3.1.7. Ослабление β-излучения в среде, отделяющей препарат от чувствительного объема счетчика

Поправочный коэффициент ослабления определяется как отношение числа частиц , проникающих в чувствительный объем детектора, к числу частиц , испускаемых в направлении детектора с поверхности препарата, нанесенного на некоторую подложку:

(3.32).

В силу экспоненциального характера ослабления

(3.33),

где — полная толщина поглощающего слоя. Она складывается из толщины стенки (окна) счетчика, слоя воздуха между препаратом и счетчиком, а также (если они используются в работе) слоя дополнительных поглотителей^:

.

Толщину слоя воздуха (г/см²) при 760 мм рт. ст. и 25 °С определяют по формуле

,

где — расстояние между препаратом и стенкой счетчика, см.

При > 0,3 экспоненциальное соотношение уже несправедливо. В этом случае приходится пользоваться различными эмпирическими и полуэмпирическими графиками. Из-за различий формы β-спектров и зависимости кривых ослабления от условий измерения (известно, что и начальные участки кривых ослабления могут обнаруживать отступления от экспоненциальности) точность поправок, получаемых с помощью формулы (3.33) или графиков, обычно невелика. Поэтому наиболее предпочтительно получать поправочный коэффициент ослабления прямым определением скорости счета при нулевой толщине поглотителя, а это довольно сложная и трудоемкая задача. Нередко для нахождения скорости счета при нулевой толщине поглотителя прибегают к экстраполяции полулогарифмических кривых ослабления до пересечения с осью ординат, но такой путь возможен лишь при строго экспоненциальном ходе кривых . Форма кривых ослабления была предметом многочисленных исследований, однако большинство работ в этой области выполнено без определения скорости счета при нулевой толщине поглотителя. Рассмотрим некоторые из имеющихся результатов.

Форма кривых ослабления при малых толщинах поглотителя. Для определения точного значения скорости счета в отсутствие поглотителей при выбранных геометрических условиях ( = 0,0165) использовался счетчик с открытым окном, воспроизводящий геометрию обычного торцового счетчика (рис. 3.10). Изменяя давление рабочего газа в таком счетчике, можно снимать кривые ослабления вплоть до толщин поглотителя, составляющих десятые доли миллиграмма на квадратный сантиметр.

Рис. 3.10. Счетчик с открытым окном, предназначенный для градуировки торцовых счетчиков

Рис. 3.11. Начальные участки кривых ослабления в слюде β-частиц с различной максимальной энергией , МэВ

Рис. 3.12. Кривые ослабления β-излучения различных радионуклидов в газе, заполняющем счетчик с открытым окном

На рис. 3.11 показаны полученные кривые ослабления β-частиц в поглотителях из слюды. Из рисунка видно, что для β-излучателей с максимальными энергиями спектра от 0,26 МэВ (⁴⁵Са) до 1,71 МэВ (³²Р) кривые не следуют экспоненциальному закону — наклон полулогарифмических кривых ослабления убывает с толщиной поглотителя. Если же учесть ослабление β-частиц в слое газа на пути от препарата к счетчику (этот эффект проявляется только для низкоэнергетических β-излучателей, см. рис. 3.12), то окажется, что и для = 0,17 МэВ (³⁵S) кривая ослабления при малой толщине поглощающего слоя будет отклоняться вверх.

В другой работе применялся счетчик с открытым окном, заполняемый смесью гелия с парами спирта до давления 100 мм рт. ст.; геометрический коэффициент составлял 0,0055 (препарат диаметром менее 8 мм располагали на расстоянии 50 мм от диафрагмы диаметром 15 мм). Были исследованы начальные участки кривых ослабления в алюминии для β-излучателей с максимальной энергией от 0,16 до 2,26 МэВ. Кривые ослабления снимали для трех и более (до 17) препаратов и полученные результаты усредняли. Данные хорошо совпадали с результатами предыдущей работы для слюды: более быстрый (по сравнению с экспоненциальным) спад начальных участков кривых ослабления наблюдался вплоть до толщин поглотителя 6-10 мг/см².

Такой ход кривых ослабления согласуется с законом торможения электронов. В поглотителях малой толщины поглощаются вследствие торможения наиболее медленные электроны, а торможение и рассеяние электронов происходят тем сильнее, чем меньше их энергия. Более крутой ход кривых ослабления при малых толщинах не вызван избытком медленных электронов в спектре или наличием заметного количества конверсионных электронов малой энергии, так как среди радионуклидов, для которых наблюдался этот ход, есть ³²Р, ⁸⁹Sr, ⁴⁵Са, которые имеют простые спектры и β-распад которых не сопровождается испусканием излучения и конверсионных электронов.

Не исключена возможность, что неэкспоненциальный характер кривых ослабления на начальном участке обусловлен побочными процессами, имеющими место при работе с торцовыми счетчиками. Можно ожидать, что кривая ослабления за вычетом этих побочных эффектов (например, снятая на цилиндрическом счетчике с коаксиально расположенным препаратом) будет иметь на начальном участке строго экспоненциальный характер.

В заключение еще раз подчеркнем, что неэкспоненциальный характер ослабления β-излучения при малых значениях толщины поглощающего слоя может приводить к значительным погрешностям при абсолютных измерениях радиоактивности, если поправку на ослабление получают экстраполяцией к нулю кривых ослабления, снятых начиная с нескольких миллиграммов на квадратный сантиметр. Наиболее точно скорость счета при нулевой толщине поглотителя может быть определена измерением абсолютной активности эквивалентного образца в 4π-счетчике и введением поправки на геометрический коэффициент.