В книге изложены основные вопросы спектрометрии ионизирующих излучений. Рассмотрены, в частности, методы измерения и обработки аппаратурных спектров, различные типы спектрометров, показано применение методов спектрального анализа излучений к решению ряда конкретных задач в физике защиты, дозиметрии, измерении малых активностей.
Книга предназначена для физиков — инженеров и студентов старших курсов, интересующихся вопросами прикладной ядерной физики, применения радиоактивный изотопов в технике. ^
ВВЕДЕНИЕ
В решениях XXII съезда Коммунистической партии Советского Союза, в Программе КПСС, принятой съездом, предусматривается дальнейшее расширение работ по использованию ядерной энергии в мирных целях. Большое значение будет иметь один из важнейших разделов прикладной ядерной физики — прикладная спектрометрия ионизирующих и з-лучений.
Известно, что развитию ядерной физики в течение длительного периода предшествовало развитие атомной физики. Основным методом исследования структуры атомов являлся метод измерения и расшифровки серий спектральных линий. Именно исследование атомных спектров позволило создать теорию строения атомов. В процессе исследования структуры атомов были разработаны прецизионные спектральные приборы и методы спектрального анализа. В дальнейшем методы спектрального анализа получили широкое распространение как наиболее точные методы качественного и количественного анализа химического состава вещества в самых различных областях науки и техники.
Методы измерения и анализа спектров ядерных излучений являются самыми мощными методами исследования структуры атомных ядер. Раздел ядерной физики, содержание которого-составляют исследования структуры атомных ядер, называется ядерной спектроскопией.
Советские ученые А. И. Алиханов, С. А. Баранов, А. К. Вальтер, Л. В. Грошев, Б. С. Джелепов, Г. Д. Латышев, И. С. Шапиро, В. С. Шпинель и другие своими работами по ядерной спектроскопии внесли существенный вклад в науку о структуре атомных ядер.
В настоящее время аппаратура, разработанная для исследований структуры атомных ядер, достигла такой степени совершенства, что все шире и шире внедряется в народное хозяйство. Методы спектрометрии нашли уже применение в физике защиты и дозиметрии, в геологии, металлургии, машиностроении, технике производства полупроводников, радиохимии, археологии, медицине. Они применяются также для анализа энергетического состава излучений радиационных поясов Земли; полученные данные помогают, в частности, оценивать радиационную опас-
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ............................ 3
ЧАСТЬПЕРВАЯ
МЕТОДЫ СПЕКТРОМЕТРИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИИ
Глава I. Ядерные 'переходы и схемы распада, основные определения и характеристики спектрометров......... 5
§ 1. Процессы распада в ядрах, ядерные излучения, схемы
распада ............ч............ 5
§ 2. Основные понятия и определения............ 8
Литература.....................' . . . , 14
Глава. П. Магнитные методы спектрометрии ионизирующих излучении ........................ 15
А. Спектрометрия бета-излучения ................ 15'
§ 1. Методы измерений бета-спектров с использованием поперечного однородного магнитного поля......... . 19
§ 2. Методы регистрации частиц в бета-спектрометрах ... 27 § 3. Спектрометры с поперечным магнитным полем, корректированным по одной координате............. 31
§ 4, Тороидальный спектрометр («апельсин»)........ 33
§ 5. Бета-спектрометры с использованием стабильной орбиты
и двойной фокусировкой......(........ 34
§ 6. Бета-спектрометры с использованием продольного магнит- • •:,
ного поля ........,............. 41
§ 7. Методы измерения и стабилизации магнитных полей ... 51
§ 8. Магнитные спектрометры, не содержащие железа . . ... . 54'•..'.<
§ ,9. Основные погрешности при измерении бета-спектров . . 59 ,
§ 10. Методы изготовления пленок для подложек и окошек . . 60 >j
§ 11. Методы изготовления источников ........... 63^
§ 12. Бета-спектры и методика их обработки......... 67^
R. Магнитные методы исследования энергетического состава гамма- "Jj
излучения.......................... 78 ч
§ 13. Определение энергетического состава гамма-излучения по . |
электронам отдачи................... 78 i
§ 14. Определение энергетического состава гамма-излучения по щ
фотоэлектронам.................... 83>щ
§ 15. Определение энергетического состава гамма-излучения по
конверсионным электронам.............. 9ftl
§ 16. Магнитные методы определения энергетического состава гамма-излучения по электронно-позитронным парам . . .
420 '
спектРометР™ тяжелых заряженных частиц . . 97
**"*•••••••• УУ
Глава III. Ионизационные методы измерения энергетического
состава ионизирующих излучений ....... Ю2
,„ частиц по
иони-
§ 3' чикГ?УКЦИЯ И иринпйп'дёйствия пропорционального счёт-Дика как датчика к бета-спектрометру
сп хаРактеРис™ки пропорционального счетчика „ г спектрометрического датчика 1U
HMCKot измеРения„ низкоэнергетического гамма^ и рентге-
§ 6 Регистп0 ИЗЛуЧеНИИСПОМОЩЬЮ11РопоРЦионального счетчика 117 R Пп„,?' ^егистРиРУющая электронная схема 1\а
В. Полупро^одни«ОВЫе спектрометры ионизирующих' излуч'ений .' ! 23 30
.25
§ 9 СпектппГИЯ изготовления полупроводниковых счётчиков 135 - никовкЛ РЫ тяжелых заряженных частиц с 'полупровод-
s -т н1ИКОВЫ1ии детекторами . 148
пи? иМпНеНИИ полУпРоводниковых детекторов для регистра-
8 И о спектрометрии электронов р 142 сТ°Р^енении полУпРОвоДниковых детекторов 'для реги-
страции и спектрометрии гамма-излучения а43
§ 12. Тонкие g -счетчики ...:.....!....' 149
еНеНИЯ СпектРометРов с полупроводниковыми
Литература . ......... ............. 152
.......... .............. 155
Глава IV. Сщщтилляционные методы спектрометрии ..... 158 А. Сцинтилляторы
§ *" поп3п1йСоКИе пР°Цессы' возникающие 'в' ёцинтилляторах Ш
0 9 р°д даиствием излучений . . 1йЯ
стЦалл™ЛЛЯЦИ°ННЫе пР°Чессы в щелочнё-галоидных кри-
| 1~ Органические ёцинтилляторы ' ;•••••••.•-•-•••• |68
1 \' rrS-116 °Рганические сцинтилляторы . . '••;••• „ | I' Пластические сцинтилляторы ......... JQQ
§ 6. Газовые сцинтилляторы ... ..... ....... }Ж
§ 7. Стеклянные сцинтилляторы ............ }Ц
Б. Фотоэлектронные умножители . . ' ' ' ............ У?
| °' Входная камера фотоумножителя ............ iq?
| 9. Умножатедьная система . . ........... am
1 11 ' ш^ГА№ода Ф°т°умножителеу : : ; ; ; \ ; ; ; ; ; gj
|.Ji- шумы фотоумножителей .... 201
I 13 ГенТе°пУа^ОЖИТеЛИ' пРименяемые для временных измерении 203
лолем^ РЫ станДаРтных световых импульсов, применяе-
« 14 Н7котппг ДОВаниЯ и отбора Фотоумножителей .... 204
S 14. некоторые результаты исследования фотоумножителей . 207
421
В. Основные характеристики однокристальных сцинтилляционных
бета- и гамма-спектрометров................. 208
§ 15. Факторы, определяющие разрешающую способность сцин-
тилляционного бета-спектрометра ........... 208
§ 16. Эффективность сцинтилляционного однокристального спектрометра к заряженным частицам ............ 214
§ 17. Эффективность сцинтилляционного однокристального
гамма-спектрометра ..."............... 216
§ 18. Форма линии, получаемая с помощью однокристального
сцинтилляционного гамма-спектрометра, и разрешение . . 219
§ 19. Фотовклад и фотоэффективность...........-. 230-
§ 20. Обработка аппаратурного спектра моноэнергетического
гамма-излучения .............•..'.... 234
Г. Многокристальные гамма-спектрометры.........., . 23S
§ 21. Двухкристальный гамма-спектрометр со схемой вычитания 23ft
§ 22. Двухкристальные комптоновские гамма-спектрометры . . 23ft
§ 23. Сцинтилляционный спектрометр пар ......... 24ft
Д. Сцинтилляционные гамма-спектрометры полного поглощения . . 248 Е. Измерение спектров гамма-излучения в присутствии других видов
излучений . .................•......... 251
Ж. Сцинтилляционный метод спектрометрии тяжелых заряженных
частиц............................. 252
Литература ....................'...... 254
Глава V. Прямые методы измерения энергетического состава гамма-излучения...................... 258
А. Метод ослабления узкого пучка гамма-излучения в веществе . . . 258 Б. Дифракционный метод измерения энергетического состава гамма-излучения . ;........................ 262
§ 1. Дифракционные спектрометры с плоскими кристаллами . . 262
§ 2. Дифракционные спектрометры с изогнутыми кристаллами 264
Литература......................... 278
Глава VI. Электростатические спектрометры ......... 280>
Литература......................... 287
ЧАСТЬВТОРАЯ
ПРИКЛАДНОЕ ВОПРОСЫ СПЕКТРОМЕТРИИ
Глава I. Применение методов спектрометрии в физике защиты от
гамма-излучений................. . 28?
А. Основные положения теории многократного рассеяния гамма-квантов ............................. 290
§ 1. Теоретические предпосылки и постановка задачи по исследованию полей гамма-излучений.............. 290"
§ 2. Метод последовательных приближений ......... 29$
§ 3. Кинетическое уравнение и^методы его решения...... 294
§ 4. Метод случайных испытаний или метод Монте-Карло ... 296
§ 5. Альбедо гамма-излучения............... 298-
Б. Экспериментальные исследования полей гамма-излучений .... 299
§ 6. Экспериментальная установка ..............; 2991
§ 7. Методы обработки непрерывных и сложных гамма-спектров........................ 307
§ 8. Экспериментальные работы по исследованию угловых и энер-
гетических распределений гамма-квантов...... • 330>
§ 9. Экспериментальное исследование альбедо гамма-излучения 351
Литература........................• • ^54
/.ОО
Глава II. Применение методов спектрометрии для измерения малых активностей и изотопного состава радиоактивных веществ....................... 356
§ 1. Методы измерения малых активностей по гамма-спектрам
с помощью сцинтилляционных гамма-спектрометров . . . 357
§ 2. Связь между активностью изотопа в кюри и весом изотопа
в граммах ........................ 358
§ 3. Анализ смеси изотопов................. 358
§ 4. Количественный и качественный анализы смеси радиоактивных изотопов по их бета-излучению .......... 366
§ 5. Некоторые результаты анализа радиоактивных выпадений
(осадков) ....................... 370
§ 6. Применение сцинтилляционных спектрометров к изучению количеств радиоактивных веществ, содержащихся в живом организме....................... 374
§ 7. Определение концентрации изотопа U235 в естественном уране 377
§ 8. О некоторых приложениях методов спектрометрии к решению дозиметрических задач................. 379'
§ 9. Применение методов спектрального анализа излучений
в геологии....................... 381
Литература.......................... 386
Глава III. Активационный анализ.............. 389
• § 1. Теоретическое обоснование метода нейтронного активацион-
ного анализа................-...... 391
§ 2. Процедура активационного анализа........... 394
§ 3. Некоторые применения активационного анализа .... 405
Литература.......................... 409
Глава IV. Спектрометры ионизирующих излучений в качестве
следящих систем и счетных устройств........ 411
§ 1. Применение гамма-спектрометров в следящих системах . . 411 § 2. Применение спектрометров в качестве счетных устройств 414 Литература........................ 419
Цена: 150руб.
