«Бета-спектрометр»

прибор, служащий для анализа бета-спектров (см. Бета-распад). Б.-с. применяют также для исследования энергетического спектра γ-лучей по создаваемым ими в веществе вторичным электронам (см. Гамма-спектрометр).

Основными характеристиками Б.-с. являются светосила и разрешающая способность. Под светосилой понимают отношение числа электронов (или позитронов), которое используется для анализа, к полному числу частиц, испускаемых радиоактивным источником. Светосила Б.-с. зависит от их конструкции и обычно составляет от нескольких десятых процента до нескольких десятков процентов. Разрешающей способностью Б.-с. называется наименьшее различие в энергии (или, чаще, в импульсе) электронов, которое может быть замечено прибором. Разрешающая способность прецизионных Б.-с. достигает 0,01%. Как правило, приборы с лучшей разрешающей способностью обладают меньшей светосилой.

Различают Б.-с., измеряющие энергию электронов по их воздействию на вещество, и Б.-с., действие которых основано на пространственном разделении электронов и позитронов, имеющих различную энергию. К приборам первого типа относятся Б.-с., основанные на ионизации, возникающей в веществе при торможении электронов (см. Сцинтилляционный спектрометр, Ионизационная камера);приборы этого типа обладают большой светосилой, но не дают возможности измерять энергию электронов с точностью, большей чем несколько процентов (или даже несколько десятков процентов). К приборам второго типа принадлежат Б.-с., в которых используются магнитные или электрические (для медленных электронов) поля. Обычно под Б.-с. понимают приборы второго типа.

Наиболее просты по устройству (и дают наилучшее разрешение) Б.-с. с поперечным магнитным полем (предложены польским физиком Я. Данышем в 1912). В этих Б.-с. траектории электронов перпендикулярны силовым линиям поля. В однородном поперечном поле электроны движутся по окружностям (рис. 1), радиусы которых растут с импульсом р в соответствии с формулой:

pc = 300 Bρ, (1)

где рс — произведение импульса электрона на скорость света с в эв;В — индукция магнитного поля в гс;ρ— радиус окружности в см. При энергиях электронов в несколько Мэв размеры Б.-с. невелики; он умещается на лабораторном столе. Детектором электронов может служить фотопластинка (рис. 1). В этом случае одновременно регистрируется целый участок энергетического спектра. При использовании в качестве детекторов различного вида счётчиков частиц (например, Гейгера - Мюллера счётчика) магнитное поле спектрометра плавно изменяют, подводя к детектору электроны с разными импульсами р в соответствии с формулой (1) (рис. 2). Траектории электронов в Б.-с. проходят внутри вакуумной камеры (вакуум порядка 10^-1 — 10^-3мм рт. ст.).

Существенным свойством Б.-с. с однородным поперечным магнитным полем является их способность фокусировать частицы, вылетевшие из источника в разных направлениях в некотором интервале углов. После поворота на 180° траектории частиц, вылетевших из источника почти перпендикулярно к линии, соединяющей источник и детектор, сходятся у детектора (рис. 3).

При движении электронов в однородном магнитном поле составляющая их скорости, параллельная силовым линиям поля, сохраняет свою величину. Если начальные скорости электронов не перпендикулярны полю, их траектории — винтовые линии. Проекция траекторий на плоскость, перпендикулярную силовым линиям, является окружностью. В формулу (1) в этом случае входит составляющая импульса, перпендикулярная полю. Т. о., в однородном магнитном поле не происходит фокусировки в направлении поля. Добиться двойной (пространственной) фокусировки частиц удаётся ценой отказа от однородности поля. Для этой цели применяются Б.-с. (предложены Н. Свартхольмом и К. Сигбаном, Швеция, 1946), у которых магнитная индукция В спадает по радиусу rпо формуле:

Угловое расстояние между источником и детектором в Б.-с. с двойной фокусировкой равно не 180°, а 254°.

В Б.-с. с секторной фокусировкой (рис. 4) отсутствует магнитное поле около источника и коллектора, что является их достоинством, но они обладают малой светосилой.

Б.-с. с продольным магнитным полем обладают свойством пространственной фокусировки. В Б.-с. этого типа траектории вытянуты вдоль магнитного поля. Винтовые линии, образуемые различными траекториями, создают сложную пространственную картину. На рис. 5 изображена зависимость расстояния от электрона до продольной оси спектрометра от пути, пройденного вдоль оси, для двух электронов, вылетающих под разными углами относительно оси прибора, т. е. относительно направления поля. Траектории проходят на одном и том же расстоянии от оси в области кольцевого фокуса, в котором устанавливается кольцевая диафрагма, пропускающая частицы с определённым значением импульса. Однородное продольное магнитное поле создаётся соленоидом, окружающим прибор. По аналогии с оптикой такие соленоиды называют магнитным и линзами (см. Электронная оптика). Описанный прибор носит название Б.-с. с длинной магнитной линзой. Нередко применяют также приборы, у которых источник и детектор расположены вне соленоида (в направлении его оси). Их называют Б.-с. с короткой магнитной линзой.

Широко распространены Б.-с. типа «апельсин». Магнитное поле таких приборов можно себе представить как наложение секторных магнитных полей, получающихся при вращении поля (рис. 4) вокруг линии, соединяющей источник и детектор. Магнитные силовые линии в этом случае — окружности, центры которых расположены на оси прибора. Такие Б.-с. позволяют получить большую светосилу и хорошую разрешающую способность.

Источники, применяемые в бета-спектроскопии, изготовляют нанесением слоя радиоактивных веществ на тонкие подложки (слюда, алюминий). Торможение электронов в источнике способно вызывать заметные искажения спектра. Наилучшие источники получают испарением в вакууме. В качестве детекторов применяют фотографические пластинки, сцинтилляционные счётчики, счётчики Гейгера — Мюллера. На рис. 6 приведён β-спектр излучения радиоактивного изотопа ¹⁷⁷Lu, снятый с помощью Б.-с.

Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 1, М., 1969; Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 3, М., 1961; Грошев Л. В. и Шапиро И. С., Спектроскопия атомных ядер, М., 1952.

Л. Л. Гольдин.

Траектория электронов в поперечном магнитном поле. Силовые линии поля перпендикулярны плоскости рисунка. Радиус окружности, которую описывает электрон, пропорционален его импульсу.

Траектория электронов в β-спектрометре со счётчиком Гейгера — Мюллера. Плавно изменяя магнитное поле, к щели спектрометра последовательно подводят частицы с разными значениями импульса р.

Фокусировка электронов в однородном поперечном магнитном поле (полукруговая фокусировка). Траектории электронов, вылетевших из источника под небольшими углами к оси у, сходятся у детектора.

Схема устройства β-спектрометра с секторной фокусировкой. Силовые линии поля перпендикулярны плоскости рисунка.

Схема движения электронов в продольном магнитном поле. Силовые линии поля параллельны оси прибора. Траектории электронов, имеющих одинаковый импульс р, проходят в области диафрагмы на одном и том же расстоянии от оси прибора (кольцевая фокусировка).

Рис. 6. Спектр излучения ¹⁷⁷Lu. По оси абсцисс отложен импульс электронов, измеренный в единицах Вρ по оси ординат — зарегистрированная детектором интенсивность, поделенная на Вρ. Пики на кривой обусловлены электронами, которые возникают при внутренней конверсии γ-лучей, испускаемых при высвечивании дочернего ядра ¹⁷⁷Не. β-спектр ¹⁷⁷Lu образует пьедестал, на котором возвышаются конверсионные пики.

БЕТА-СПЕКТРОМЕТР - прибор для измерения энергии (энергетического спектра) электронов и позитронов, в т. ч. бета-частиц.

b-spectrometer, beta-spectrometer, ketron

beta(-ray) spectrometer

БЕТА-СПЕКТРОМЕТР

прибор для измерения энергетич. распределения (спектра) эл-нов и позитронов, вылетающих при b-распаде, а также конверсионных эл-нов и эл-нов, возникающих при вз-ствии с в-вами гамма-, рентгеновского и др. излучений. Осн. хар-ки Б.-с.— разрешающая способность и светосила. Разрешающая способность характеризует наименьшее различие в энергии эл-нов, к-рое может быть зарегистрировано Б.-с.

Рис.1. Спектр конверсионных эл-нов 170Tm: р — импульс в Гс
• см, N — число эл-нов.

При изменении энергии или импульса эл-нов получается нек-рое распределение, содержащее максимумы (рис. 1). Отношение ширины максимума на половине высоты к энергии? или импульсу р эл-нов (D?/? или Dр/р) наз. разрешающей способностью Б.-с. Светосила Б.-с. равна отношению числа эл-нов, попавших в детектор, к полному числу эл-нов данной энергии, испущенных источником. Произведение светосилы Б.-с. на площадь источника наз. светимостью и выражается в см2. Чем больше светимость, тем чувствительнее Б.-с. Различают Б.-с., измеряющие энергию эл-нов по их воздействию на в-во, и Б.-с., пространственно разделяющие эл-ны разл. энергий в электрич. и магн. полях. К приборам 1-го типа относятся ионизационные камеры, сцинтилляционные счётчики, полупроводниковые детекторы. Действие их сводится к превращению в в-ве энергии эл-нов в электрич. импульсы. Достоинство Б.-с. этого типа — возможность одноврем. регистрации практически всего спектра с помощью многоканальных амплитудных анализаторов; существ. недостаток — низкая разрешающая способность D?/?, особенно для медленных эл-нов. У ионизац. камер и сцинтилляц. счётчиков D?/? обычно = 10%, у ПП детекторов =5—20%.

Б.-с. с пространств. разделением эл-нов имеют, как правило, гораздо большую разрешающую способность; область их применения значительно шире, несмотря на сложность изготовления. Электрич. (Е) или магн. (Н) поле разделяет эл-ны с разными энергиями и фокусирует моноэнергетич. эл-ны, вылетевшие из источника в определ. телесном угле. Напряжённость поля должна поддерживаться постоянной с точностью DHlH=10-6. Пространств. разделение эл-нов происходит в вакуумной камере (давление 10-4—10-9 мм рт. ст.). Земное магн. поле экранируется или компенсируется с точностью до 10-4Э. Первым магн. Б.-с. был спектрометр, построенный в 1912 польск. физиком Я. Данышем. В нём эл-ны в однородном магн. поле движутся в плоскости по окружности, радиус к-рой r пропорц. импульсу эл-нов р и обратно пропорц. магн. индукции В. В магн. Б.-с. удобно измерять импульс в единицах Вr (Гс
• см). В Б.-с. с однородным поперечным магн. полем осуществляется фокусировка эл-нов при наибольших углах вылета из источника в плоскости, перпендикулярной В. Изображение источника получается при повороте радиуса-вектора эл-на на 180° (Б.-с. с полукруговой фокусировкой); в плоскости, параллельной В, эл-ны движутся по спирали (рис. 2). Эл-ны, вылетающие из источника, фокусируются в плоскости, параллельной В и перпендикулярной направлению вылета эл-нов из источника. Несмотря на малую светосилу, такие Б.-с. часто применяются из-за

Рис. 2. Схема траекторий эл-нов в магн. b-спектрометре с однородным магн. полем (с полукруговой фокусировкой). Эл-ны, вылетевшие из источника в направлении, перпендикулярном В, в виде плоского расходящегося пучка с угл. шириной j, после поворота на 180° фокусируются на фотопластинке, лежащей в плоскости, параллельной В. Фокусировка по углу y (в плоскости, параллельной В) отсутствует.

простоты и возможности абс. измерения энергии. Детектором обычно служат фотопластинки (см. ЯДЕРНАЯ ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЭМУЛЬСИЯ).

В 1946 швед, учёные Н. Свартхольм и К. Сигбан создали магн. Б.-с. с двойной фокусировкой, в к-ром магн. поле перпендикулярно к траекториям эл-нов, но не однородно, а спадает с радиусом r, как 1/r. В нём осуществляется фокусировка 1-го порядка по углу j и 2-го — по углу y (рис. 2). Угол между радиусами-векторами источника и его изображением равен p?2 (наз. также Б.-с. типа p?2). В фокальной плоскости Dр/р=0,1% и сохраняется при уменьшении энергии эл-нов до неск. эВ. Магн. поле в Б.-с. типа p?2 создаётся либо катушками с током, либо железными электромагнитами с профилированными полюсами. В 1960 в Канаде был создан безжелезный Б.-с. с r=1 м, Dp/р=0,01% при светосиле 0,06% (Р. Л. Грэхем, Дж. Т. Юэн, Дж. С. Гейгер). Разрешающая способность лучших Б.-с. типа p?2 с железом тоже достигает 0,03%, однако она сильно ухудшается при переходе к медленным эл-нам. Для детектирования эл-нов применяются фотопластинки, Гейгера счётчики, ПП детекторы и электронные умножители.

В тороидальном Б.-с. Владимирского магн. поле создаётся тороидальной катушкой с током. Источник и детектор расположены на оси катушки. Эл-ны входят в поле и выходят из него через зазоры между витками, форма к-рых обеспечивает фокусировку эл-нов в большом интервале углов вылета. Светосила таких Б.-с. может превышать 20%.

Для анализа спектра медленных эл-нов применяются электростатич. Б.-с. с анализатором в виде сферич. конденсатора. Источник и детектор находятся вне электрич. поля E, перпендикулярного траекториям ч-ц. Для нерелятив. эл-нов осуществляется двойная фокусировка. Электростатич. Б.-с. имеют хорошую разрешающую способность (до 0,05%) при светосиле 0,1%. Медленные эл-ны на выходе электростатич. Б.-с. обычно регистрируются системой электронных умножителей.

бе́та-спектро́метр

прибор для измерения энергии (энергетического спектра) электронов и позитронов, в том числе бета-частиц.

* * *

БЕ́ТА-СПЕКТРО́МЕТР, прибор для измерения энергии (энергетического спектра) электронов и позитронов, в т. ч. бета-частиц.

beta(-ray) spectrometer

* * *

beta(-ray) spectrometer

* * *

ketrone

м.

spettrometro m (a raggi) beta

= β-спектро́метр бе́та-спектро́метр, β-спектро́метр

= β-спектро́метр бе́та-спектро́метр, β-спектро́метр

бе́та-спектро́метр

прибор для измерения энергии (энергетич. спектра) электронов и позитронов, возникающих при р-распаде, а также электронов, образующихся при взаимодействии с в-вом у(гамма) -, рентгеновского и др. излучений. Различают Б.-с., измеряющие энергию электронов по их воздействию на в-во (ионизац. камеры, сцинтилляц. счётчики) и пространственно разделяющие электроны разл. энергий в электрич. и магн. полях.

прибор для измерения энергетического распределения (спектра) электронов и позитронов, вылетающих при бета-распаде, а также конверсионных электронов и электронов, возникающих при взаимодействии с веществами гамма-, рентгеновского и других излучений; различают бета-спектрометры, измеряющие энергию электронов по их воздействию на вещество (ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики и др.), и бета-спектрометры, пространственно разделяющие электроны различных энергий в электрических и магнитных полях.

магнитный бета-спектрометр — бета-спектрометр, в котором разделение электронов с разными энергиями и их фокусировка осуществляются с помощью магнитного поля в камере с высоким вакуумом.