Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
обычно выполняется соотношение Rd = Rs/2.
Черенковский световой конус обычно имеет угол раскрытия
144 S. Идентификация частиц
8
PHc 5.11. Дифференциальный черепковский счетчик с фиксированной диафрагмой и изменяющимся показателем преломления путем изменения давления газа [46]. 1 — пучок; 2 — зеркало M 2; 3 — штора; 4 — ирисовая диафрагма; 5 — окно; 6 — ФЭУ; 7 — фокусирующая линза; 5 —зеркало Л/3; 9 — зеркало AfI.
вс = arccos [1/03/01- Поскольку фокусное расстояние зеркала составляет RsZl9 конус будет сфокусирован в кольцо радиусом г на поверхности шарового детектора. Для Rd = Rs/2 угол раскрытия вв
О 2OO НЮ 600 300 /ООО
Давленые, nrt рт. cm
Риє. 5.12. Скорость счета черенковского счетчшса при импульсе р = 165 ГэВ/с и изменяющемся давлении в установке, изображенной на рис. 5.11 [46]. / — при закрытом затворе.
5 3. Черенковские счетчики 145
Рис. 5.13. Принцип работы черенковского счетчика с кольцевым изображением (RICH) [223]. У —мишень; 2 — радиус детектора Rd'* 3 — радиус зеркала 4 — частица 1; 5 — частица 2; б — радиатор
? = l/(rtcosoc). Относительная ошибка измерения ? составляет A?/? = (tg2 вс(Авс)2 + (Ал/л)2)172. Если пренебречь неопределенностью, связанной с самим показателем преломления л, то получим Ау/у = y2?2nsindcA6c, ошибка в определении импульса р = m?y регистрируемой частицы составит [255]
Ар/р = Ay/(y?2). (5.12)
Важным этапом в развитии RICH-счетчиков явилась разработка фотоионизационных детекторов. При этом используются пропорциональные камеры, в которых в рабочий газ добавляются пары фоточувствительного вещества [94]. В настоящее время в качестве фоточувствительного вещества исследуется триэтиламин (TEA). Такой фотонный детектор изображен на рис. 5.14. За прозрачным для УФ-излучения окном из CaF2 расположены три секции, разделенные электродами, и пропорциональная камера (PC). В секции С фотоны на TEA конвертируются в электроны, секция PA камеры служит в качестве предварительного усилителя ионизации, секция T—для дрейфа электронов и PC ~ для образования лавины электронов вблизи тонких нитей. В пробном эксперименте с тг-мезонами с импульсом 10 ГэВ/с эта камера располагалась позади аргонового радиатора длиной 1 м при давлении 1,2 атм. При этом удалось получить в камере 3 фотоэлектрона на один 7г-мезон. Развитие RICH-счетчиков идет полным ходом. Для одного из четырех запла-
146 5. Идентификация частиц
2
Рис. 5.14. Детектор фотонов для черенковского счетчика с кольцевым изображением, окном CaF2 (/) и четырьмя секциями С — для конверсии фотонов, PA — цля усиления, T—для дрейфа электронов и PC— в качестве пропорциональной камеры Размеры приведены в миллиметрах [94] У — кристалл CaF2 толщиной 5 мм, диаметром 127 мм; 2 — сетка из нитей Fe с размером ячейки 500 мкм; 3 — вольфрамовые нити толщиной 20 мкм на расстоянии 2 мм друг от друга; 4 — армодур.
нированных экспериментов на электрон-позитронном накопительном кольце LEP счетчики такого типа являются важной составной частью всего измерительного комплекса. Возможное улучшение в этого кольцевого изображения в первом приближении Qd = вс. Если измерить радиус кольца, то получим вс = Od = Іж/Rs и отсюда
Рис. 5.15. Пример кольцевого изображения черенковского счетчика; фотоны регистрируются в многоступенчатой искровой камере с фоточувствительным газом TMAE. Изображение получено путем наложения света от десяти заряженных частиц; центральное пятно обусловлено частицами пучка [216].
5.4. Детекторы переходного излучения
147
регистрации фотонов потенциально содержится в использовании еще более легкого фоточувствительного газа, например тетракис-диметиламинэтилена (TMAE) с ионизационным потенциалом 5,4 эВ по сравнению с 7,5 эВ для TEA [189]. С помощью газа TMAE было получено изображение черенковского кольца, как показано на рис. 5.15 [216]. При этом на одну картину были наложены точки попадания черенковских фотонов от 10 первичных частиц.
5.4. Детекторы переходного излучения
Из кривой на рис. 5.12, построенной по результатам измерений для зависимости интенсивности черенковского излучения от давления газа, видно, что в отсутствие газа в черенковском счетчике, т. е. ниже черенковского порога, свет все еще излучается [46]. Этот эффект может быть объяснен как излучение, которое возникает при переходе частицы из твердого вещества в вакуум и обратно в твердое вещество. В разд. 1.2 это упоминалось как «переходное излучение». Оно возникает, когда заряженная частица пересекает материал с переменной диэлектрической проницаемостью, или, например, некоторую последовательность фольг и воздушных промежутков. Излучение будет генерироваться на граничных плоскостях между различными средами. Можно представить себе механизм этой генерации таким образом: заряженные частицы в вакууме вместе с наведенными ими зарядами в плотной среде образуют диполь-ный момент, поле которого при приближении частицы к граничной плоскости меняется и при входе частицы в плотное вещество исчезает. Это изменяющееся во времени дипольное поле является источником излучения. Для релятивистской частицы с лоренц-фактором 7 = E/тс2 излучение концентрируется в конусе с углом раствора 1/7. Как рассчитали Гинзбург и Франк [115], интенсивность переходного излучения растет с 7 и излучение имеет острый максимум при угле раствора конуса в ~ 1 /у. Если используется периодическая структура из многих фольг с равными промежутками между ними, то наблюдаются интерференционные эффекты [15, 100], которые обусловливают пороговый характер переходного излучения, т. е. оно имеет максимум при определенном значении 7. Счетчики, которые регистрируют это переходное излучение, могут также использоваться для того, чтобы разделять частицы, имеющие разные массы, но одинаковые импульсы, по различию их лоренц-факторов (см. разд. 1.2).
