Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Пластические сцинтилляторы широко используются в больших калориметрах (гл. 6) в форме длинных (порядка метров) и тонких (порядка миллиметров) полос. Здесь важно, чтобы световой выход был как можно более однороден вдоль всей длины, особенно когда свет собирается на фотокатод только на одном конце полосы. Ослабление света от сцинтиллятора вследствие эффекта самопогло-
122 4. Измерение времени
430*" Длина болны Л, т 430 наг ,Длина Волны Л, нн
Рис. 4.7. Спектр света на ближнем {а) и дальнем (б) концах неорганического сцин-тиллятора размерами 1800x150 x 5 мм1 (плексиглас 1922) с желтым фильтром (2) и без него (/) перед фотокатодом Интенсивность приведена в относительных единицах [150]
щения наблюдается главным образом на коротковолновом участке спектра излучения. На рис. 4.7 это показано для сцинтиллятора, в котором в качестве сместителя спектра использован РОРОР. Можно также получить однородный световой выход вдоль всей длины сцинтиллятора путем пропускания света, испускаемого РОРОР, через желтый светофильтр, устанавливаемый перед фотокатодом. Эффект такого фильтра для X = 430 нм показан на рис. 4.7: световой выход сцинтиллятора, расположенного вблизи фотокатода, будет сильно уменьшен, а расположенного на дальнем конце почти не уменьшится.
Естественно, что применение такого фильтра уменьшает общий регистрируемый световой выход и в конечном счете условия эксперимента определяют, что важнее: длина ослабления или световой выход. На оптимизацию в отношении длины поглощения рассчитан новый сцинтиллятор [150], который представляет собой 3% нафталина, IVo PBD и 0,01% te-MSB, растворенных в плексигласе. Кривая ослабления для сцинтиллятора размерами 1800 х; 150 X 5 мм3 показана на рис. 4,8. Длина ослабления при использовании желтого светофильтра и при зачерненном дальнем конце для этот сцинтиллятора составляет Хосл = 210 см, а световой выход на расстоянии 160 см от фотокатода на 20% выше, чем для сцинтиллятора на основе плексигласа 1921 (1% нафталин, 1% PBD, 0,01% РОРОР). Сцинтиллятор будет использован в нейтринном детекторе. На рис. 4.9 приведено распределение по частотам длин ослабления приблизительно для 6000 полос из этого материала, которое показывает воспроизводимость свойств материала при массовом производстве сцинтиллятора на основе плексигласа.
4.2. Сцинтилляторы 123
Рис. 4.8. Кривые ослабления в пластическом сцинтилляторе размерами 180Ox X 150 X 5 мм3 /. — расстояние ионизующей частицы от края сцинтиллятора, к которому прилегает фотокатод / — измерение без фильтра, дальний конец сцинтиллятора с отражателем; 2 — без фильтра, черный край сцинтиллятора; 3 — с желтым фильтром при 430 нм, край с отражателем; 4-е желтым фильтром, черный край [150].
I
і
s
7 6
S 4
З
2
І -1— —[-.
ог "
щ • A3
O • •
А Л —
t O 4 *! W ••• • •
ш • о • • • * • •
ш • ° O
¦ т O O
• D ¦ • °
¦ а
*
і і і
0 40 80 120 то
Расстояние L, см
В эксперименте на протон-антипротонном коллайдере в CERN были разработаны йва новых типа пластического сцинтиллятора [45]: а) типа KSTI из полистирола, полученного методом экструзии; здесь достигли 80—100% от светового выхода PVT-сцинтиллятора NE ПО, длина ослабления составила 80 см для пластин с поперечным сечением З X 200 мм2 и временем высвечивания 3 не; как и для других ароматических полимеров, здесь необходима тщательная обработка поверхности; б) тип AItustipe на основе акрилового стекла (PMMA) со свойствами Plexipop, т. е. 20—50% светового выхода NE ПО и с длиной ослабления порядка 1,0—1,5 м.
Дли/ta поглощения An-»-, см
Рис. 4.9. Распределение по частотам измеренной длины поглощения Хпогл ДЛЯ партии из 6000 полос сцинтиллятора сечением 150x5 мм2. Распределение имеет среднее значение 210 см и а = 18 см.
124 4. Измерение времени
4.3. Светосбор от сцинтилляций
Для сбора света от сцинтиллятора к фотокатоду в основном используются адиабатические световоды. Голубой свет распространяется вдоль пластического сцинтиллятора за счет многократного полного внутреннего отражения от поверхностей. Для полистирола показатель преломления п = 1,581, т.е. будут отражаться все лучи, распространяющиеся в пределах угла ±39° относительно нормали. Обычно прямоугольные лобовые поверхности сцинтиллятора с поперечным сечением F соединяются с поверхностью фотокатода площадью / при помощи изогнутых полос из прозрачного пластика, причем радиус кривизны этих полос значительно больше, чем их толщина. Таким путем обеспечивается падение света на поверхность полос под углом относительно нормали, большим угла полного внутреннего отражения ag. Для плексигласа п — 1,49 и <х% = 42°. Согласно теореме Лиувилля, доля света, достигающая фотокатода» меньше f/F.
Временное разрешение собранных таким образом сцинтилляци-онных счетчиков определяется двумя величинами: временным разбросом пробега электронов в ФЭУ ("Jitter", разд. 4.1) и многообразием путей распространения света в сцинтилляторе и в светопроводе. Вклад второй величины зависит главным образом от размеров сцинтиллятора; для больших счетчиков с характерным размером (-2 м) он становится определяющим. Это иллюстрируется представленными на рис. 4.10 результатами измерений временного разрешения сцинтилляционных счетчиков. Для длинных сцинтилляционных счетчиков наилучшее временное разрешение составляет Ot - 200 пс.
