Зависимость от толщины подложки и энергии излучения

Рассмотрим подробнее результаты работы в которой авторы использовали торцовый счетчик с диаметром окна 20 мм и толщиной слюды около 3 мг/см, помещенный в защитный домик из свинца, облицованный изнутри алюминием; геометрический коэффициент составлял примерно 0,03. В качестве β-излучателей были взяты ¹⁴C, ⁹⁵Nb, ³⁵S, ⁴⁵Ca, ⁶⁰Co, ¹⁸⁵W, ¹³⁴Cs,²⁰⁴Tl, ²⁴Na, ⁹¹Y, ³²P, ⁹⁰Y.

На рис. 3.16, 3.17 показана зависимость коэффициента от толщины подложек из разных материалов для β-излучения различной энергии. Обращает внимание довольно большой разброс значений . (Возможно, такова вообще точность многих из подобных исследований, хотя в большинстве случаев исходные данные, позволяющие оценить рассеяние результатов эксперимента, не приводятся.) Тем не менее, на рисунках четко проявляются основные закономерности обратного рассеяния. Коэффициент возрастает с увеличением толщины подложки, достигая насыщения при определенных значениях . Толщина подложек, при которой кривые обратного рассеяния выходят на насыщение, не должна превышать 0,5 . В действительности она ниже: для высокоэнергетических β-излучателей 0,15 – 0,2 , а для β-излучателей низкой энергии 0,3-0,4 . Чтобы заведомо быть уверенным в том, что достигается насыщение эффекта обратного рассеяния, следует выбирать толщину подложки не ниже 0,4 .

Рис. 3.16. Зависимость коэффициента обратного рассеяния β-излучения ³²Р от толщины подложки из различных материалов

Рис. 3.17. Зависимость коэффициента от толщины алюминиевой подложки для различных β-излучателей

Из рис. 3.17 можно видеть также, что при малой толщине подложки кривые обратного рассеяния для β-излучателей с низкими значениями максимальной энергии идут выше кривых для высокоэнергетических β-излучателей. Таким образом, используя тонкие подложки, можно добиться увеличения вклада низкоэнергетического компонента смеси радионуклидов в суммарную скорость счета, в то время как использование поглотителей приводит к противоположному результату.

Наконец, как следует из рис. 3.17, предельное значение тем больше, чем выше максимальная энергия β-спектра. Однако значения при толщине подложки, соответствующей насыщению обратного рассеяния, не зависят от максимальной энергии β-излучения при > 0,6 МэВ (рис. 3.18). Такой вид зависимости связывают с ослаблением обратно рассеянного излучения в слое воздуха между препаратом и счетчиком и в стенке счетчика.

Рис. 3.18. Зависимость коэффициента обратного рассеяния от максимальной энергии β-спектра для подложек из различных материалов

Рис. 3.19. Ослабление в алюминии (в линейном масштабе) первичного излучения ³²Р и обратно рассеянного излучения

Было показано, что имеется смещение спектра обратно рассеянного излучения в область более низкой энергии по сравнению с первичным излучением. Этот факт продемонстрирован на рис. 3.19, где приводятся кривые ослабления β-излучения, отраженного от подложек из свинца, меди и плексигласа под различными углами. Из рисунка видно, что энергия излучения, рассеянного под малыми углами к подложке (кривые 2, 3), лишь ненамного ниже энергии первичного излучения. При рассеянии же под углами, близкими к 90° (кривые 4-6), происходит заметное снижение энергии β-частиц, тем более значительное, чем меньше атомный номер материала подложки. Обратно рассеянное излучение неизотропно. Для подложки из материалов с достаточно высокими значения коэффициентов возрастают с увеличением угла в тем большей степени, чем выше атомный номер вещества подложки (аналогичные зависимости были получены с препаратом ³²Р). Для подложек из легких материалов характер кривых изменяется: в случае алюминия практически не зависит от , а для подложек из плексигласа наблюдалось снижение значений с увеличением угла . Таким образом, в конкретной работе необходимо учитывать сложный характер зависимости коэффициента обратного рассеяния от геометрических условий измерения и порядкового номера вещества подложки.

Рис. 3.20. Зависимость коэффициента обратного рассеяния от угла между направлением на счетчик и плоскостью подложек из свинца и латуни для разных ра­дионуклидов

Позитроны при обратном рассеянии ведут себя так же, как электроны, хотя значения для β⁺-частиц во всех случаях оказываются на 10—20%

Эффект обратного рассеяния уменьшается с увеличением толщины препарата. По аналогии с зависимостью, которая существует между обратным рассеянием и толщиной подложки, обратное рассеяние от подложки не должно сказываться, когда толщина препарата становится больше 0,2-0,4. В этих случаях коэффициент обратного рассеяния можно не учитывать.

При измерениях β-радиоактивности тонких препаратов следует использовать либо толстые подложки, обеспечивающие насыщение обратного рассеяния ( > 0,4), либо подложки одинаковой толщины, либо, наконец, очень тонкие подложки, изготовленные из веществ с малым атомным номером (для подобных подложек = 1).

Если по условиям работы необходимо учитывать коэффициент обратного рассеяния, то следует определить его значение в конкретных условиях опыта. Например, если расстояние от препарата до стенок защитного домика меньше 30-40 мм, то необходимо принимать во внимание вклад, который вносит в эффект обратного рассеяния отражение β-излучения от стенок защитного домика.Чтобы его уменьшить, внутренние стенки домика покрывают легкими материалами, обычно плексигласом или алюминием. Однако и в этом случае повышение скорости счета вследствие отражения излучения от стенок может оказаться весьма существенным. Для оценки вклада отраженного излучения снимают вспомогательную кривую зависимости наблюдаемой скорости счета от материала стенок, помещая пластинки из различных материалов возле стенок домика. Экстраполируя полученную кривую до оси ординат, получают результаты, приведенные к «нулевому» атомному номеру материала.