, то из соотношений:
следует
и, таким образом, неизвестную активность Ах можно определить по непосредственно измеряемым при эксперименте показаниям детектора ах и аэ и заранее известной величине Аэ. Ниже рассматриваются, главным образом, абсолютные методы измерений. Метод малого телесного угла. Если изотропный точечный источник излучения И и детектор Д расположены относительно друг друга так, как показано на рис. 10.1, то вероятность попадания частицы в детектор определится отношением телесного угла Δ Ω, под которым детектор виден из точки расположения источника, к 4π. Это отношение называют обычно геометрическим фактором и обозначают буквой G:
Вероятность того, что частица вылетит в сторону детектора и будет им зарегистрирована, равна произведению
Рис. 10.1. Расположение источника (И) и детектора (Д) при измерениях с малыми телесными углами
Эти поправки вводятся добавлением соответствующих
Сведения о собственной эффективности детекторов различных типов приводились в предшествующих главах. Способы расчета коэффициентов
где d — расстояние между детектором и источником; D — апертурный диаметр. В случае протяженного (неточечного) источника, размеры которого сравнимы с d и D, определение фактора G значительно сложнее, и даже в наиболее простых случаях используемые приближенные формулы имеют довольно громоздкий вид. Метод Метод совпадений. Если при одном акте распада образуется две (или больше чем две) частицы, то активность можно определить регистрацией совпадений импульсов от двух независимых детекторов. Суть этого метода сводится к следующему. Пусть для определенности при каждом акте распада испускаются β -частица и γ -квант. Пусть, далее, недалеко от источника расположено два детектора, один из которых регистрирует только β -частицы, а другой — только γ -кванты. Скорости счета этих детекторов определяются (10.2), а именно:
Если импульсы от обоих детекторов подать на схему совпадений, то при отсутствии угловой корреляции между направлениями вылета β -частиц и фотонов число регистрируемых совпадений
Из трех последних соотношений следует
Таким образом, активность источника оказалась выраженной только через измеряемые на опыте скорости счета детекторов и число совпадений, а неизвестные эффективности регистрации Калориметрический метод. Если известна энергия распада Q, то активность источника можно определить по интегральному тепловому эффекту, измеряемому обычным калориметром. Следует только иметь в виду, что излучение помещенного в калориметр источника может частично проникать через его стенки и уносить некоторую долю энергии в окружающее пространство. Обозначая долю поглощаемой в калориметре энергии f к, можно связать количество выделяющегося в калориметре в 1 с тепла q с активностью источника A:
Аналогия этой формулы с общим выражением (10.2) очевидна. Геометрический фактор здесь практически равен единице, поскольку выполняются условия 4 Следует отметить, что при измерениях с калориметром безразлично, какие частицы образуются при распаде. Важно лишь, чтобы вся энергия распада оставалась в калориметре. Поэтому применять калориметрический метод при определении активности источников, дающих проникающее излучение (большой энергии фотоны или нейтроны), не рекомендуется. Основной недостаток калориметрического метода связан с его низкой чувствительностью. Источник активностью в 3, 7·1010 Бк выделяет в течение 1 ч количество теплоты, равное 21 fKQ Дж (здесь Q – энергия распада, МэВ). Поэтому метод годится для измерений активности лишь достаточно мощных источников. Погрешность метода складывается из погрешностей тепловых измерений, погрешностей в принимаемых значениях Q и погрешностей при определении поправочного множителя fк. Последние особенно велики, если значительная доля энергии распада приходится на проникающее излучение.
|