Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
4.4. Плоские искровые счетчики
129
Рис. 4.16. Распределение разности At сигналов от частицы, пересекающей два искровых счетчика; сплошной линией изображена кривая распределения Гаусса а = 62 пс; 7,2 кВ [52].
300
/ООО /SOO 2О00
Разноста Ut1 пс
5 —10 атм, причем для устранения вторичных пробоев в аргон добавляются в качестве гасящей добавки тяжелые углеводороды (изо-бутан, этан, 1,3-бутадиен) с полосой поглощения в ультрафиолетовой области [52].
Временной разброс o-импульсов напряжения тем меньше, чем выше электрическое поле E и количество первичных электрон-ионных пар, т.е. 6-1/(Ey[N). Измеренные величины д составляют около 30 — 80 пс для счетчиков площадью 10 х 10 см2. Вероятность срабатывания этого счетчика составляет є > 95% [53]. Распределение разницы времен двух счетчиков с параллельными пластинами не полностью соответствует распределению Гаусса, а имеет широкие «хвосты» (рис. 4.16).
Несмотря на высокое временное разрешение, счетчики с параллельными пластинами редко используются в эксперименте, поскольку для работы с хорошей воспроизводимостью параметров рабочие поверхности счетчика должны быть изготовлены с высоким качеством, которое необходимо поддерживать в процессе эксплуатации. Примером успешного применения является использование двух таких счетчиков в эксперименте на накопительном кольце е + е" [17]. Площадь счетчиков составляла 9x9 см2, расстояние между электродами 185 мкм, удельное сопротивление полупроводникового стеклянного анода 3 х 1010 и 6 х 1010 Ом-см. Счетчики в течение одной недели находились под воздействием медленно нарастающе-
130 4.'Измерение времени
го напряжения, при этом они облучались 7-источником с активностью 250 мкКи. За это время образовалось 106 искр/см2. После этого электроды были покрыты тонкой пленкой из полимерного углеводородного материала. Временное разрешение, которое было достигнуто во время эксперимента, составило 76 и 148 пс и оставалось постоянным в течение 150 ч (этому соответствовало 107 искр/см2).
5. Идентификация частиц
5.1. Нейтронные счетчики
Для счета нейтронов и измерения их энергии можно в зависимости от энергии нейтронов использовать три метода детектирования: при энергии до 20 МэВ — детектирование вторичных заряженных частиц, образующихся в реакциях нейтронов с ядрами (п + + 6Li -> a + 2H (I), п + 10B -> a + 7Li (II) и п + 3He -> р + 3H (III)), при энергии до 1 ГэВ — измерение протонов отдачи от упругого рассеяния нейтронов на протонах (п + р -> п + р) и при энергиях свыше 5 ГэВ — нейтроны детектируются в так называемых адрон-ных калориметрах по образующимся в неупругих нейтрон-ядерных столкновениях ливням сильновзаимодействующих частиц (адронам). Детекторы последнего типа будут рассмотрены в разд. 6.2.
Регистрация нейтронов по вторичным заряженным частицам, образующимся в реакциях нейтронов с ядрами, основана на больших значениях поперечных сечений реакций (I), (II) и (III), которые приведены на рис. 5.1. Кинетическая энергия продуктов реакций со-
f эВ 1нэВ 1 МэВ
Энергия нейтрона ?п, МэВ
Рис. 5.1. Сечение взаимодействия для ядерных реакций, вызванных нейтронами, в зависимости от энергии нейтрона En [190]. 1 — Li6(«, ос); 2 — H1Oi1 H)H1; 3 — В10(л,
а); 4 - Не3(л, р).
132 5. Идентификация частиц
J 4
Рис. 5.2. Нейтронный монитор для области энергий нейтрона от 10 кэВ до 10 МэВ, нейтроны падают на счетчик сверху, замедляются в парафине и реги- -стрируются в пропорциональном счетчике Р, заполненном BF3 [190]. / — 0,5 мм Fe; 2 — парафин; 5 — 1 мм Cd; 4 — счетчик, 5 — Cd.
ставляет для реакции (I) 4,76 МэВ, для реакции (II) 2,78 МэВ и для реакции (III) 0,77 МэВ.
Для тепловых'нейтронов поперечные сечения а очень велики, (а > 100 барн), в этом случае для регистрации нейтронов достаточно использовать ионизационную камеру или пропорциональный счетчик с газом BF3. При этом вероятность регистрации теплового нейтрона с энергией En = 0,025 эВ при плотности молекул газа N= 2,69 X 1019 см"3 равна
є = 1 - ехр(-аМ) ~ о-М « 2-Ю-2 //см (при апі < 1)
для счетчика длиной / при давлении 1 бар газа BF3 с естественным изотопным составом (19% 10B).
Для регистрации нейтронов больших энергий счетчики окружаются оболочкой из водородсодержащего материала (например, парафина), чтобы снизить энергию нейтронов в результате упругих столкновений («замедление»). Один из таких «длинных счетчиков» изображен на рис. 5.2. Геометрия счетчика такова, что вероятность регистрации в области энергий нейтрона от 10 кэВ до 10 МэВ примерно постоянна и составляет около 0,4%. Реакция (I) лежит в основе работы сцинтилляционных счетчиков LiI(Eu), в которых об-
5.1. Нейтронные счетчики
133
—* ¦ '-¦-* — Д ¦-L - ¦ * '......
200 400 600 600 Ш WO 600 800
Амплитуда игтулье а
Рис. 5.3. Амплитудный спектр импульсов в сцинтилляторе LiI(Eu), облучаемом нейтронами с энергией 5,3 МэВ [184]. а) +200C; 6) -40 °С, в) -92 °С; г) -142 0C
разующиеся в результате реакции (I) а-частицы и тритоны генерируют в активированном неорганическом сцинтилляторе свет, который регистрируется ФЭУ. Эти счетчики применяются для измерения потоков тепловых нейтронов, а также регистрации моноэнергетических нейтронов с энергией примерно до 20 МэВ. На рис. 5.3 приведен амплитудный спектр для ,нейтронов с энергией 5,3 МэВ, который был получен с помощью кристалла диаметром 24 мм и толщиной 2 мм. Максимум в области больших амплитуд обусловлен а-частицами и тритонами. В области меньших амплитуд вклад в спектр дают тепловые нейтроны и 7-излучение. Относительная ширина пика, обусловленная а- и 3Н-частицами, уменьшается с 18 до 10% при охлаждении кристалла от 2O0C до -142 °С.
