Зависимость от атомного номера отражающего материала

Фундаментальное исследование зависимости коэффициента обратного рассеяния от вещества отражателя было выполнено в работе, где изучалось обратное рассеяние от 32 элементов и большого числа химических соединений. Автором была предложена эмпирическая формула для эффективного атомного номера химических соединений. Если соединение имеет состав В_m С_n, то

(3.43),

где и — атомные номера элементов В и С; и — их атомные массы; — молекулярная масса соединения. Это выражение можно переписать в виде

(3.44),

где и – массовые доли элементов В и С в соединении

(3.45).

Если эффективный атомный номер химического соединения совпадает с атомным номером некоторого элемента, то это соединение и элемент должны характеризоваться одинаковыми коэффициентами обратного рассеяния. Автор предположил, что монокристаллы NaF, KC1, RbBr и Csl, в каждом из которых галоген имеет атомный номер на единицу меньше, а щелочной металл – на единицу больше, чем соответствующий инертный газ, должны давать такие же эффекты обратного рассеяния, как Ne, Ar, Кг, Хе, если бы они находились в твердом или жидком состоянии.

Рис. 3.21. Прибор для измерения обратного рассеяния β-частиц

В приборе (рис. 3.21) детектором излучения служил метановый пропорциональный счетчик с 5-см окном. Источник представлял собой небольшой алюминиевый цилиндр с каналом диаметром 0,5 мм, на дне которого находилась равновесная смесь ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y; фильтр соответствующей толщины полностью задерживал излучение стронция. Коллимированный источник β-частиц и площадку для образцов монтировали над счетчиком таким образом, чтобы можно было регистрировать только отраженное β-излучение.

Используя полученные с монокристаллами NaF, KCl, RbBr и CsI результаты в качестве реперных точек, автор нашел линейные уравнения вида

(3.46),

устанавливающие зависимость коэффициентов обратного рассеяния от отражателей для элементов III, IV и V периодов. Для II и VI периодов уравнения были получены обработкой методом наименьших квадратов экспериментальных данных по обратному рассеянию для элементов, лежащих внутри этих периодов. Соответствующие коэффициенты и приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Коэффициенты уравнений (3.46)

Период
II	2 – 10	1,2311	–2,157
III	10 – 18	0,96731	+0,476
IV	18 – 36	0,68582	+5,556
V	36 – 54	0,34988	+17,664
VI	54 – 86	0,26225	+22,396

Весьма хорошее совпадение экспериментальных данных для элементов III, IV и V периодов с расчетными значениями , которые были определены из уравнений регрессии, полученных с помощью модельных соединений, подтверждает применимость формул для вычисления эффективного атомного номера химических соединений. Заметим также, что использование монокристаллов NaF, KC1, RbBr и Csl в качестве модельных объектов, имитирующих отражение инертными газами в твердом или жидком состоянии, позволило получить гораздо более точные линейные уравнения регрессии для элементов III, IV и V периодов, чем это было бы возможно путем обработки методом наименьших квадратов экспериментальных данных для элементов, лежащих внутри этих периодов.

Рис. 3.22. Зависимость обратного рассеяния β-частиц от отражающего материала по данным работы

График изменения значений в зависимости от отражателей показан на рис. 3.22. Отмечается что эти экспериментальные данные неплохо укладываются и в зависимость

(3.47),

где — постоянная, зависящая от энергии излучения и геометрии опыта.

В литературе приводятся другие виды зависимости от атомного номера вещества отражателя:

(3.48);

;

;

где – атомная масса вещества; и – константы.

Проводилось исследование спектров обратно рассеянного β-излучения с помощью магнитного спектрометра. В качестве источников β-частиц использовались ²⁰⁴Т1, ³²Р; ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y. Показано (рис. 3.23), что максимальная энергия обратно рассеянного излучения тем ниже, чем меньше атомный номер вещества отражателя.

Рис. 3.23. Энергетические спектры исходного излучения ²⁰⁴Т1 и излучения, отраженного от материалов с различным

Рис. 3.24. Ослабление в алюминии прямого, β-излучения источника ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y и излучения, отраженного от различных материалов (значения по оси ординат отложены в логарифмическом масштабе)

Такой же результат был получен в работах, где максимальная энергия обратно рассеянного излучения определялась методом поглощения в алюминии. В качестве источников излучения использовались ⁹⁰Y и ¹⁰⁶Rh, находившиеся в равновесии с долгоживущими материнскими радионуклидами, а также ²⁰⁴Т1. На рис. 3.24 показаны кривые ослабления прямого излучения ⁹⁰Y и обратно рассеянного излучения. Значения максимальной энергии обратно рассеянного излучения при использовании различных отражателей приведены в табл. 3.8. На основании полученных данных автором предложена следующая зависимость, связывающая максимальную энергию обратно рассеянного излучения (при однократном отражении) с энергией первичного излучения и атомным номером вещества отражателя:

(3.49).

Таблица 3.8

Максимальная энергия обратно рассеянных β-частиц источника ⁹⁰Y ( = 2.2 МэВ), МэВ

Отражатель
Свинец	82	1,60
Олово	50	1,48
Медь	29	1,42
Железо	26	1,38
Алюминий	13	1,26
Графит	6	1,10