Гамма-спектрометр

ГАММА-СПЕКТРОМЕТР, прибор для определения энергии гамма-квантов (γ-квантов). Регистрация γ-кванта в гамма-спектрометре, как правило, основана на трёх главных процессах взаимодействия γ-кванта с веществом - фотоэффекте, комптоновском рассеянии и рождении пар электрон-позитрон. В гамма-спектрометре измеряются энергии электронов и позитронов, которым γ-квант передаёт свою энергию в детектирующем материале гамма-спектрометра.

Основными характеристиками гамма-спектрометра являются разрешающая способность и эффективность, обычно выраженные в процентах. Разрешающая способность гамма-спектрометра характеризует возможность разделения двух линий γ-излучения, близких по энергии; количественно она определяется отношением ΔЕ/Е, где Е - энергия регистрируемых γ-квантов, ΔЕ - ширина линии (в единицах энергии) на половине её высоты. Эффективность гамма-спектрометра - это доля зарегистрированных γ-квантов от общего их числа, попавших в гамма-спектрометр.

Наиболее распространёнными типами гамма-спектрометров являются сцинтилляционный и полупроводниковый. Сцинтилляционный гамма-спектрометр состоит из сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). В сцинтилляторе под действием электронов, создаваемых γ-квантами, возникает кратковременная вспышка света - сцинтилляция, преобразуемая в ФЭУ в электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна энергии электрона (смотри Сцинтилляционный детектор). В качестве сцинтилляторов применяют, например, кристаллы Nal, активированные Тl. Разрешающая способность сцинтилляционных гамма-спектрометров 4-5% для γ-квантов с энергией 1 МэВ. Их эффективность может приближаться к 100%.

В полупроводниковом гамма-спектрометре γ-кванты обычно регистрируются в монокристалле германия. Под действием электронов, образуемых γ-квантами, возникают электронно-дырочные пары. Электроны и дырки с помощью приложенного электрического поля создают импульс тока, амплитуда которого пропорциональна энергии электрона. Разрешающая способность полупроводниковых гамма-спектрометров для γ-квантов с энергией 1 МэВ может достигать 0,1-0,2%. Эффективность их обычно ниже, чем у сцинтилляционных гамма-спектрометров.

В области энергий γ-квантов порядка 100 кэВ иногда применяются газовые пропорциональные счётчики, наполненные Ar или Kr. По разрешающей способности они уступают полупроводниковым гамма-спектрометрам, но существенно превосходят сцинтилляционные гамма-спектрометры. Магнитные гамма-спектрометры, основанные на измерении энергии комптоновских электронов или электронно-позитронных пар, создаваемых γ-квантами в тонком слое вещества (радиаторе), применяются реже, так как вытесняются более эффективными полупроводниковыми гамма-спектрометрами. При низких энергиях γ-квантов применяются также кристалл-дифракционные гамма-спектрометры. Эти приборы отличаются особенно высокой точностью измерения энергии и по принципу действия аналогичны рентгеновским спектрометрам (смотри Рентгеновская аппаратура).

Для спектрометрии γ-квантов высоких энергий используются гамма-спектрометры, основанные на регистрации черенковского излучения от электронно-фотонных ливней, создаваемых γ-квантами в радиаторах из тяжёлого прозрачного вещества, например свинцового стекла (смотри Черепковский счётчик). Определить энергию высокоэнергичного γ-кванта можно также в пузырьковой камере, наблюдая за движением рождаемой им пары электрон-позитрон в магнитном поле.

Лит. смотри при ст. Гамма-спектроскопия.

И. М. Капитонов.