Гамма-спектрометр
− прибор для определения энергии γ-квантов. Регистрация γ-кванта
в гамма-спектрометр как правило основана на трех основных процессах взаимодействия
γ-кванта с веществом − фотоэффекте, Комптон-эффекте и рождении пары электрон-позитрон.
В гамма-спектрометр измеряются энергии электронов и позитронов, которым
γ-квант передает свою энергию в детектирующем материале гамма-спектрометр
Ниже порога рождения пары (1.02 МэВ) регистрация γ-квантов осуществляется
по комптоновским электронам и фотоэлектронам. В области совсем малых энергий
(десятки кэВ) основную роль играет фотоэффект. При высоких энергиях основным
процессом взаимодействия γ-кванта с детектирующим материалом гамма-спектрометр
является образование пар. Если, например, γ-квант с энергией Е вызвал в
детекторе фотоэффект, то кинетическая энергия выбитого из атома детектора
электрона (фотоэлектрона) Ee с точностью до незначительной энергии
отдачи атома определяется равенством Ee = Е - I, где I − хорошо
известная для каждого атома энергия (потенциал) ионизации, составляющая
единицы − десятки эВ для атомов с невысоким порядковым номером. Таким образом,
измерение в гамма-спектрометр энергии электрона Ee дает энергию
γ-кванта.
Основными характеристиками гамма-спектрометра являются разрешающая
способность (разрешение) и эффективность, обычно выраженные в %. Разрешающая
способность гамма-спектрометр характеризует возможность разделения двух
линий γ-излучения, близких по энергии. Количественно она определяется отношением
Δ
Наиболее распространенными типами гамма-спектрометр являются
сцинтилляционный и полупроводниковый. Сцинтилляц. 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 γ-кванта. В качестве сцинтилляторов,
например, применяют твердые неорганические кристаллы NaJ, активированные
Tl. Разрешение сцинтил. гамма-спектрометр 4- 5 % для γ-квантов с энергией
1 МэВ. Эффективность может приближаться к 100%.
В полупроводниковом гамма-спектрометр γ-кванты обычно регистрируются
в монокристалле германия. Электроны, образуемые γ -квантами, производят
электронно-дырочные пары, которые под действием приложенного электрич. поля
создают импульс тока, амплитуда которого пропорциональна энергии электрона.
Разрешение для γ-квантов с энергией 1 МэВ может достигать 0.1- 0.2%. Эффективность
обычно ниже, чем у сцинтиляционный гамма-спектрометр
Из других типов гамма-спектрометр можно отметить магнитные гамма-спектрометр,
в которых по траектории движения в магнитном поле определяются энергии комптоновских
электронов или электрон-позитронных пар, создаваемых γ-квантами в тонком
радиаторе.
Для спектрометрии γ-квантов низких энергий (десятки − сотни кэВ)
используют также кристалл- дифракционные гамма-спектрометр, измеряющие длину
волны γ-кванта, и газовые пропорциональные счетчики. Для спектрометрии γ-квантов
высоких энергий используются гамма-спектрометр, основанные на регистрации
черенковского излучения от электронно-фотонных ливней, создаваемых γ-квантами
в радиаторах из тяжелого прозрачного вещества, напр. свинцового стекла.
Определить энергию высокоэнергичного γ-кванта можно также в пузырьковой
камере, измеряя траекторию рождаемой им пары электрон-позитрон в магнитном
поле.
См. также Детекторы для гамма-спектрометрии