Способ детектирования ядерного гамма-резонансного излучения Советский патент 1984 года по МПК G01T1/16 

2 Способ по п.1, о щ и и с я тем , что примесной компоненты тличаю-сн используют азот , 1 онцентра в качествеция которо1о в смеси составляет газовой сме-0,1-1 мае. %. 1069538

1.СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО ГАММА-РЕЗОНАНСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, заключаюсцийся в том, что и детекторе, заполненном газовой смесью гелия и примесной компоненты и в котором создано электрическое поле напряженностью Е) регистрируют конверсионные и Оже-электроны, испускаемые при переходе мессбауэровских ядер из возбужденного состояния в основное, отличающийся тем, что, с целью увеличения соотношетя сигналшум и разрешающей способности, электрическое поле в детекторе создают КЗ условия vlB«. где г 3g - энергия возбуждения молекулы примесного газа, Р - давление газа в детекторе,W - энергия ибиообраэования газа гелия, и регистрируют световые вспьшки, происходяпще при высвечивании энергии возбуждения газовых молекул. (О ел со эо т

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в ядерной и прикладной физике при регистрации гамма-резонансного излучения, в частности в случаях, когда при ядерных переходах наряду с гамма-квантами испускаются электроны внутренней конверсии.

Известны способы детектирования ядерного гамма-резонансного (мессбауэровского) излучения, основанные на регистрации резонансного рассеянного вторичного излучения l, 2j . При этом в рассеянном излучении присутствуют как гамма- и рентгеновские кванты, так и электроны, испускаемые при ядерных переходах. Большая проникающая способность гамма- и рентгеновских квантов позволяет увеличить интенсивность рассеянного излучения за счет использования больших толщин исследуемого вещества. Гаммарезонансные спектры, полученные таким способом, дают информацию о химическом и кристаллографическом состоянии толщиной до 3000 А. Однако отмечается малая скорость счета и высокий уровень фона, обусловленньш фото- и комптон эффектами, происходящими в исследуемом веществе от высокоэнергетических гамма-квантов

(122 кэВ),

I...

Наиболее близким по своей технической сущности является способ детектирования ядерного гамма-резонансного излучения L3J , заключающийся в том, что в детекторе, заполненном газовой смесью Не и примесной компоненты и в котором создано электрическое поле напряженностью Е, регистрируются конверсионные и бжеэлектроны, испускаемые при переходе мессбауэровских ядер из возбужденного состояния в основное. Напряженность электрического поля Е и давление наполняющего газа р подбираются так, чтобы отношение Б|р бьшо больше энергии новообразования W напрлняющего газа. Электроны в этом способе регистрируются по ионизационному эффекту, создаваемому ими. 5 Электроны, вылетающие из исследуе мого образца при внутренней конверсии мессбауэровских ядер, попадают в электрическое пол, созданное в объеме детектора. Приобретя энергию, достаточную для ударной ионизации, они образуют лавину, которая, попав на анодный электрод, создает электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна энергии электрона, вылетевшего из образца. Спектры, полученные таким образом, дают информацию о поверхностных слоях толщиной 300-500 А.

Однако этот способ имеет два прин0 ципиальных ограничения. Энергетическое разрешение его ограничено энергией новообразования газа, которая для используемого в этом способе Не составляет 41,7 эВ. Временное раз решение ограничено временем собирания электронной лавцны на аноде, которое обычно составляет несколько микросекунд. Кроме того, при детектировании гамма-излучения таким спо0 собом эффективность регистрации относительно низка, так как при больших загрузках образуется пространствен,ньй электрический заряд, который ухудшает энергетическое разрешение

5 используемого детектора, уменьшая амплит.уду сигнала, соответствующего регистрируемой энергии,

° Целью изобретения является увеличение соотношения сигиал-шум и разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе детектирования ядерного гамма-резонансного излучения, заключающемся в том, что в детекторе, заполне нном газовой смесью Не и примесной компоненты и в котот)пм создано электрическое поле напряженностью Е, peгиcтp фyют конверсионные и Оже-электроны, испускае мые при переходе мессбауэровских ядер из возбужденного состояния в основное, и электрическое поле в детекторе создают из условия Jg Е/р W, - энергия возбуждения молекулы примесного газа, р - давление газа в детекторе; Y - энергия ионообра зования газа Не, и регистрируют световые вспьппки, происходящие при высвечивании энергии возбуждения газовых молекул.. В качестве прикесной компоненты газовой смеси используют азот, концентрация которого в смеси составляет 0,1-1 мас.%. При этом детектирование конверсионных электронов будет осуществляться не ионизацией газовых молекул, а возбуждением их. Для осуществления процесса необходимо вьшолнение следующего условия. Конверсионные и Оже-электроны, появлякмциеся при пере ходе мессбауэровских ядер из возбужденного состояния в основное, ускоряются электрическим полем, существу щим в детекторе, которьй заполнен газом. Однако напряженность поляЕ и давление р подбираются так, чтобы электроны приобретали энергию, дост точную лишь для возбуждения молекул газа. При эток будет выполняться условие, необходимое для протекания процесса W у 3g гия возбуждения газовых молекул. От принципиального ограничения по энергетическому разрешению удается избавиться благодаря тому, что количество возбужденных атомов газа на пути следования электрона будет в -;Р- раз больше, чем количество иониJgзированных атомов того же газа для электрона с той же энергией (V/ энергия ионообразования). Следовательно, и энергетическое разрешение будет в раз вьпие. Временное «разрешение удается повысить, регистрируя только первичную компоненту световой. вспьш1ки интенсивность которой мала, но длительность не более 20 не. Для увеличения эффективности регистрации состав газа подбирается так, чтобы при передаче энергии регистрируемого электрона молекулам заполняющего газа происходило селективное заселение возбужденных уровнен этих молекул, а спектр высвечиваемого светового излучения бьш линейчатым и охватывал диапазон длин волн от 3500 до 6000 А. При этом большая часть испускаемой световой энергии будет сосредоточена в нескольких спектральных линиях, имеющих в связи с этим высокую яркость, и отпадает необходимость использова ния смесителя спектра Этого удается добиться, используя газовую смесь на основе Не. Примесный газ следует подбирать-так, чтобы уровни возбуждения молекул его лежали ,5 эВ ниже, чем уровни возбуждения Не, и чтобы быпо велико сечение неупругого взаимодействия их с атомами Не. В этом случае необратимым становится процесс передачи энергии от атомов Не к молекулам примесного газа. Кроме того, следует учитывать, что зависимость интенсивности наблюдаемых линий от концентрации азота, который наиболее удобен в качестве примеси, так как энергия возбужденного состояния у него л/ 3,5 эВ, имеет вид кривой с максимумом. Спектр испускания смеси гелийазот состоит из линий молекулярного иона азота, имеющих высокую яркость и нескольких линий атомарного и молекулярного гелия значительно более слабой интенсивности. Интенсивность линий зависит от концентрации азота. Оптимальной для работы при давлении 1 атм, является концентрация азота 0,1-1 мас.%. При уменьшении концентрации азота ниже 0,1 мас.% резко уменьшается вероятность передачи возбуждения от атомов гелия молекулам азота, а следовательно, уменьшается количество молекул N, высвечивающих энергию возбуждения. При увеличении концентрации азота выше 1 мас.% происходит тушение этих линий, oбycлoвлe нoe двойными соударениями N,, с Nj. Энергетическое разрешение при детектировании электронов по ионизационному эффекту определяется флуктуацией количества ионных napEo/W, образованных регистрируемым электроном (ЕО энергия этого электрона), а при детектировании световых вспы