Особенности спектральных характеристикизлучения релятивистских электронов в кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ5 ОД ' 4 СЕН 1995

на правах рукописи

Науменко Геннадий Андреевич

Особенности спектральных

характеристик

излучения релятивистских

электронов •. в кристаллах

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на солскадие ученой степени кандидата фпзлко-математпяеск^х наук

Томск 1995

Работа выполнена в НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете.

Научный руководитель:доктор

физико-математических наук, профессор Потылпцын А.II.

Официальные опйоненты: доктор

физико-математических паук, > профессор Катков В.М.

доктор

физико-математических наук профессор Чернов И.11.

Ведущая организация - Московский инженерно-

физический институт

Защита состоится «¿2* гг 1995г. в г^") час. на заседании Диссертационного Совета Д 063.80.06 по защите докторских диссертаций Томского политехнического университета (634050, Томск, пр. Ленина, 2а, НИИ ЯФ ТПУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТПУ

Я? '

Автореферат разослан " 1995г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета, кандидат физико-математических наук В.К. Кононов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Преимущества пучка гамма-квантов каналированного излучения по -равнению с пучком тормозного или когерептного тормозного пзлученш. татше. как узг-'Я направленность, высокая интенсивность, квазимонохроматичность, иоможность управления параметрами лучка дакп л> ложность использования его для конкретных физических зад.п, например, длл исследования ядерных электромагнитных процессов с характерной энергией порядка энергии пика в спектре интенсивности излучения при каналпрованип, дистанционный элементный анализ, генерация позитронов в аморфных н кристаллических конверторах для создачия интенсивного позитр^чного источника. Так и {12] предлагается способ тщерадпл позитронов в конверторе из аморфного вольфрама при взаимодействии с ним 7-квантоп, полученных при каналнрованип электронов в кристалле германия. В работе [13] рассматривается вариант, в котором получение каналированного излучения и генерация позитронов совмещаются п одном монокристалле.

Для указанных целей больше всего подходит пучок у-квантов, полученный при осспо.м каналировании в достаточно толстых лонокрнсталлах (сравнительно жёсткий спектр, высокая интенсивность). Однако, в отличии от плоскостного случая, для рачёта хариктерш ] ик излечения ирл осевом каналировании в толстых кристаллах сч< уг< тп\'ег завершённая аналитическая моде.и . Поэтому, для опенки псрснекгивг '"ги использования пучка каналированного чзлученпя необходимо либо опираться иа результаты громоздких численных расчётов (например методом Монте-Карло), либо на экспериментальные результаты.

и 80-е год1. был проведен ряд эксперимента тьных исследований спектрального состава излучения при осевом каналиро-

вашга электронов, однако их сравнению п совместному анализу препятствует тот факт, что опубликованные результаты получены с помощью различных методик в трудно сопоставимых условиях. Кроме того, практически отсутствуют результаты по спектральйому составу излучония в кристаллах с 2 >14. Многочисленные данные, полученные для кристалла кремния в области энергии электронов Е > 1 ГэВ, относятся либо к измерениям с тонкими кристаллами, либо к измерениям при фиксированной коллимации. По нашему мнению весьма полезным является проведение систематических измерений спектральных характеристик у-излучення электронов в различных -сристаллах на одном комплексе измерительной аппаратуры, в одинаковых услозиях.

Одной из важных характеристик излучения электронов в кристаллах является множественность фотонов (излучения нескольких 7-квантов при прохождении одного электрона сквозь кристалл). Ее наличие требует учёта этого явления в теоретических моделях и Ь методиках измерения спектральных характеристик излучения. С другой стороны, этот эффект может быть полезен, например, при генерации электрон-позитронных пар. Множественность фотонов, по-видимому, впервые наблюдалась экспериментально при исследовании коллаборацией 'Кристалл' излучения каналированных электродов с энергией 10 ГэВ » монокристаллах кремния различной толщины. В излучении электронов с энергией 4.3 ГэВ множественность фотонов была зарегистрирована в Ереване в 1985 году. Следует заметить, что ко времени начала исследований вопрос о наличии .множественности излучения при каналировании электронов с энергией меньше 1 ГэВ в тол стых кристаллах ни в публикациях, ни на научных форумах не возникал.

Научная новизна

1. Показало, что при осевой ориентации толстых кристал-

~>п основной оклад в излучение даёт нзлу^'чше электронов, сходящихся в режиме каналпрованпя с результате объемно) захвата и когерентное термозное излучение многократно »«.-сеяных электронов.

2. Впервые показано, что зависимость энергии паки тлу-ения от зар тдового числа атомов кристалла и от энергии пер-иных электронов, полученная з дппольном приближении, ри зарядовом числе более 30 н энергиях электр< нов иоряд-а 900 МэВ и более не выполняется.

3. Предложена модель, описывающая роль множественно гп при регистрации излучения спектрометрами полного по--лощения на основе вероятностного анализа механизма множественности 7-излучения при каналировании электронов вы-оких и промежут очных энергии.

4. Впервые обнаружено наличие множественности нзлу-ення при каналировании электронов с энергь. й менее 1 ГэЬ.

5. Впервые получено распределение множественности изучения при каналировании < 100 > электронов с энергией 00 МэВ в кристалле вольфрама т лщишш 1.1о

Практическая значимость

Результаты настоящей работы имеют практическое наченяе для создания интенсивных пучков -.-квантов и по-итронных пучков, а также представляют ценность для р. 1-итпя теории 7-излученля П])И каналировании электронов.

Положения выносимые на защиту:

1. Установка и оригинальная методика, обеспечивающая одновременное измерение спектра излучения и фона в ыгаро-:ом спектральном диапазоне и обеспечивающая во время измерения поправку спектров на дрейф коэффициента усиления

ГО} .

2. Результаты измерения спектров 7-излучения электронов при осевой ориентации кристаллов в широком диапазоне

характеристик кристаллов и энергии первичных э.. ктронов. Впервые показано, что зависимость энергии пика излучения от зарядового числа атомов кристалла и от энергии первичных электронов, полученная в дппольном приближении, при зарядовом числе более 30 и энергиях электронов порядка 900 МэВ и более не выполняется.

3. Результаты, показывающие, что при осевой орпенгахши толстых кристаллов основной вклад в излучение даёт излучение электронов, находящихся в режиме каналировання в результате объёмного захвата, а также когерентное тормозное излучение многократно рассеянных электронов.

4. Р< чультаты вероятностного анализа механизма множественности 7-излученля при каналировании электронов высоких и промежуточных энергий, а также модель, описывающая роль множественности при регистрации излучения спектрометрами полного поглощения.

5. Установка и оригинальная методика измерения распределения множественности излучения при осевой ориентации кристалла, включая программное обеспечение ведения эксперимента и обработки его результатов.

6. Впервые, обнаружено наличие множественности излучения при калалировании электронов с энергией менее 1 ГэВ.

7. Впервые получено распределение множественности излучения при каналировашш < 100 > электронов с энергией 900 МэВ в кристалле вольфрама толщиной 1.18 мм.

Апробация работы:

Материалы докладывались на международной Конференции по взаимодействию излучения с веществом (Терскол, 1990), международном Симпозиуме по излучению релятивистских электронов в периодических структурах (Томск, 1993), на Всесоюзном семинаре по электромагнитным взаимодействиям адронов в резонансной области энергий (Харьков 1989), XXIIДХ1П Совещаниях по физике взаимодействия за-

ряженнпх частиц с кристаллами (МГУ 1992.1993).

Публикации:

Материалы, изложенные в диссертации опубликованы в журналах "Ядерная физика", "Журнал технической физики", "Доклады Академии Наук", "Приборы и техника эксперимента", "Radiation Effects and Defects in Solids". "Известия высших учебных заведений", а также в виде препринтов НИ-ИЯФ ТПУ и в сборниках ВАНТ.

Основные научные результаты, включенные в диссертацию опубликованы в работах [1, 2, 3, 4, 5, б, 7, 8, 9]

Значительная часть матрриалов диссертации опубликована в соавторстве с К.Ю.Амосовым, М.Ю.Андреяшкиным, И.Е.Внуковым, В.Н.Забаевым,

Б.Н.Калотшным, А.П.Потылипылым.

Структура и содержание диссертации:

Диссертация состоит пз введения, трех глав и заключения.

Во введении приведены историческая справка,обзор ра-бо по проблеме, состояние исследований к моменту начала работы, обоснование необходимости и постановка задачи для данной работы.

Особенностью излучения при каиалироваппп является наличие в спектрах интенсивности сравнительно узких пиков, значительно превышающих л^овень непрерывной подложки. Интенсивность излучения в максимуме примерно на порядок превышает интенсивность тормозного излучения в случае плоскостного и на два порядка - в в случае осевого каналиро-вания. Угловое распределение этого излучения в тонких кри-ста. зах определяется динамикой Движения 'подоарьерных' и 'надбарьерных' частиц. Характерным углом этого распределения является угол Лиядхарда ©¿. Заметим, что этот угол

меньше среднеквадратичного угла многократного рассеяиш электронов с энергией 1 ГэВ в мишени толщиной < . 10-: рад.г:липы. В этом случае угловое распределение тормозное.: излучение электронов, не находящихся в режиме каналпрова кия, шире, чем для излучения каналированных электронов.

Получение теоретической оценки xap¿iKTepHou энергии нэ лучения при осевом каналпроааницэлектронов в недппояъно; приближении оказалось весьма сложным. Оценка в диполыю: приближения Байера. Каткова. Страховенко дает эту заьнси мость в виде и)ц ~ \/~2 • fV- (здесь 7 - Лоренц-фактор). Эт зависимость была подтверждена экспериментально при ос* вом каналпровашш электронов с энергией 300 - ООО \ЬВ кристалле алмаза [10]. Однако с увеличением Z и у дпполык приближение становится слишком грубым к эксперимент ак бы дать границы его применимости.

Как уже упоминалось, ранее вопрос о налвчпв множеств« кости излучения при каналнроватш электронов с энерпк меньше 1 ГэВ в толстых кристаллах не возникал. Одна] в э; пернменте [2] нами было впервые установлено палпч: множественности в области Е < 1 ГэВ, что повлекло за с бон расширение программы исследований. Дальнейшие ус лия были направлены на исследование множественности ф тонов в излучении при каиалировашш электронов с энерги менее 1 ГэВ.

В первой главе описываются экспериментальные уст новкп, методики экспериментов и соответствующее им nj граммное обеспечение

При экспериментальном исследовании каналированш излучения оптимальным является использование сш-ктра: тров полного поглощения (СПП) на основе неорганичен, еппнтиляторов большого объема, устанавливаемых недаер ственно на пучке у -излучения. Основные технические проб !.ы, которые возникают при этом, таковы: измерение абсол! ного числа прошедших через монокристаллнчег.кую мпш' электронов; снижение интенсивности 7 -излучения до вели

ны. при которой исключаетея перегрузка детектора (для электронных синхротронов: г внутренней TopjKniron мишенью этот режим является экзотическим); обеспечение широкого динамического диапазона спектрометрии 4 itoso».

Измерения проводились на прямом пучке каналпрованно-го излучения на Томском синхротроне "СИРИУС" со следующими параметры пучка ускоренных электронов: максимальная энергия ускоренных электронов 1.2 Г"»В. число элек-троонов. сбрасываемых иа мишень за один цикл ускорителя 3-Ю1". Отличительной осбенностью параметров пучка является большое время сброса электронов на внутреннюю мишень (яз ЗСЫс) при частоте сбросов 4 Гц. что гозволяло за малое время и при допустимей загрузке аппаратуры обеспечить достаточную статистику в измеряемых спектрах. Основой спектрометра является кристалл NaJ(Tl) размером 0200 х 200 мм, просматриваемый ФЭУ-49. Разрешение спектрометра \л линии е'°Со составляет « 0%. Рабочая область линейной зависимости амплитуд ФЭУ от эноргнп фотонов определялась с помощью изотопов тСо и Ро-В • с энергиями - - квантов 1.17, 1.33, 2.3 п 4.43 МэВ и моноэнергетпческого электронного пучка парного магнитного спектрометра (Е — 33 4- 500 МэВ). Граница диапазона линейности составила л = 300 МэВ. Для одновременной регистрации фотонов от единиц до 300 МэВ . необходимо было существенно расширить динамический диа: паэои системы. С этой целью созданы два спектрометрических тракта с диапазонами энергий 1 35 МэВ и 15 -т- 300 МэВ. Полная погрешность, связанная с методикой п аппаратурой (бе-; статистической ошибка), по нашим оценкам, составляет ~ 7%. Статистическая ошибка измерений составляет 1 -г- 3%. при = 10 МэВ и плавно возрастает до 12 -f 15% при и/ = 300 МэВ. При измерениях был замечен ощутимый временной дрейф коэффициента усиления ФЭУ. Как показали измерения, этот дрейф связан с нагревом ФЭУ при повышении его загрузки п с насыщением емкостей делителя напряжений ФЭУ. В связи с этим в детектор NaJ(Tl) был встроен спето-

Рпс. 0.1: Схема регистрации спектров.

Ф-формпрователь сигналов, С-сг т'шк, ЛП-логическпй про-пускатель, ЗЦП-зарядо-цпфровой преобразователь, БУ-блок управления ЗЦГГ. ПУГ-ирог])аммно управляемый генератор, СД-светодпод. ГПС-гснератор подсветки светодиода, СВ-согласованиый вариометр, ДИ-датчик синхротронного излучения. ПЗН-ннвергирующпй повторитель.

диод СД (рпс.0.1). включающийся программно управляемым генератором после каждого цикла ускорителя.

По среднему значению серии циклов производилась поправка накопленного за это время спектра. Для сокращения затрат времени работы ускорителя измерение фонового спектра производилось в промежутке между циклами ускорителя. Для обеспечения единого информационного пространства при проведении экспериментов ц обработке результатов была создана локальная вычислительная сеть, объединяющая 7 ЭВМ типа DEC различной реализации. Выполнена унификация представления спектрометрической информации и разработаны общие средства её обработки и графического предста-влет ля.

Для измерения распределения множественности излучения при каналпровашщ (распределения излучения по числу фотонов, излученных одним электроном) мы использовали тот факт, что излучение при осевом каналнрованин имеет аксиальную симметрию.

C1 C1¡2

Рис. 0.2: Схема эксперимента.

W - монокристалл вольфрама; у - пучок каналированного излучения: С - коллиматор (один in Сх.С^/^Схц)', 0С - угол коллимации.

Эксперимент заключается в регистрации спектров каналированного излучения электронов при осевой ориектэшт .< 100 > кристалла вольфрама толщиной 1.18 мм в коллиматоры СьС',/2, С\/\ (см.рпс.0.2). Измерения проводились детектором полного поглащения NfiJ(Tl) размером 200 x200мм. Угол коллимации ве коллиматора С) с оставлял 1.3 • 10~3. Коллиматор С| соответствуот углу Линдхарда для выделения каналированного излучения. Выбор вольфрамовой мишени обусловлен максимальным углом Линдхарда п. следовательно, .минимальной ошибкой при формировании коллимации. Юстировка коллиматора Ci осуществ ялась по фотографии пучка с ошибкой менее 2 °А. Коллиматор С\, , формировался перекрытием коллиматора Сi свинцо] ,ш блоком толщиной 100 мм до З'меныцения вдвое полного выхода излучения в коллиматор. Аналогично формировался коллиматор СОшибка формирования коллиматоров С\/% и С\/л не превышала 1.5 %. При отсутствии множественности излучения спектры, измеренные детектором полного поглощения NaJ{Tl) с этими коллпма-

и

торами должны быть подобны и должны отличаться по интенсивности соответственно в 2 и 4 раза от спектра, зарегистрированного с коллиматором С). При наличии множественности излучения детектор Ха.ЦТ!) зарегистрирует несколько фотонов как один с энергией, равной сумме энергий этих фотонов. Так как с уменьшением апертуры детектора уменьшается вероятность попадания в детектор нескольких фотонов, то форма спектров, измеренных с использованием этпх коллиматоров будет отличаться, причем увеличение апертуры приводит к сдвигу максимума каналированного излучения в область больших энергий. Это различие и позволит нам далее построить распределение множественности излучения.

Во второй главе приведены результаты измерений спектральных распределений в условиях осевого каналирования электронов для различных кристаллов с вариацией их толщины и угла коллимации гамма-пучка. Сделан сравнительный анализ экспериментальных данных, сравнение с существующими теоретическими результатами и сформулированы выводы о влиянии основных физич 'ких факторов на интенсивность и спектральный состав излучения.

Основные факторы, влияющие на характаристики излучения - это атомный номер вместе с геометрическим параметром решётки, энергия первичных электронов и выбор кристаллографического направления. Они являются основными характеристиками, определяющими величину усреднённого потенциала кристаллографической осп. определяют режим каналировапня, энергетические характеристики и интенсивность излучения при осевой ориентации кристаллов. Усреднённый потенциал входит в выражение для угла Линдхарда ©д = ч/2С*0/Ео.

Увеличение толщины кристалла приводит к повышению роли многократного рассеяния первичных электронов. Это может привести к увелгчению вклада когерентного тормозного излучения типа А на кристалографпческих плоскостях, проходящих через ось, что проявляется в уширении осевого пика

в жёсткую пасть спектра.

С увеличением толщины кристаллов увеличивается вклад тормозного излучения, и доля каналированного излучения на длине деканалнрования на передней грани кристалла значительно уменьшается. Однако при этом начинает ра'отать механизм объёмного захвата электронов в режим каиалирова-ния, увеличивая вклад каиалн])ованного излуче пя в общий спектр.

Таким образом, излучение при осевой ориентации кристаллов может иметь сложную структуру, включающую тормозное, когерентное тормозное излучение, излучение электронов на длине деканалпрования на передней грани кристалла, излучение электронов, попавших в режим каналировання при объемном захвате .

Учитывая основные факторы, влияющие на излучение при осевой ориентации кристаллов нами были проведены измерения спектральных характеристик этого излучения. Параметры кристаллов и основные условия экспериментов приведены в таблице 0.1. •

Прежде всего обратим внимание на го, что в спектрах 2 и 4 (табл.0.1,0.2). величина \р/\ь практически одинакова при значительном изменении 9т/в, . Аналогичный результат мы видим сравппвая спектры 17 и 18. Учитывая, что в обоих случаях коллимация соответствует углу Лпндхарда, можно утверждать, что излучение в районе макгимума осевого пика является излучением электронов, захваченных в режим кана-лировапия по механизму объёмного захвата. С другой стороны пз данных по этим же спектрам видно, что с увеличением то. щины кристаллов ( с увеличением угла многократного рассеяния ) ощутимо увеличивается относительный вклад полной энергии осевого излучения и его средняя энергия. Аналогичное увеличение средней энергии осевого излучения мы впдгм при -величении угла коллимации (спектры 12,13,14). Это может быть обусловлено вкладом когерентного тор: ' узкого и тучения р. ссеяных электронов, движущихся под углом к

номер спектра кристалл толщина мм ориентация энергия электронов коллимация мрад

1 Si 0.37 < 100 > ' 900 0.257

2 Si 0.37 < 100 > 900 0.6

3 Si 0.37 < 100 > 900 3.16

4 Si 10 < 100 > 900 0.6

5 Ge 0.17 < 111 > 900 0.6

6 Ge 0.75 < 100 > 900 0.6

7 Ge 0.75 < 100 > 900 0.257

8 Ge 0.75 < 100 > 300 0.257

9 Ge 0.7.5 < 100 > 300 0.G

10 W 0.64 < 111 > 900 0.257 '

11 \V 0.64 < 111 > 900 0.6

12 W 1.16 < 100 > 900 0.257

13 w " 1.18 < 100 > 900 0.6

14 w 1.18 <100> 900 1.56

15 uc 0.35 < 110 > 300 0.6

.16 12c 0.35 < 110 > 600 0.6

' 17 nc 0.35 < 110 > 900 0.6

18 ac 2. < 110 > 900 0.6

Таблица 0.1: Параметры экспериментов

номер в,/вс вт/&с Т и! Хр/Хь

спектра МэВЛ МэВ .\ЬВ

1 1.69 2.21 0.&5 2100 13 14.6 18.4

2 0.72 0.95 о.зв 14.1 15.6 14.6 15.4

3 0.14 0.18 0.072 116 16 8.1 5.1

4 0.72 0.95 3.12 4821 21.3 15 14.8

5 1.05 0.95 0.57 1206 16.8 16.6 9.6

С 1.11 0.93 1.51 1737 16 15.8 6.7

7 2.59 2.21 3.53 2788 13.7 13.4 9.2

8 4.49 0.03 10.6 1016 2.С 4.05 4.6

9 1.92 2.84 4.54 351 6.2 4.05 2.2

10 5.62 2.21 10.4 1934 16.7 23.5 5.2

11 2.41 0.95 4.44 1339 28.5 22.3 4.45

12 5.25 2.21 14.6 1894 42.8 33 7.3

13 2.25 0.95 6.25 1321 47.1 31 6.2

14 0.87 0.36 2.4 382 59.3 36 2.52

15 1.39 2.84 1.13 1136 3.67 2.96 21.1

16 0.99 1.42 0.57 3884 8.84 6.97 52.7

17 0.81 0.95 0.38 2288 17.6 13.4 32.3

18 0.81 0.95 1.04 4871 18.8 15.4 32

Таблица 0.2: Спектральные характеристики излучения при каналпровашш.

помер спектра - смотрп таблицу 0.1,

и - энергия в максимуме пика интенсивности,

П7 - средняя энергия пика,

ХР - пнтеьспвность пика в максимуме.

Х'ь - интенсивность тормозной подложки в области максимума пика,

Т - яркость излучения ( •), вс - угол, коллимации, в) - угол Лпндхарда,

0т - среднеквадратичный угол многократного рассеяния

кристаллографическим плоскостям.

Оценка в дппольном приближении Байера, Каткова, Страхован ко характерной частоты , которая при осевой орнсп-тацци кристаллов располагается" в спектре интенсивности -,-излучения на правом склоне и"ка. недалеко от вершины, показывает, что увеличение атомного номера кристалла в направлении алмаз —> кремний —♦ германий —► вольфрам сопровождается усилением усреднённого потенциала осп и должно приводить к росту более чем в 4 раза. Представленные здесь результаты (и^/^мл« = 1.3) демонстрируют очевидное расхождение с этими оценками (спектры 17.2,6,11). В работах тех же авторов в дппольном приближении была получена зависимость характерной частоты и'сн от "/-фактора ь-'сЛ ~ У'^2- Для проверки этого соотношения по данным спектров 6,9,15,16,17 построена зависимость величины

от энергии электронов (см. рис.П.З). Из рисунка видно, что для кристалла алмаза это соотношение выполняется удовлетворительно, а для германия (с более высоким зарядовым числом) оно не выполняется. Эти результаты свидетельствует о том, что для тяжёлых кристаллов дпподьного приближения, по-видимому, недостаточно.

Третья глава посвящена проблеме множественности. Приведены результаты проверки наличия множественности при осевом каналировалип электронов с энергией 900 МэВ, сделано обсуждение влияния множественности излучения ка-налированных электронов па аппаратурный спектр излучения, измеряемый спектрометром полного поглощения. Предложен метод определения множественности излучения спектрометром полного поглащения при помощи сегментированного коллиматора. Зафиксировано наличие множественности фотонов в излучении каналдрованных электронов с энергией 900 МэВ в монокристалле вольфрама толщиной 1.18 мм п

1.2

1.0

0.8

0.6

200 300 400 500 600 700 800 900

o(MeV)

Рис. 0.3: зависимость величины а = -""- /i 2- )

/ V'.ïuo /

сделана оценка распределения множественности излучения по числу фотонов.

Проблема множественности фотонов стала актуальной для электронов с < ЮГэВ после того, как экспериментально было показано, что использование ориентированных толстых кристаллов ~ 0.lp.fi.) на пучках электронов таких энергий вполне оправдано с точки зрения увеличения выхода фотонов и достижения максимальной яркости. Одновременно с чисто физическим интересом к исследованию многофотонных процессов в области энергий л > 1 МэВ возникнет проблема корректной интерпретации экспериментальных данных, полученных с использованием традиционных подходов, и постановки новых экспериментов, позволяющих непосредственно измерять множественность.

Эксперимент по измерению распределения множествен-носи заключался в регистрации каналпрованного излучения электронов при осевой ориентации кристалла вольфрама в коллиматоры СС1/2, С\ц (см.рис.0.2). Ввиду аксиальной симметрии излучения при осевом чаналпрованпп электронов, при отсутствии множественности излучения спектры, регистрируемые СПП ь эти коллиматоры должны быть подобны. Однако на рпс.0.4 видно различие этих спектров. Прпчем увеличение апертуры приводит к сдвигу максимума каналпрованного излучения в область больших энергий. Это говорит о наличии множественности излучения.

Эти результаты позволяют сделать оценку распределения излучения по числу фотонов. Мы предполагаем для получения этой оценки, что псе фотоны, излучаемые в кристалле имеют одинаковое распределение по энергии и все акты излучения фотонов статистически независимы. Мы предполагаем также, что имеется область П телесного угла в направлении регистрации, включающая угловой диапазон регистргщии, в которой фотоны имеют равномерное угловое расппеделение по аксиальному углу. Если мы обозначим - вероятность излучения в область О 1 фотонов одним электроном. V - веро-

Рис. 0.4: Аппаратурные спектры интенсивности излучения электронов с энергией Ец — 0.9 ГэВ прп осевой < 100 > ка-налированиц в монокристалле вольфрама толщиной 1.18 мм (кривые для апертур 1/4, 1/2, 1) п результат подгонки модельного спектра (fit)

Рис. 0.5: Подгонка аппаратурной спектральной плотности для 0.8 мм по вероятностной модели с учётом двухсотенных процессов к результатам экерерпмента [11].

ятцость того, что излученный фотон попадет в коллимаитор, Р, - вероятность попадания 1 фотонов в коллиматор, то для I < 3 мы имеем:

>1 = + 2ЦУ(1 - V) +3^3Г(1 - V)2 Р3 = ЪУг+ ЗК32(1-1') Р3 = 1'з'/:!

Спектр, регистрируемый СПП, может быть представлен в виде:

~ = Р, • С{ш) + Р2 ■ /,(ы) + Р3 . г3{и),

где

/2(о>) = /о" -

/3(ы) = ^ ,и £ <Ь"С(и/")(?(1У - ы')£(сУ - ш),

С(ш) - распределение фотонов по энергии. На рисунке 0.5 приведены результаты апробации этой модели на спектре кана-лдрованного излучения электронов с энергией 10 ГэВ в кристалле кремпия толщиной 0.8 мм [11]. Здесь фитпрованце проводилось по параметрам Р[ а Р^

На рис. 0.4 приведён результат подгонки (кривая модельного спектра к спектру 1. После подгонкп модельных спектров к экспериментальным по параметрам Р( п расчёту по

индекс I

1 2 3

V; Я 0.27 ± 0.23 0.16 ±0.018 0.22 ± 0.13 ! 0Лб±0.0Э 0.03 ±0.01 | 0.01 ±0.007

Таблица 0.3: Распределяйте множественности излучения

линеаризованному МНК значений V н 1; была получено распределение множественности, приведенное в таблипе 0.3

Здесь параметры Р; приведены для коллиматора Су, т.е. . в телесный угол 0е = IЛ • КГ3. Значения V, удобны тем, что они характеризуют множественность фотонов при излучении и не зависят г>т коллимации излучения рргистрлрз'ющеи аппаратурой, хотя в дайной ситуации они имеют несколько а" страктный смысл. Медленное спадание значений Ц наводит на мысль, что здесь можно допустить и ощутимую долю че-тырехфотонных событий.

Таким образом и этом эксперименте впервые сделана оценка распределения множественности в излучении при ханалп-ровании электронов с энергией и \ГаО п показано, что вероятность излучения 2" и более фотонов составляет 25% от вероятности однофотонного процесса.

Основные результаты данной работы

Д. Подготовлена установка для измерения спектров излучения в широком спектральном диапазоне, обеспечивающая " измерение фона в промежутках между сбросами электронов па мишень п учёт временного дрейфа ФЭУ. Разработано программное обеспечение для проведения экспериментов и обработки его результатов.

2. Создала локальная сеть экспериментальной зоны ускорителя "Сириус" для обеспечения единого информационного пространства прп проведении экспериментов и обработке их результатов. Проведена унификация представления спектрометрической информации. Разработано общее программное обеспечение для обработки спектрометрических результатов.

3. Проведено измерение спектров 7-пзлучения электронов нри осевой ориентации кристаллов в широком диапазоне характеристик кристаллов и энергии первичных электронов.

4. Показано, что при осевой ориентации толстых кристаллов основной вклад в излучение даёт излучение электронов, находящихся в режиме кацалпрования в результате объёмного захвата и когерентное тормозное излучение многократно рассеяных электронов.

5. Впервые показано, что зависимость энергии пика излучения от зарядового числа атомов кристалла и от энергии первичных электронов, полученная в дипольном приближении, при зарядовом числе более 30 и энергиях электронов порядка 900 МэВ и более не выполняется.

6. Проведён вероятностный анализ механизма множественности '(-излученнг при каналцрованпн электронов высоких и промежуточных энергий. Предложена модель, описывающая роль множественности при регистрации излучения спектрометрами полного поглощения.

6. Проведён теоретический аналпз механизма множественности 7-пзлучения при каналировании электронов высоких и промежуточных энергий. Предложена модель, описывающая механизм множественности излучения.

7. Подгтовлена установка для измерения резонансного 7-перехода а также установка и оригинальная методика измерения распределения множественности излучения при осевой ориентации кристалла, включая программное обеспечение ведения эксперимента и обработки его результатов.

8. Впервые обнаружено наличие множественности излучения при каналировании электронов с энергией менее 1 ГэВ.

9. Впервые получено распределение множественности излучения при каналированпи < 100 > электронов с энергией 900 МэВ в кристалле вольфрама толщиной 1.18 мм.

Основные результаты исследований опубликованы в следующей литературе:

[1] Андреяшкин М.Ю., Внуков И.Д., Воробъв С.А. Диденко А.Н., Забаев В.IL, Калинин Б.Н., Нац мнко Г.А., Поты-лицык А.П.. - ДАН СССР, 1989. т.307, N 6, с. 1358-1361.

[2j Kalinin B.N., Naumenko G.A. Poiylitsin A.P. at al.. Exitation of the 15.1 .MeV resopance of 12C by channelib^ radiation. - Rad. Eff. and Deff. in Sol., 1993, v.25, p.89-92.

¡3] Maslov N.I., Naumenko G.A.. Ovchinik V.D., Poiylitsin A.P., Stibunov V.N., Shraqmenko B.I.. Muliply production of photons by 900 MeV electrons in the aligned tungsten crystal. - International symposium on radiation of relativistic electrons in periodical structures. 1993, p.176-181.

[4] Amosov C.Yu., Kalinin B.N., Naumenko G.A., Poiylitsin • A.P., Sarychev V.P., Tropin I.S., Vnukov I.E.. Investigation ' of characteristics off gamma-radiation in aligned tungsten

crystal. - International symposium on radiation of relativistic electrons in periodical structures. 1993, p.185-193.

[5] Андреяшкин М.Ю., Забаев В.H., Калинин Б.H., Наумен-ко Г.А., Потылицын А.П.. Радиационные и спектральные характеристики •у-излученпя электронов в различ- ' ных монокристаллах. - Ядерная физика, 1991, т.53, вып. 2 с.335-337.

[6] Амосов К.Ю., А ндркяыкш М.Ю., Внуков И.Е., Воробье С.А., Забаев В.Н., Калинин Б.Н., Науменко Г.А., Поь и-лицын А.П., Сарычев В.П., Ялова ¡I.E.. Измерение спектральных характеристик 7-тлучсння электронов при ка-налировашш г монокристаллах германия. - ЖТФ, 1989, т.59, вып. И, с.192-194.

[7] Андреяшкин М.Ю., Забаев Б.IL, Калинин Б.Н., Наумен-ко Г.А., Потылицын А.П., Тропик И.С., Ялова Л.Е.. Измерение спектров тормозного излучения релятивистских электронов в монокристаллах детектором полного погла-щенпя. - ПТЭ, 1989, т.О, с.55-60.

[8] Внуков И.Е., Калинин Б.Н., Науменко Г.А., Потылицын А.Л.. Стибуиов В.Н.. Множественность фотонов в излучении прп каналировании. - Известия высших учебных заведений,Физика, 1991, т.34, вып. 6, с.88-105.

[9] Амосов К.Ю., Аидремшкин М.Ю., Внуков И.Е., Воробье С.А., Забаев В.Н., Ко тнин Б.Н., Науменко Г.А.,

. Потылицын А.П.. Сар шее В.П.. Влияние охлаждения монокрш галлических мишеней на характеристики 7-излучения. - Известия высших учебных заведений,Физика, 1991, т.34, вып. 6, с.88-105.

Цитируемгя литература

[10] Adischev Yu.N., Kapline V. V., Potylitsin A.P., Von hiov S.A.. Variation of gamma-ray spectra with energy of channeled electrons. - Phys.lett., 1980, v.75a, p.316-318.

[11) Булгаков H.K., Водопьянов А.С., Войтковскал И. и др.. - Дубна, 1984,-6с./Препринт ОИЯИ N 1-84-630.

12] Chehab R., Couchot F., Nyaiesk A.R., Richard F.; ArtiM X.. Study of a posiron source generated by ultrarelativistic channeled particles. - IEEE Particle Accelerator Conferer.ee, 1989, v.l,p.283-285.

13] Franz-Josef Deccer.. Channeling Crystals for Posiron Production. - IEEE Particle Accelerator Conference, 1991, v.3, p.2002-2004. -

Подписайо к печати Ö.Ö?.05r. Заказ N 748. ТйраАс 100 экз. Ротапринт ТПУ. 634004, Томск, пр.Лекина, 30.