ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 2, с. 31-34
ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
УДК 539.1.074
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИОНИЗАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИЙ ИОНОВ В ОБЛАСТИ Ру » 0.01-0.06 В ТОНКИХ ПОГЛОТИТЕЛЯХ
© 2014 г. Р. А. Астабатян*, **, С. М. Лукьянов**, Э. Р. Маркарян*, **, В. А. Маслов**, Ю. Э. Пенионжкевич**, В. И. Смирнов**
*Ереванский физический институт Армения, 375036, Ереван, ул. Братьев Алиханян, 2 **Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория ядерных реакций им. Т.Н. Флерова E-mail: jacob_asa@mail.ru Россия, 141980, Дубна Московской обл., ул. Жолио-Кюри, 6 Поступила в редакцию 25.06.2013 г.
Приведены результаты измерений ионизационных потерь энергий ионов в малоизученной области Ру = 0.01—0.06 в тонких (~2 мкг/см2) поглотителях. С этой целью были проведены одновременные измерения ионизационных потерь и времени пролета ионов лавинными газонаполненными детекторами низкого давления, P « 1 Торр, дополненные измерениями остаточной энергии ионов полупроводниковым детектором. Энергия низкоэнергетических ионов с Ру « 0.01—0.03 восстанавливалась по измерениям времени пролета. Приводится зависимость AE(E) для ионов 4He, Be, C, O.
DOI: 10.7868/S0032816214020025
В предыдущей нашей работе [1] представлена широкоапертурная установка на основе газонаполненных детекторов: многопроволочной пропорциональной камеры (м.п.к.) и лавинных AE-камер, дополненных стриповым полупроводниковым детектором (п.п.д.). Установка предназначена для измерений низкоэнергетических продуктов реакций в области углов вылета, близких к 9 « 180°, например, при исследовании высоковозбужденных состояний экзотического ядра 6He —► 2T. Регистрация и идентификация ионов осуществлялись посредством одновременных измерений ионизационных потерь энергий и времени пролета лавинными AE-камерами, угловыми измерениями с помощью м.п.к. и измерениями остаточной энергии с помощью п.п.д.
Приведем выборочно имеющие непосредственное отношение к настоящей работе характеристики установки:
— энергетическое разрешение E-детектора составляет ge ~ 40 кэВ;
— энергетическое разрешение лавинных камер (FWHM) не хуже 30%;
— временное разрешение измерений времени пролета стг « 1 нс;
— энергетический порог регистрации ионов ßy = 0.01.
Такой относительно низкий энергетический порог регистрации обусловлен высокой прозрачностью газонаполненных лавинных камер и м.п.к.
с предельно низким, 1 Торр, давлением рабочего газа. Количество вещества в основном определяется толщиной алюминизированного майлара — 1.5—2 мкм. Отметим близкую к 100% эффективность регистрации всеми газонаполненными камерами как многозарядных, так и однозарядных ионов. Для последних средние потери энергий в камере составляют несколько килоэлектронвольт. Это обстоятельство и приведенное выше значение энергетического разрешения в лавинных камерах не вполне ординарны и являются следствием предельно высокой чувствительности порога регистрации, позволяющей регистрировать сигналы от единичной электронной пары [1]. Вышеприведенные характеристики обеспечивают уникальную возможность измерения ионизационных потерь энергий в тонких поглотителях (х ~ ~ 2 мкг/см2) в малоизученной как экспериментально, так и теоретически [2] области энергий с ру ~ 0.01-0.06.
Хорошо известно, что для ионов в этой области энергий, когда скорость частицы становится сравнимой со скоростью атомных электронов, потери энергий перестают описываться как самой формулой Бете—Блоха, так и разными ее поправками. Экспериментальные и расчетные данные по удельным потерям энергии ионов приводятся в многочисленных учебниках и справочниках. Причем подавляющая часть этих данных относится к
N 500
400
300-
200
100 -
1000
1500
2000
2500
3000 Е, каналы
Рис. 1. Измеренный энергетический спектр а-частиц от 226Яа на Е-детекторе. Цифры возле пиков — энергия а-частиц в мегаэлектронвольтах.
области высоких и средних энергий в диапазоне релятивистского фактора Ру > 0.1.
В настоящей работе представлены результаты (АЕ, ТОВ, Е)-измерений в диапазоне энергий ионов 0.2-1.5 МэВ/А или Ру = 0.01-0.06, выполненных с источником 226Яа, дополненные результатами ранее проведенных измерений на пучке ускорителя ИЦ-100 ЛЯР ОИЯИ [1].
Для проведения абсолютной энергетической калибровки изотоп 226Яа устанавливался непосредственно на Е-детекторе в вакууме. Измеренный энергетический спектр а-частиц от 226Яа показан на рис. 1.
Далее измерения проводились согласно следующей геометрии [1]: две лавинные камеры (ТОВ, АЕ) устанавливались на расстоянии 25 см, между ними размещалась м.п.к. для выделения колли-мированной области по углу 9; конечным Е-де-тектором служил стриповый п.п.д.
На рис. 2 представлены измеренные двухмерные распределения (АЕ, Е) и (Т, Е) а-частиц от 226Яа, а на рис. 3, 4 — соответствующие одномерные спектры: остаточный энергетический спектр на стриповом Е-детекторе и времяпролетный спектр от лавинных камер.
Альфа-частицы от последней линии спектра (4.78 МэВ, см. рис. 1) не долетают до Е-детектора, но регистрируются лавинными камерами, что соответствует крайнему правому распределению время-пролетного спектра на рис. 4. Последняя, отсутствующая на двухмерных распределениях на рис. 2 линия отчетливо проявляется на верхнем локусе двухмерного спектра на рис. 5, полученного из тех же данных. Восстановленный по времени пролета энергетический диапазон а-частиц лежит в низкоэнергетическом интервале и представляет особый интерес. Аномальный "хвост" на верхнем локусе рис. 5 характеризует переход в область уменьшающихся удельных потерь частиц при Ру <
2500
1875
н а
к Е,
1250
625
(а)
(б)
"щшл ка
0 500 1000 1500 2000 1000 АЕ, каналы
1500 2000
Т, каналы
2500
226
Рис. 2. Двухмерные распределения (АЕ, Е) (а) и (Т, Е) (б) а-частиц от Яа.
0
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИОНИЗАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИЙ
33
N 1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
400
800
1200
1600 2000 Е, каналы
Рис. 3. Распределение а-частиц от 226Яа по величине остаточной энергии в Е-детекторе после прохождения лавинных счетчиков и м.п.к. Цифры возле пиков — остаточная энергия а-частиц в мегаэлектронвольтах от соответствующих им линий 7.68, 6.0, 5.46, 5.3 МэВ на рис. 1.
N 350
300
250
200
150
100
50
0
< 0.03. Отметим, что эта область энергий достигалась подбором соответствующего поглотителя. Из данных, представленных на рис. 2—5, вычислялись средние значения ионизационных потерь в зависимости от энергии а-частицы в следующих энергетических интервалах: 0.5—1.5 МэВ/А (Ру « 0.03—0.06) — по (АЕ, Е)-измерениям (см. рис. 2) и в низкоэнергетической области 0.1—0.5 МэВ/А (Ру « 0.01—0.03) — по (Т, Е)-измерениям (верхний локус на рис. 5).
Аналогичные данные для ионов Ве, С, О были получены при анализе работы [1] по идентификации низкоэнергетических ионов на пучке Хе с энергией 1.26 МэВ/А ускорителя ИЦ-100 ЛЯР ОИ-ЯИ [3]. Установка находилась под углом 45° ± 3° к расположенным на оси пучка сменным мишеням из Ве, С и майлара. Средняя энергия упругорассе-янных ядер непосредственно из мишеней составляла 14, 18.5, 23.2 МэВ для ядер Ве, С, О соответственно. Ядра с такими низкими энергиями не достигают Е-детектора при прохождении входного окна и лавинных камер установки, поэтому их идентификация осуществлялась исключительно по времени пролета и ионизационным потерям.
На рис. 6 представлен взятый из работы [1] пример двухмерного спектра (АЕ, Т) с ярко выраженным протяженным "хвостом", аналогичным верхнему локусу на рис. 5 для а-частиц. На основании этих данных была получена зависимость ионизационных потерь от энергии ионов Ве, С, О.
На рис. 7 приведена вся совокупность данных по ионизационным потерям ионов 4Не, Ве, С, О. Величины ионизационных потерь для разных ионов нормированы на отношение квадрата заря-
1000 1400 ' 1800 ' 2200 ' 2600 ' 3000 3400
Т, каналы
Рис. 4. Времяпролетный спектр для разных линий а-
частиц от секундах.
226
Яа. Цифры возле пиков — время в нано-
да иона к квадрату заряда а-частицы (72/4). Правая часть кривой на рис. 7 построена по данным (АЕ, Е)-измерений для а-частиц, скорректированным на поглощение в выходном майларовом электроде второй лавинной камеры на входе в Е-детектор. Левая часть кривой построена по данным (АЕ, Т)-измерений для а-частиц и ионов
Т, каналы 4000
3000
2000
1000
1500 2000 АЕ, каналы
Рис. 5. Двухмерный спектр (ДЕ, Т) а-частиц от 226Яа
T, каналы 2500
1875
1250
625
C
■ Щ&ь,Ь •■• -'• шШШт PPÎPP-7
Be
800
ßY
0.023 0.033 0.040 0.046 0.052 0.057
600
ан400
fei <
200
5
4 ^
PQ 2 к
1 <
0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
E, МэВ/А
1.50
0 700 1400 2100 2800
ДЕ, каналы
Рис. 6. Двухмерные спектры (ДЕ, Т) ядер отдачи из углеродной и бериллиевой мишеней.
Be, C, O, не долетающих до ^-детектора, при этом энергия частиц восстанавливалась по времени пролета с коррекцией на поглощение во входном майларовом электроде второй лавинной камеры.
Коррекция энергий, а также расчеты абсолютных значений средних ионизационных потерь проводились по программе LISE [4] и могут содержать систематические ошибки в области энергий 0.1-0.5 МэВ/A (Ру « 0.01-0.03) (левая часть кривой на рис. 7). На рис. 7 представлены средние значения величин, поэтому статистическая ошибка измерений минимальна, а отмеченная ошибка на одной из точек показывает оценочную величи-
Рис. 7. Зависимость ионизационных потерь в изобу-тане (x = 2 мкг/см2) от энергии ионов: 1 - 4He, Be, C, O; 2 - 4He.
ну разброса точек для разных ионов в левой части рисунка.
Авторы выражают благодарность персоналу ускорителя ИЦ-100 за содействие и сотрудничество.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астабатян Р.А., Иванов М.П., Лукьянов С.М. и др. // ПТЭ. 2012. № 3. С. 40.
2. Bichsel H., Groom D.E., Klein S.R.. Passage of particles through matter. § 30. P. 9. http://pdg.lbl.gov/
3. Гикал Б.Н., Дмитриев С.Н., Гульбекян Г.Г. и др. Препринт ОИЯИ Р9-2007-20. Дубна, 2007.
4. http://lise.nscl.msu.edu/lise.html
0
0
0
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.