Регистрация y-лучей

Для регистрации Y-квантов, так же как и для регистрации электронов, применяют и органические, и неорганические сцинтилляторы. В большинстве случаев выбор сцинтиллятора того или иного типа определяется требованием высокой эффективности регистрации y-лучей. Для параллельного пучка у-квантов, падающих нормально на сцинтиллятор толщиной х, эффективность регистрации оценивается как ц « 1 — е^- . Так как толщина .сцинтиллятора ограничена только чисто практическими соображениями, произведение их может быть велико — порядка единицы и .больше. Это означает, что при использовании сцинтиллятора достаточно большого размера эффективность регистрации может быть очень большой и, в принципе, близкой к 100% независимо от свойств самого сцинтиллирующего вещества. Так как, однако, коэффициент поглощения у-квантов, а следовательно, и эффективность регистрации сильно зависят от атомного номера поглотителя, в сцинтилляционных счетчиках для регистрации у-лучей пользуются в основном неорганические кристаллы с большим Z, это NаJ(Т1) и СsJ(Т1), для которых Z равно 32 и 54 сооттственно (для органических сцинтилляторов Z=6). Кроме того, как уже упоминалось, неорганические кристаллы обладают большим световым выходом, во всяком случае, обычно применяемый йодистый натрий и лучшими пропорциональными свойствами, чем органические.

Органические сцинтилляторы могут обеспечить, однако, лучшее разрешение счетчика по времени. Благодаря своим пропорциональным свойствам сцинтилляционный счетчик может быть использован для определения энергии регистрируемых у-квантов в качестве простейшего у-спектрометра. Возникающие при этом трудности обусловлены тем, что амплитуды импульсов на выходе сцинтилляционного счетчика связаны с энергией у-квантов неоднозначным образом.

Даже в наиболее простом случае регистрации монохроматических У-лучей, распределение по энергиям вторичных электронов, возникающих в веществе при поглощении у-квантов с энергией Е, должно иметь пик, обусловленный фотоэлектрическим поглощением, непрерывный спектр комптоновских электронов, имеющий в первом приближении вид прямоугольника с некоторым подобием пика на конце, и (если Е > 1,02 Мэв) пик, отвечающий образованию электронно-позитронных пар. Распределение импульсов по амплитудам на выходе сцинтилляционного счетчика воспроизводит, в известной степени, распределение электронов по энергиям, однако (из-за сравнительно малой разрешающей способности) линии, отвечающие фотоэлектрическому поглощению и образованию пар, существенно расширяются; соответственно расплывается и комптоновское распределение. В связи с этим вопрос о форме спектра амплитуд импульсов для одиночной у-линии приобретает особо важное значение. Расчет показывает, что, поскольку полное выделение в сцитилляторе всей энергии у-кванта может иметь место не только при фотоэлектрическом поглощении, распределения импульсов по амплитудам для одиночной у-линии, оставаясь в общих чертах подобными, в деталях должны существенно зависеть как от размеров кристалла, используемого в сцинтилляционном счетчике, так и от условий его облучения.

№ Ю 20 30 40 50 60 70

Амплитуда импульса

В кристаллах больших размеров действительно наблюдается существенное подавление непрерывного спектра комптоновских электронов отдачи и соответствующее увеличение интенсивности пика, отвечающего полному выделению энергии У-кванта (в принципе, в сцинтилляторе достаточно больших размеров каждой у-линии должен был бы отвечать только один пик — пик полного выделения энергии). На практике, однако, свести все импульсы от одной у-линии в один пик полностью не удается, так как в сцинтилляторе всегда имеют место краевые эффекты, особенно у поверхности, обращенной к источнику у-излучения. Лучшие результаты могут быть получены в том случае, когда источник у-лучей помещен внутри сцинтиллятора большого размера. На рис.6 приведено для примера распределение .импульсов по амплитудам для у-линии Сз¹³⁷ (Е=0,661 МэВ), полученное с кристаллом NaJ(Т1) диаметром 12 см и высотой 12 см, источник у-лучей находился в центре кристалла. Пунктиром показано распределение импульсов по амплитудам, полученное с кристаллом много меньшего размера (диаметр 3 см, высота 2,5 см). Некоторое смещение положения максимума в распределении обязано поглощению в большом кристалле рентгеновского излучения Ва¹³⁷, образующегося при бета-распаде Сs-137. Из cравнения кривых видно, что часть спектра, отвечающая непрерывному распределению, в большом кристалле сильно подавлена.

При работе с кристаллами больших размеров не следует забывать, что при каскадном испускании у-квантов в распределении импульсов по амплитудам возникают дополнительные пики, отвечающие суммарному выделению энергии в каскаде. Такой дополнительный пик возникает, например, при регистрации У-лучей Со⁶⁰ с помощью кристалла большого размера. При анализе сложных у-спектров с целью измерения энергии и интенсивности отдельных у-линий часто используют специальные устройства, называемые сцинтилляционными у-спектрометрами, в которых с помощью двух или более кристаллов выделяется та или иная линия, характеризующая энергию у-квантов. Сцинтилляционные у-спектрометры, уступая другим видам у-спектрометров в разрешающей способности по энергии, значительно превосходят их по светосиле.