Твердотельные трековые детекторы в исследованиях лазерной плазмы
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРЕКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
жүктеу/скачать 209.11 Kb.
|
1 2
ТТД ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ| МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРЕКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
Тяжелые заряженные частицы (протоны, альфа-частицы, легкие и тяжелые ионы, включая осколки деления, фрагменты, ядра отдачи) могут разрушить локальную структуру твердого тела вдоль своей траектории и создать так называемый латентный трек. Этот латентный трек толщиной в несколько десятков (до 100) ангстрем можно визуализировать посредством химического травления, поскольку поврежденные части материала реагируют с травящим агентом более интенсив но, чем неповрежденные. В результате в материале детектора происходит образование коническихямок (конусов травления), которые обычно имеют микронные размеры и могут наблюдаться с помощью оптического микроскопа (рис. 1). При этом их размеры и форма дают информацию о заряде, энергии и направлении движения налетающей заряженной частицы. При создании таких твердотельных трековых детекторов можно использовать различные диэлектрики (стекла, слюды, природные и синтетические кристаллы, органические полимеры) и даже некоторые металлы. Регистрация быстрых частиц в задачах ядерной физики описана, например, в упоминавшихся выше монографиях [1–3, 6]. С метрологической точки зрения основными характеристиками ТТД являются пороговая чувствительность, эффективность регистрации, фон детектора. Свойства некоторых материалов, используемых в качестве ТТД, приведены в табл. 1 [6, 14]. Пороговую чувствительность, по-видимому, следует рассматривать как важнейшее свойство диэлектрических детекторов. Физический смысл этого явления состоит в том, что латентные треки формируются только в том случае, когда удельные потери энергии частицы dE/dx превышают пороговое значение для данного типа детектора [1–3]. Поскольку удельные потери при уменьшении заряда и массы налетающей частицы падают, то для каждого ТТД можно указать самую легкую частицу, которая в некотором энергетическом диапазоне будет регистрироваться данным детектором, а более легкие не будут регистрироваться при любых значениях их энергии. Это свойство позволяет во многих ситуациях выбрать для детектора наиболее подходящий материал. Например, при исследованиях тяжелых ионов в космических лучах за счет выбора материала детектора можно избавиться от высокого фона, связанного с протонами и α-частицами. Отметим, что на значение порога для полимерных ТТД могут влиять некоторые внешние обстоятельства, такие, как наличие ультрафиолетового излучения, повышенное содержание кислорода. Поскольку удельные потери энергии являются функцией не только заряда частицы, но и ее скорости, причем в приближении Бете–Блоха dE/dx~(Z/β)2 (где β = с/v скорость частицы в единицах скорости света), оказалось удобным ввести чувствительность трекового детектора (Z/β)min, определяемую так, что частицы со значением (Z/β)<(Z/β)min не могут быть зарегистрированы данным детектором. Заметим, что наиболее чувствительным детекторам. Заметим, что наиболее чувствительным детекторам соответствуют наименьшие значения (Z/β)min, а чувствительности используемых сейчас в ядерной физике ТТД лежат в диапазоне 1–100, причем наиболее чувствительны пластики [1–6, 14]. Важным параметром является эффективность регистрации заряженных частиц (вероятность того, что частица, попавшая на детектор, создаст в нем видимый трек), которая зависит как от типов регистрируемых частиц и детекторов, так и от используемой методики визуализации и обычно лежит в диапазоне 0.3–0.96 [6]. Фон детектора [15–17] является наиболее критическим фактором для метрологического применения ТТД. При химическом травлении можно выделить три основных источника фона: повреждения поверхности трекового детектора, внутренние дефекты материала (неоднородности, пузырьки и т.п.), сопутствующее излучение. Как правило, у ТТД разных типов собственный фон тем выше, чем ниже порог регистрации. Измеряется фон количеством фоновых треков на 1 см2. Он может меняться от десятых долей единицы на см2 (стекло, слюда), до десятков и сотен (CR-39) [6, 14–17]. К метрологическим характеристикам также относятся область линейности детектора (при большом сигнале протравленные треки начинают перекрываться), фединг (исчезновение латентных треков в период между экспозицией и проявлением [1–3]), зависимость от внешних условий, старение пластиков, их радиационная стойкость. В случаях использования ТТД для исследований короткоживущей лазерной плазмы поверхностная плотность регистрируемых быстрых ионов, как правило, невелика, так что проблем с линейностью отклика обычно не возникает. При этом некоторое расширение области линейности можно получить простым уменьшением времени травления. Период между экспозицией детектора и его травлением обычно не превышает нескольких часов, и эффекты фединга на результатах не сказываются, поскольку при температуре 22°C фединга у CR-39 нет до 14 нед., а даже при 38°C треки начинают исчезать лишь через 25 сут [18]. жүктеу/скачать 209.11 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2