2. Взаємодія електронів (позитронів) з речовиною

При проходженні через речовину електрони втрачають енергію за рахунок електромагнітних взаємодій з електронами атомів та ядрами атомів. При енергіях менше 5-10 МеВ втрати обумовлені збудженням та iонізацією атомів, при енергіях понад 10-50 МеВ починають переважати радіаційні втрати, виникає гальмівне випромінювання. Радіаційні та іонізаційні втрати зрівнюються при критичній енергії електронів E_кр, яка залежить від Ζ – заряду ядра атома речовини через яку проходять електрони:

. (14)

Траєкторія β-частинок у речовині не є прямолінійною завдяки тому, що вони зазнають значного розсіювання у кулонівському полі атомів. Тому, поняття пробігу β–частинки (електрона) для речовини не є однозначним. Число електронів, що пройшли через речовину, постійно зменшується із збільшенням товщини речовини, та відповідно із зменшенням енергії. Для електронів можна визначити тільки величину максимального пробігу – товщину речовини, яка повністю поглинає всі електрони у випадку неперервного спектру. Пробіг електрона залежить від початкової енергії електрона і заряду ядра атома речовини поглинача. Для алюмінію пробіг електронів може бути визначений з виразів:

для енергій 0,7<E<1,2, (15)

для енергій 1,2<E<3. (16)

Максимальний пробіг електронів за звичай вимірюють у одиницях довжини (м, см та мм). Зручніше вказувати його у „масових одиницях” тобто масі речовини поглинача що приходиться на одиницю площі ( ). Для переходу від одних одиниць до других необхідно знати густину речовини поглинача. У додатку (табл. 1Д) приведено значення густини деяких речовин, які використовуються у якості поглиначів β–випромінювання.

3. Детектори β–частинок.

Для реєстрації β–частинок (електронів) можна використати різні детектори, наприклад, газорозрядні лічильники, іонізаційні камери, сцинтиляційні та напівпровідникові детектори.

Найзручнішим є використання газорозрядних лічильників, які випускаються промисловістю і придатні для реєстрації β–частинок у широкому діапазоні енергій. Принцип дії та методика використання газорозрядних лічильників описані в методвказівці до лабораторної роботи № 3. Газорозрядні лічильники β–частинок випускаються двох типів: циліндричні з тонкими стінками з нержавіючої сталі та торцеві з віконцями з слюди. Перші - для реєстрації β–частинок з максимальною енергією порядку 1 МеВ і більше, другі - для максимальної енергії 100 кеВ і більше.

Методика визначення максимальної енергії β–-частинок

1. Методика визначення максимальної енергії β––частинок експериментальним методом

Точне визначення енергії β^––частинок, і відповідно їх максимальної енергії, можливе тільки з допомогою магнітних β–спектрометрів, напівпровідникових чи сцинтиляційних спектрометрів. Однак оцінити максимальну енергію можна методом поглинання з точністю до 5%. Для цього необхідно провести виміри залежності швидкості лічби детектора бета-випромінювання від товщини алюмінієвого поглинача розміщеного між детектором та джерелом, що досліджується. Одержані експериментальні дані можна використати для визначення товщини повного поглинання бета-частинок (максимального пробігу), чи для визначення товщин кратного послаблення. Маючи експериментальні дані, можна оцінити максимальну енергію бета-частинок користуючись довідниковими даними про максимальний пробіг чи товщини кратного послаблення.

1.1 Визначення товщини повного поглинання (максимального пробігу)

У цьому випадку виникають труднощі у в’язку з тим, що крива поглинання β^––частинок має експоненціальний характер. Для визначення максимального пробігу будують графік залежності логарифму інтенсивності пучка (швидкості лічби) β^––частинок I від товщини поглинача d. Знаходиться, методом екстраполяції точка перетину кривої поглинання з лінією фону (див.рис.5). Слід відмітити, що рівень фону за звичай невеликий і вимір його з достатньою точністю потребує багато часу.

Знаючи максимальний пробіг β^––частинок, наприклад, в алюмінієвому поглиначі, можна знайти максимальну енергію β^––частинок з графіку, приведеного на рис.1Д у додатку до роботи.

Оцінка похибки у визначенні максимальної енергії β^––частинок проводиться у такий спосіб. На графік залежності lnІ=f(d) відкладають для кожного значення d три значення ln(I) , ln(I+ΔI) та ln(I–ΔI). Проводять 3 лінії lnI=f(d), ln(I+ΔI)=f(d) та ln(I–ΔI)=f(d) і знаходять відповідно три точки перетику з лінією фону d_m, d_m+Δd_m , d_m–Δd_m. Знаходимо три значення максимального пробігу d_m, d_m+Δd, d_m–Δd. Користуючись графіком, що на рис. 5, знаходимо відповідні значення енергії E_m, E_m+ΔE, E_m–ΔE.

Рис 5. Залежність логарифма інтенсивності швидкості лічби детектора бета-частинок від товщини алюмінієвих поглиначів.