Введение к работе
Актуальность темы исследований. Важным направлением развития современной Физики является изучение электронной структуры и физико-механических свойств вещества. 'В последние года среди методов неразрушаящзго контроля электронной структури Еещества видное место занимает метод аннигиляции позитронов (АП). Увеличение светосилы спектрометров угловой корреляции аннигиляционных у-квантов позволяет значительно расширить возможности метода АП в исследованиях механизмов образования точечных дефектов в твердом теле, в частности, получить новую информацию о динамике их зарождения и развития при различных физических воздействиях. Существующие в настоящее время спектрометры Допплеровского уширения аннигиляционной линии и спектрометра угловой корреляции аннигиляционных 7-квантов позволяют получать статистически значимую информацию при измерении экспериментальных спектров за времена не г-енее десятков и данеє соген часов.
Возрастающий научный интерес к изучению динамика процессов образования точечных дефектов, с одной стороны, и необходимость изучения их пространственного распределеїшя по образцу прп разработке новых технологий получения сверхчистых материалов, с другой стороны, выдвинули на передний план вопрос об уменьшении на несколько порядков времени набора экспериментальной информации без потери статистической точности.
Традиционно уменьшение времени набора осуществлялось за счет увеличения активности источников позитронов. Таким образе:.8, скорость набора мояет быть увеличена в несколько раз, но при этом требуется существенное усложнение конструкцій спектрометра, так как необходима дополнительная биологическая защита. Кроме того, возникают существенные радиационные повреждения исследуемого образца, то есть теряется одно из главных достоинств метода АП - он перестает быть керазрушахиим.
Альтернативним способом увеличения скорости набора экспериментальной информации является увеличение апертуры спектрометра. Основное преимущество светосильного спектрометра
с широкой апертурой заключается в возмокности одновременно регистрировать события бо всем возможным углам спектра.
Таким образом, создание светосильного спектрометра угловых корреляций ВННИГИЛЯЦЕОШШХ ї-квантов с высокой скоростью (- 10*соб./с) набора экспериментальной информации является актуальной задачей в развитии метода аннигиляции позитронов.
Целью диссертационной работы является:
-
Разработка спектрометра угловых корреляций аннигиляционных 7-квантов с длинно-щелевой геометрией с высокой (-Ю'соб/сек)
-
Создание детекторов с высокой (не менее 50%) эффективностью регистрации аннигиляционных т-квантов и измерение характеристик s тих -де текторов;
-
Проведение калибровочных измерений как для детекторов, так и для светосильного спектрометра.
Основные результаты работы : I. Создан светосильный спектрометр угловых корреляций аннигиляционных ї-квантов с использованием широкоапертурних сщштилляционных детекторов, который имеет на два порядка большую по сравнению с традиционно используемыми спектрометрами угловой корреляции скорость набора экспериментальной информации (до 10* соб./с). .
2.Разработаны и созданы щрокоапертурше сцинтилляционные детекторы аннигиляционных т-квантов с эффективностыс регистрации с = 48 ± 5 %. Экспериментально показано, чтс эффективность регистрации отдельного канала детектора
СОСТаВЛЯеТ 78 5 %. -'
З.РазраОоханэ методика калибровки шрокоапертурннх детекторов и светосильного спектрометра с использованием узких пучкоЕ ї-квантов. Измерены амплитудные и временные характеристик: детекторов и определены рабочие рекимы для детекторов V. спектрометра аннигнляционшх г-квантов .
4.Разработана и создана система автоматизации светосильного спекгроиетрз, работающая в линию с ЭВМ, которая позволяет
регистрировать до 10s полезных событий в секунду при общих загрузках 107соб./с.
Научная новизна результатов работы. I.Разработан способ увеличения светосилы спектрометров угловой корреляции аннигилящгоншх r-квантов с длиннощелевой геометрией, позволяющий увеличить светосилу в ю4 раз, который основан на использовании сщштилляционкых годоскопов на тонких (меньше I мм) сцинтилляционных пластинах.
2.Впервые создан светосильный спектрометр угловой корреляции аннигиляционных r-квантов с длиннощелевой геометрией со скоростью набора полезных событий ю'соб./с. Показано, что эффективность регистрации 2*-совпадений в таком спектрометре на порядок выше, чем у известных двухкоординатных спектрометров.
3. Впервые создан широко апертурний светосильный сшгатилляциокный
детектор аннигиляционных т-квантов с высокой (48 %)
эффективностью регистрации. Установлено, что использование
фотоумножителей ФЭУ-143 для регистрации сцинтилляционной
вспышки дает преимущество перед другими способами регистрации
с использованием световодов, переизлучателей или ГФЭУ).
4.Впервые в нашей стране создан двухкоорданэтный спектрометр
угловой корреляции аннигиляционных т-квантов. Показано, что он
обладает пространственным разрешением 0,7x0,7 мрад2,
эффективностью регистрации са 48 ± 5 % и скоростью набора полезных событий 15 соб./с. Впервые в нашей стране измерены даухкоординатные спектры углового распределения аннигиляционных 7-квантов.
Научная ценность работа. I.Созданный светосильный спектрометр угловых корреляций позволяет проводить изучение механизмов образования структурных и радиационных дефектов непосредственно в процессе физического воздействия на исследуемый образец.
2.Полученные даухкоординатные спектры угловой корреляции позволяют начать в нашей сгране изучение методом АП поверхности Ферми в металлах ж сплавах.
3. Реализованная в светосильном спектрометре методика регистрации аншгиляциошшх т-кв'антов позволила создать даухкоординатше детекторы с эффективностью регистрации, по крайней мере вдвое лучшей, чем у существующих детекторов.
Практическая ценность работы. I.Создан автоматизированный комплекс проведения экспериментов по изучению спектров угловой корреляции аинигиляционных r-квантов, работающий в линию с ЭВМ, который позволяет накапливать и анализировать полезные события со скорость» ios соб./с при общих загрузках І07 соб./с.
2.Разработана методика калибровки детекторов аинигиляционных *-квантов.
3.Улучшена точность фиксации положения подвижного детектора (до ю мкрад) в спектрометре угловых распределений, аннигиляционных фотонов (УРАФ) и получена однозначная связь мезду механическим полонекием подвижного детектора и номером точки в спектре.
На зашиту выносятся следующие основные положения :
I.Метод повышения светосилы спектрометров угловой корреляции аннкгилкционншс э-квантов с длиннотелевой геометрией до ю4 раз;
2.Методика создания светосильных спектрометров угловой корреляции аннкгиляшонных r-квантов со скоростью набора полезных 2г-совпадений ' до. іо* роб./с, на два порядка превышэщув скорость набора в традиционных спектрометрах;
3.Методика создания пирокоапертурных детекторов аннигиляционных r-квантов на тонких сцинтилляционных пластинах
С ЗффеКТИВЕОСГЬЮ регистрации детектора 48 ± 5 %.;
4.Результаты' математического моделирования широкоапер-турного детектора аннигиляционных у-квантов;
5.Методика калибровки ;иирокоапертурних детекторов на "узка" пучках аннйгплящкшных у-квантов;
6.Результаты калибровочных измерений основных
характеристик двух широкоалертурЕых детекторов' и светосильного спектрометра угловой корреляции аннигиляционных у-квантов;
7.Методика создания автоматизированной системы съема
информации со светосильного спектрометра анкигиляционгак 7-квантов, позволящая обрабатывать экспериментальные спектри с загрузками ios полезных события в секунду и проводить перемещение подвижного детектора с точностью ю мкрэд;
8.Результаты экспериментального измерения двухкоордииатных
спектров угловой корреляции аішигиляциотшх 7-квантов.
. Апробация работа
Основные результаты работа докладывались на 0-ой Международной конференции по аннигиляции позитронов (г.Генг в 1938г.), v Всесоюзном семинаре по автоматизации исследований в ядерной физике я смежных областях (г.Ташкент, 1983), Всесоюзном семинаре "Развитие и примензіпад позитрошюй диагностики" (г.Ташкент, 1984). Научной конференции МИФИ (г.Москва,1937) и опубликованы в шести научных работах.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 10Э страниц печатного текста, 37 рисунков. 13 таблиц. Полный обьем-132 стрзницы. Список цитируемой литературч содержит 60 наименования.
