Введение к работе
Актуальность проблемы.
Конденсированные благородные газы (БГ) обладают уникальными свойствами, которые делают их интересными, как для экспериментальной физики, так и для теории конденсированного состояния. Из их. ряда можно особо выделить ксенон, обладающий высоким атомным номером, большой плотностью в твердом и кидком состояниях, малой радиационной длиной. Конденсированный ксенон имеет высокий сцинти-лляционный и ионизационный выход, в сравнении с другими благородными газами спектр люминесценции ксенона наиболее^близок к оптической области. Сочетание этих свойств позволило разработать на его основе сщштилляционные и ионизационные спектрометры полного поглощения, самозапускающиеся позиционно-чуветвительные детекторы. Больной вклад в исследования рекомбннационных процессов на треках частиц в конденсированных БГ и в разработку детекторов на их основе внесли И.Р.Барабанов, А.И.Болоздыля, В.В.Дмитриенко, Б.Г. Долгошеий, Р.А.Кинк, П-К.Лебедев, И.М.Ободовсккй, Б.М.Овчинников, А.П.Онучин, С.Г.Покачвлов, А.М.Шуков,. Б.У.Родионов, А.С.Ромэнюк, И.Я.ФуҐОЛЬ, E.Aprile, T.Doke, S.Kubota, i.Mozumder, W.P.Schmidt.
В настоящее время активно обсуждаются детекторы нового поколения, в которых предполагается одновременно регистрировать ионизационные и сцингапляционнне сигналы. Это даст возможность либо подавлять влияние плотности ионизации при регистрации тяжелых ионов, либо проводить рекекцию фона, например,'при поиске редких событий ("скрытого" Бещества Вселенной ), используя зависимость соотношения этих двух сигналов от плотности ионизации. Для разработки детекторов нового поколения необходимы фундаментальные знания о физике процессов ионизации, возбуждения и рекомбинации
на треках частиц. Но несмотря на значительные усилия,затраченные на исследования свойств конденсированных ВТ,'многие важные физические вопросы остаются невыясненными.
В большинстве экспериментальных исследований, проводимых-до сих пор, облучение осуществлялось гамма-квантами и электронами средних энергий. Однако представляет несомненный интерес «пользование для исследований электронов малых энергий, поскольку существуют указания о важной роли б-электронов в определении характеристик спектрометров на основе гидких БГ. Продолжаются поиски путей улучшения энергетического разрешения спектрометров подобного рода. Поэтому исследования рекомбикационннх процессов в треках электронов малых энергий представляются восьма актуальными.
Цель работы. Целью настоящей работа являлось:
экспериментальное исследование сцщггилляционного и ионизационного выхода жидкого ксенона для ганяла (рентгеновских)-квантов малых энергий, физическая интерпретация полученных результатов;
проведение корреляционных измерения ионизационных и сцин-тилляционных сигналов в кидком ксеноне; разработка модельных представлений о рекомбинацвбнной люминесценции;
выяснение роли б-электронов, ' как фактора, определяющего энергетическое разрешение ионизационных спектрометров на жидких БГ.
Научная новизна результатов работы.
I. Впервые измерен удельный световыход жидкого ксенона для
гаммз (рентгеновских)-квангов малых энергий. Обнаружено аномальное
поведение свэтовыхода, когда с ростом линейной плотности ионизации
в треке электрона .световыход падает. '
.2. Впервые измерены вольт-амперные характеристики для моао--знергетичных рентгеновских квантов малых энергий в кидком ксеноне.
-
Предложена^ модель и получена формула для описания вольт-гмпершх характеристик.
-
Экспериментально определена величина средней энергии ионообразования в кидком ксеноне для рентгеновских квантов.
-
Впервые исследована корреляция ионизационных и сцинтилля-ционшх сигналов в жидком ксеноне для рентгеновских квантов малых энергий.
-
Предложена методика анализа корреляции ионизационных и сцинтилляционных сигналов. На осноеє предложенной методики для случаев облучения жидкого ксенона рентгеновскими квантами и электронами конверсии го7Ві определены:
отношение числа экситонов к числу пар ионов (n /N ),-
квантовые эффективности экситонной и рекомбинационной компонент люминесценции;
доля электронов, избегающих рекомбинации при нулевом внешнем электрическом поле.
Впервые обнаружен и теоретически обоснован эффект увеличения отношения M.x/Nv при уменьшении энергии первичной частицы.
-
Дана физическая интерпретация зависимости удельного свего-выхода жидких благородных газов от плотности ионизации.
-
Показано, что причиной'ухудшения энергетического разреше-ішя в жидкоксеноновых камерах является зависимость как ионизационного, выхода, так й средней энергии ионообразования от энергии первичной частицы.
Практическая значимость.
Полученные в работе данные по световыходу жидкого ксенона для гамма-квантов малых енергий позволяют рассчитать внутреннее разрешение сцинталляционннх спектрометров. Результаты измерения вольт-амперных характеристик и анализа корреляции ионизационных и
-S-
сщшталляциошшх сигналов выявляют роль б-электронов, как определяющую для энергетического разрешения ионизационных спектрометров на конденсированных благородных газах. Полученные данные по рекомбинации в жидком ксеноне являются важными для разработки теории электронных процессов в конденсированных веществах. Основные положения выносимые на защиту:
1. Результаты измерения удельного свеговыхода жидкого
ксенона для гамма (рентгеновских)-квантов малых энергий. Обнару
жение аномального участка поведения световыхода, когда с ростом
линейной плотности ионизации в треке электрона наблюдается
падение удельного светознхода.'
-
Результаты измерения вольт-амперных характеристик жидкого ксенона для рентгеновских квантов малых энергий и кх теоретический анализ.
-
Результаты корреляционных измерений ионизационных и сцин-тилляционеых сигналов в жидком ксеноне.
-
Обнаруженный эффект увеличения отношения числа зкеитояов к числу пар ионов в треке при переходе от электронов средних энергий.к области малых энергий. Определение доли электронов избегающих рекомбинации в треке в иидком ксенона.
-
Ф4зиче.ская интерпретация зависимости удельного светошхада жидких КГ от плотности ионизации;
-
Определение средней экэргш исшообразовакия №> дез раат-геновскях, квантов. Выявление зависимосза иониаационного выхода, н величины w от энергии первичной: частицы-,, как фактора, опредадянвдаго энергетическое разрешение ионизационных спектроттроа. нз ВНР1.
Вклад автора. Соискателем разработана- и создана акспетнмэн-тзльная; установка -t разработана методика изменений., етдаиимяциок-шго. и.ионизационного, выходов; проведена экспериментальные иесде--
дования сцинтилляционного и ионизационного выходов жидкого ксенона для гамма-квантов малых энергий; проведен теоретический анализ полученных экспериментальных результатов.
Апробация работы. Результаты работы, вошедшие в диссертацию, докладывались на Международном совещании по микродозиметрии (г.Суздаль, 1992), научном семинаре МИФИ и опубликованы в четырех научных работах.
Структура диссертации, диссертация состоит "из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 133 страницах, Еключая 94 страницы машинописного текста, 43 рисунка, Ї0 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 112 наименований.
